Die Darmflora der Hadza: die kleinen Helfer der Jäger und Sammler

Notizen noch nicht allgemein verständlich aufbereitet; für Teil 4 (Individualentwicklung Immunsystem) und Teil 5 (Evolution) des Buches:

Schnorr S. L. et al. (2014): Gut microbiome of the Hadza hunter-gatherers. Nature Communications 5: 3654, doi:10.1038/ncomms4654 (Open Access)

Abstract: Erstmals Darmflora ursprünglich lebender Jäger und Sammler analysiert und mit dem Mikrobiom von Italienern sowie Ackerbauern aus Burkina Faso und Malawi verglichen. Mikrobenreichtum und Biodiversität größer als in italienischer Stadtbevölkerung. Einzigartig: keinerlei Bifidobacterium; Unterschiede in der Darmflora von Männern und Frauen; Anreicherung von Prevotella, Treponema und unklassifizierten Bacteroidetes, die vermutlich beim Aufschluss ansonsten unverdaulicher Kohlenhydrate aus der überwiegend pflanzlichen Kost helfen; ungewöhnliche Proportionen bei den Clostridiales.

Intro: In Darmflora in ländlichen Gemeinschaften (wenig Antibiotika und „schlechtere“ Hygiene, unraffinierte, saisonal geprägte Kost) Bacteroidetes und Actinobacteria angereichert; in „westlicher Welt“ Diversität und Stabilität des Darm-Mikrobioms verringert. Wissenslücke: Darmflora von Jägern und Sammlern, obwohl das über 95% unserer Evolution unsere Lebensweise war. Hier: Stuhlproben von 27 Hadza aus zwei Lagern analysiert, die zu den etwa 200-300 letzten traditionell lebenden Hadza gehören – einer der letzten Jäger- und Sammler-Kulturen der Welt. Zwar sind sie moderne Menschen, aber sie leben am Eyasisee im Ostafrikanischen Graben in einer Umwelt, die derjenigen unserer Urahnen sehr ähnelt. Vergleich: Darmflora von 16 erwachsenen Italienern aus Bologna und Daten aus Burkina Faso und Malawi. Hadza und Italiener: selbes mittleres Alter (32 J.).  

Ergebnisse:

Kost: Hadza: Wild, Honig, Affenbrotbaum-Früchte, Beeren und Knollen; maximal 5% der Kalorien aus landwirtschaftlichen Produkten. Italiener: überwiegend kommerzielle landwirtschaftliche Produkte, darunter viel Gemüse, Obst, Pasta, Brot und Olivenöl; wenig bis mittelviel Milchprodukte, Geflügel, Fisch, anderes Fleisch; Kohlenhydrate: überwiegend leicht verdauliche Stärke (54%) und Zucker (36%), wenig lösliche oder unlösliche Ballaststoffe (<10%).

Hadza-Mikrobiom: 16S-rRNA-Pyrosequenzierung. α-Diversität (Biodiversität usw.) bei den Hadza viel höher als bei den Italienern. Phyla: 72% Firmicutes, 17% Bacteroidetes, 6% Proteobacteria, 3% Spirochaetes, 2% unklassifiziert. Häufigste Familien: Ruminococcaceae (34%), Lachnospiraceae (10%), Prevotellaceae (6%), Clostridiales Incertae Sedis XIV (3%), Succinivibrionaceae (3%), Spirochetaceae (2%), Eubacteriaceae (2%). Ganze 22% des Mikrobioms sind auf Familien- und Gattungsebene bislang unbekannt; vor allem Bacteroidetes, Clostridiales, Bacteroidales und Lachnospiraceae.

Zwischen den beiden Lagern keine signifikanten Unterschiede, wohl aber zwischen den Geschlechtern. Bei Frauen Gattung Treponema, bei Männern Gattungen Eubacterium und Blautia signifikant häufiger. Frauen sammeln mehr Knollen und Früchte und verbringen viel Zeit miteinander und ihren Kindern im Lager; Männer jagen Wild und sammeln Honig und streifen dabei weit umher. Zwar wird das meiste ins Lager gebracht und gemeinsam verzehrt, aber sowohl Frauen als auch Männer „naschen“ während der Arbeit von dem, was sie gerade sammeln/erbeuten.

Treponema könnte Anpassung an schwer verdauliche Ballaststoffe sein und den Frauen helfen, das Maximum an Kalorien aus ihrer Kost herauszuholen – gerade in der Schwangerschaft. Bei uns gilt Treponema als opportunistisches Pathogen, weil T. pallidum für Syphilis und Framboesie verantwortlich ist, aber diese Spirochäten beherrschen auch die Zellulose- und Xylan-Hydrolyse.

Vergleich mit der italienischen Kontrollgruppe: In der Hauptkomponentenanalyse sind italienische und Hadza-Mikrobiome klar zu unterscheiden. Taxonomische Diversität variiert zwischen den einzelnen Hadza weniger als zwischen den Italienern, vielleicht wegen Nähe im Lager und gemeinsamer Nahrungszubereitung und -aufnahme.

Trockenzeit: Hadza-Gruppen und Tiere sammeln sich an Wasserstellen, größerer Jagderfolg. Regenzeit: kleine, weit verstreute Gruppen.

Dominante Phyla: Bei den Hadza mehr Bacteroidetes und weniger Firmicutes als bei Italienern. Subdominante Phyla (<10%): deutliche Unterschiede; bei Hadza mehr Proteobacteria und Spirochaetes, die bei Italienern extrem selten sind; dafür fehlen Actinobacteria (wichtiges subdominantes Phylum bei Italienern) fast komplett. Auf Gattungsebene bei Hadza angereichert: Prevotella, Eubacterium, Oscillibacter, Butyricicoccus, Sporobacter, Succinovibrio, Treponema. Bei Italienern angereichert: Bifidobacterium, Bacteroides, Blautia, Dorea, unklassifizierte Lachnospiraceae, Roseburia, Faecalibacterium, Ruminococcus, unklassifizierte Erysipelotrichaceae. Bei Hadza viele unklassifizierte Bacteroidetes-, Clostridiales- und Ruminococcacae-Gattungen.

Zusammengefasst: Hadza-Mikrobiom praktisch frei von Bifidobacterium, reich an Bacteroidetes und Prevotella, Zusammensetzung der Clostridiales ungewöhnlich. Bekannte Butyrat-Produzenten reduziert, dafür viele Bakterien, die bisher als opportunistische Pathogene galten (neben Treponema auch Proteobacteria und Succinivibrio).

Vergleich mit afrikanischen Ackerbauern und Viehzüchtern: Gemeinsamkeiten mit anderen afrikanischen Gemeinschaften: Prevotella, Succinivibrio, Treponema. Vergleich mit 11 Mossi-Kindern aus Burkina Faso und 22 jungen Erwachsenen aus dem ländlichen Malawi: Hauptkomponente 1 (30% der Varianz) trennt klar westliche Kontrollen und afrikanische Minkrobiome, Hauptkomponente 2 (19% der Varianz) trennt Hadza von Malawi und Burkina Faso (und – schwächer – auch USA und Italien). Unterschied zw. italienischen Erwachsenen und restlichen westlichen Kontrollen: evtl. methodischer Bias -> Vorsicht bei Interpretation!

Sechs co-abundance groups (CAGs), nach dominanten Gattungen benannt: Dialister, Faecalibacterium, Prevotella, Blautia, Clostridiales_unclassified, Ruminicoccaceae_unclassified. Afrikaner: Prevotella-CAG, Westler (industrielle Landwirtschaft): Faecalibacterium-CGA. Hadza (Jäger und Sammler) im Vergleich zu Malawi und Burkina Faso (dörfliche Landwirtschaft): eigentümliche Kombination aus Clostridiales-, Ruminicoccaceae- und Blautia-CAG.

SCFA-Profile der Hadza und Italiener: SCFA = kurzkettige Fettsäuren, Hauptstoffwechselprodukte der bakteriellen Vergärung pflanzlicher Polysaccharide, die im Dünndarm nicht aufgeschlossen werden können. Acetat, Butyrat und Propionat wichtig für Nährstoffversorgung, Immunsystem, Zellsignalgebung, Zellvermehrungskontrolle und Schutz vor Pathogenen. Italienische Proben: signifikant größerer relativer Butyrat-Anteil, Hadza-Proben: Propionat angereichert. Weniger Butyrat vermutlich wg. weniger Butyrat-produzierenden Clostridien, aber da das Stoffwechselprodukt eines Bakteriums einem anderen als Rohstoff dienen kann, sind solche direkten Assoziationen nicht sicher.

Gattungen, die positiv mit Butyrat korrelieren: Bifidobacterium, Bacteroides, Blautia, Faecalibacterium, Ruminococcus. Negativ mit Propionat korrelieren Bifidobacterium, Blautia, Lachnospiraceae. Gattung, die positiv mit Propionat korreliert: Prevotella. Passt zum Hadza-SCFA-Profil. Butyrat entsteht aus Ballaststoffen und wird, wenn reichlich vorhanden, zu einem Hauptnährstoff für die Dickdarmepithelzhellen, die dann weniger Ressourcen aus dem Wirtsstoffwechsel verbrauchen. Propionat wird in die Leber transportiert und dort in die Gluconeogenese eingespeist. Da die Hadza-Kost zumindest saisonal fettarm ist, könnte es in der Leber Ausgangsstoffe aus dem Fettabbau ersetzen.

Diskussion:

Besuch bei den Hadza im Januar 2013, zwischen zwei Regenperioden. Zu dieser Zeit mindesten vier Knollenarten (von Hülsenfrüchtlern, Kürbisgewächsen und Windengewächsen), Groß- und Kleinwild, Honig von verschiedenen Bienenarten, Blätter, Affenbrotbaumfrüchte und eine Beerenart verfügbar. Knollen roh oder kurz geröstet verspeist, harte Fasern werden beim Essen als Priem ausgespuckt; extrahiert werden dabei Wasser, Monosaccharide, Stärke und wasserlösliche Ballaststoffe. Etwa 70% der im Jahresverlauf aufgenommenen Kalorien sind pflanzlicher Herkunft. Kost variiert jahreszeitlich stark, viel Fleisch in der Trockenzeit (Wild an Wasserlöchern). Insgesamt viele Monosaccharide, Stärken und Proteine, wenig Fett.

Geschlechtsunterschiede im Mikrobiom bei keiner anderen Menschengruppe entdeckt. Fähigkeit des Mikrobioms der Hadza-Frauen, auf hohen Pflanzenanteil in der Kost zu reagieren, steht im Widerspruch zur Lehrmeinung, der Darm sei kaum zur Energie-Selbstversorgung imstande und sein Energiebedarf gehe auf Kosten der Reproduktion und der Gehirnentwicklung. Erhöhter Energiebedarf der Frauen in der Schwangerschaft und während des Stillens übt starken Selektionsdruck auf die Darmflora aus, ihrem Wirt möglichst viele Nährstoffe zur Verfügung zu stellen.

Treponema inzwischen in fünf geografisch getrennten ländlichen Gemeinschaften (Hadza, Burkinao Faso, Malawi, Südafrikaner, Venezuela) gefunden; wegen Fähigkeit zum Ballaststoffabbau offenbar wichtige Funktion und nicht (nur) pathogen. Treponematose bei Hadza selten (13 von 215), auch Framboesie bei Hadza-Frauen (sesshaft wie nomadisch) selten -> Immunsystem hat Pathogene offenbar im Griff. Medizinische Untersuchung vor 40 Jahren: Bei den nomadischen Hadza im Vergleich zu anderen Gruppen in Nord-Tansania oder Südost-Uganda relativ wenig Infektionskrankheiten, Stoffwechselkrankheiten oder Mangelernährung trotz sehr begrenzter oder ganz fehlender medizinischer Versorgung.

Fehlen der Actinobacteria, insbesondere Bifidobacterium, überrascht, denn die Kinder werden lange gestillt (typischer Übertragungsweg Mutter -> Kind). Liegt wohl an fehlendem Kontakt zu Vieh; typische Bifidobacterium-Quellen: Rinder, Schweine, aber auch Kaninchen. Auch andere Gruppen, die wenig bis keine Fleisch- und Milchprodukte zu sich nehmen (Veganer, Koreaner) haben niedrigen Actinobacteria-Anteil. Bei anderen Erwachsenen meist 1-10% Bifidobacteria, gelten als gesundheitsförderlich. Unklar, ob Bifidobacteria nach dem Abstillen verloren gehen oder nie da waren.

Y-Chromosom- und mtDNA-Analysen: Hadza – wie die Khoisan – sehr früh von den übrigen Kulturen isoliert; wohl sehr alte traditionelle Lebensweise. Welche Mikrobiom-Zusammensetzung „gesund“ ist, hängt noch stärker von der  Lebensweise und den Umweltbedingungen ab, als man bisher dachte. Das Hadza-Mikrobiom dürfte den koevolvierten „alten Freunden“ unserer Vorfahren recht nahe kommen. Da über 33% der Gattungen nicht identifiziert werden konnten, dürfte es bei genauerer Analyse noch einige Überraschungen geben.

Funktionelle Redundanz in intakter Darmflora -> Nicht die genaue Zusammensetzung, sondern die Aktivität des Mikrobioms bleibt stabil.

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