Zu viel Sauerstoff: Mikrobiom-Dysbiose bei Morbus Crohn

Weitere schnelle Notizen, wie immer noch nicht allgemein verständlich aufbereitet:

Gevers D et al. The treatment-naive microbiome in new-onset Crohn’s disease. Cell Host & Microbe 15, 382-392, March 12, 2014 

Zusammenfassung

Nach bisher widersprüchlichen Angaben über Art der Dysbiose bei Morbus Crohn hier Analyse des Mikrobioms in bislang größter pädiatrischer Morbus-Crohn-Kohorte. Zunahme von Enterobacteriaceae, Pasteurellaceae, Veillonellaceae sowie Fusobacteriaceae und Abnahme von Erysipelotrichales, Bacteroidales sowie
Clostridiales korreliert stark mit Krankheitsstatus. Antibiotika-Gaben verstärken die Abnahme der letztgenannten Bakterienordnungen und damit die Dysbiose – keine gute Idee. Für eine frühe und einfache Diagnose sind Analysen der rektalen schleimhautnahen Darmflora am besten geeignet; Krummdarm- und Fäkal-Mikrobiom sind anders zusammengesetzt und weniger aussagekräftig.

Einleitung + Ergebnisse

Studie an 668 Patienten (447 mit M. Crohn, 221 Kontrollen mit nicht-entzündlichen Darmproblemen) im Alter von 3-17 Jahren; Next-Generation-Sequencing und multivariate Analyse mit Berücksichtigung zahlreicher demografischer und klinischer Kovariaten wie Alter, Geschlecht, Ethnie, Krankheitsschwere, Verhalten und Ort; Mikrobiom-Proben wurden vor Behandlungsbeginn entnommen.

Entzündungen sind stark mit Rückgang des Artenreichtums und mit veränderter Häufigkeit einiger Taxa assoziiert. Neben den bereits etablierten Taxa-Assoziationen (Enterobacteriaceae, Bacteroidales, Clostridiales) wurden positive Korrelationen zwischen M. Crohn und Häufigkeit von Pasteurellaceae (Haemophilus sp.), Veillonellaceae, Neisseriaceae und Fusobacteriaceae gefunden. Ein paar dieser Taxa (darunter Pasteurellaceae und Neisseriaceae) korrelieren negativ mit dem Alter der Patienten, sind also bei den jüngsten am häufigsten.

Bacteroides und Clostridiales waren in der Kontrollgruppe häufiger. Spezifische negative Assoziationen mit M. Crohn: Gattungen Bacteroides, Faecalibacterium, Roseburia, Blautia, Ruminococcus und Coprococcus sowie eine Reihe von Taxa aus den Familien Ruminococcaceae und Lachnospiraceae. Vor allem der Rückgang des entzündungshemmenden Faecalibacterium prausnitzii im Ileum (Krummdarm) ist ein frühes Warnzeichen für Entzündungen. 

Stuhlproben zeigen neue Schleimhaut-assoziierte Dysbiose nur schwach an; Proben sollten in Schleimhautnähe entnommen werden – am einfachsten rektal. (Bei den Crohn-Patienten war zu 22% nur das Ileum und zu 25% nur der Dickdarm betroffen; bei 53% beides. Auch bei denen, die nur im Ileum erkrankt sind, taugen die rektalen Schleimhautproben trotz der Entfernung zum Ort der Erkrankung gut zur Diagnose, denn das Mikrobiom ist auch an nicht betroffenen Stellen charakteristisch verändert.)

Antibiotika: 13% der Morbus-Crohn-Patienten erhielten während Probenentnahme Antibiotika. Diese wirkten sich schwach auf die Krankheitsschwere und die Gesamtartenvielfalt, aber stark auf die Zusammensetzung des Mikrobioms aus; sie verstärkten die Dysbiose.

Funktionale Veränderungen, die mit der Erkrankung und der Krankheitsschwere assoziiert sind: Biosynthese-Störungen (wohl: weniger kurzkettige Fettsäuren?) durch Rückgang von Bacteroides und Clostridia; Pathobionten-Auxotrophie, d. h. Zunahme aerober oder sauerstofftoleranter Taxa (Proteobacteria und Pasteurellaceae); Acetogenese statt Methanogenese, um den angesammelten Wasserstoff zu reduzieren;  oxidativer Stress; Komponenten des Benzoesäure-Stoffwechsels – einige von dessen Zwischenprodukten fördern Enterobacteriaceae-Wachstum und -Virulenz. Antibiotika verstärken einige dieser funktionalen Veränderungen.

Similis-simili-gaudet-Hypothese (siehe Gleich und gleich gesellt sich gern): Taxa aus den Familien Enterobacteriaceae, Fusobacteriaceae, Pasteurellaceae und Veillonellaceae treten oft gemeinsam auf, ebenso verschiedene Clostridien oder Clostridia- und Bacteroidetes-Taxa.

Entzündung kann bei Morbus Crohn mehrere Gewebsschichten erfassen, je tiefer die Geschwüre, desto schlechter die langfristige Prognose. In der Studie tiefe Geschwürde bei 42% der Crohn-Patienten; bei diesen mehr Pasteurellacaea und Veillonellaceae sowie Rothia mucilaginosa, außerdem pathogene Escherichia coli. Unklar, ob diese Bakterien an der Geschwürbildung beteiligt sind oder nur am besten an die dort herrschenden Bedingungen angepasst sind.

Die meisten Crohn-Mikrobiom-Studien beschränken sich auf 16S-rRNA-Analysen und können das Mikrobiom daher nur bis auf Familien-/Gattungsebene aufschlüsseln. -> Hier einige Stuhlproben per Whole-Genome-Shotgun-Seuqnezierung genauer untersucht, um Arten zu bestimmen. (Cave: Stuhlproben <> Schleimhautproben, zumindest bei „frisch Erkrankten“ weniger aussagekräftig bzgl. Dysbiose!) Bei vielen Crohn-Proben deutlich erhöht: Escherichia coli, Fusobacterium nucleatum, Haemophilus parainfluenzae (Pasteurellaceae), Veillonella parvula, Eikenella corrodens (Neisseriaceae) und Gemella moribillum. Bei Crohn deutlich reduziert: Bacteroides vulgatus, Bacteroides caccae, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium longum, Bifidobacterium adolescentis,
Bifidobacterium dentum, Blautia hansenii, Ruminococcus gnavus, Clostridium nexile, Faecalibacterium prausnitzii, Ruminoccus torques, Clostridium bolteae, Eubacterium rectale, Roseburia intestinalis und Coprococcus comes.

Die stärker vertretenen Arten zeichnen sich durch ihren Glycerophospolipid- und Lipopolysaccharid-Stoffwechsel aus, der Entzündungen fördert, und durch ihre Phosphonoacetat-Hydrolase, die ihnen Zugang zu einer Kohlenstoffquelle verschafft, die den meisten anderen Arten verschlossen bleibt.

Die zurückgedrängten Arten zeichnen sich durch ihre Gallensäuren- und Aminosäuren-Biosynthese aus, die den Aminosäure-Stoffwechsel mit dem Energie-, Kohlenwasserstoff- und Nukleotid-Stoffwechsel verknüpft. Zusammen schließen sie komplexe Kohlenwasserstoffe auf. Sie leben rein anaerob.

Die meisten bei M. Crohn vermehrten Organismen sind auch bei Colitis ulcerosa vermehrt, aber die zurückgedrängten Taxa sind Crohn-spezifisch.

Diskussion

Etliche der bei M. Crohn vermehrten Bakterien leben in der entzündeten Schleimhaut und können die Entzündung verstärken und/oder in die Epithelzellen eindringen, darunter Stämme von Escherichia und Fusobacterium. Andere wie Haemophilus und Veillonella tragen bei CED-Patienten auch zur oralen Dysbiose bei. Haemophilus-Arten und Enterobaceriaceae sind gut an oxidativen Stress angepasst und verstärken diesen bei Atemwegsinfektionen. Veillonella-Arten sind zwar eng mit den gutartigen Clostridiales verwandt, haben aber – vielleicht durch horizontalen Gentransfer – ein Gen-Cluster für Lipopolysaccharide (Virulenzfaktoren?) übernommen. Rothia mucilaginosa, vermehrt bei Darmgeschwüren, ist gut an ein Leben in der mikroaerophilen Oberfläche der Lungen-Schleimhaut bei zystischer Fibrose angepasst.

Die meisten dieser Organismen sind im gesunden Dickdarm relativ selten und gehören normalerweise zur Mund- oder oberen Atemwegsflora. Wenn sich die Schleimhaut im Darm verändert, das Gewebe dort oxygeniert wird und die Barrierefunktion der Schleimhaut beeinträchtigt ist, können sie als Opportunisten die Darmschleimhaut besiedeln. Dort können sie wiederum das Immunsystem „in ihrem Sinne“ beeinflussen.

Bei Morbus Crohn sammeln sich in der Darmschleimhaut, später auch im Darmlumen und damit im Stuhl durch steigende Sauerstoff-Konzentration (wohl aus reaktiven Sauerstoff-Species, die das Immunsystem bei Entzündungen produziert) aerobe und fakulatativ anaerobe Bakterien an, während entzündungshemmende obligate Anaerobe zurückgedrängt werden.

Ein Gedanke zu „Zu viel Sauerstoff: Mikrobiom-Dysbiose bei Morbus Crohn

  1. Jan

    Ich leide selbst unter Colitis ulcerosa und habe viel bezüglich Darmfloratherapie bei chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen gelesen und dazu auch einen Artikel auf meinem Blog veröffentlicht (http://www.feuer-im-darm.de/darmflora-therapie-bei-morbus-crohn-und-colitis-ulcerosa-was-hilft/).
    Mein Eindruck nach meinen Recherchen ist, dass Probiotika vor allem bei Colitis ulcerosa und weniger bei Morbus Crohn helfen. Find‘ ich insofern auch nachvollziehbar, weil der Großteil der Darmbakterien im Dickdarm sitzt und der Dünndarm gerade in den oberen Bereichen mehr oder weniger steril ist. Ich bin gespannt, was die Studien in den nächsten Jahren zu Darmbakterien/Probiotika/Stuhltransplantation bei CED für neue Erkenntnisse bringen werden.

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