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Gastroenterologie Infektiologie Wissenschaft

Im Team gegen Magen-Darm-Infektionen

Manche Medikamente, wie etwa Antibiotika oder Immunsuppressiva, können als Nebenwirkung nützlichen Mikroorganismen (kommunale Mikroorganismen), die man typischerweise in einem gesunden Darm vorfindet, stören oder abtöten. In diesem Fall kann es dann zu einer starken Vermehrung von Krankheitserregern kommen – Infektionen oder Krankheiten sind die Folge. In Industrieländern ist das Bakterium Clostridioides difficile der Hauptauslöser von Magen-Darm-Infektionen nach Antibiotika-Behandlungen. Ein internationales Forscherteam suchte daher nach Mikroorganismen, die ein Anwachsen von C. difficile im Darm verhindern.
Mittels eines ausgeklügelten Systems konnten sie 51 unterschiedliche kommensale Mikroben identifizieren, die sich von denselben Zuckern in der Darmschleimhaut ernähren, die auch C. difficile als Energiequelle dienen.

Danach untersuchten die Forscher in Tests an Mäusen, ob ein Mix aus 5 dieser identifizierten kommensalen Mikroorganismen eine Infektion durch C. difficile verhindern kann, indem sie diesen die Nahrungsquelle streitig machen. Wie sich herausstellte, konnte die Zugabe der identifizierten Mikroben eine Infektion mit C. difficile nicht vollkommen verhindern, wohl aber abschwächen. C. difficile kann Energie offenbar auch aus alternativen Quellen gewinnen und sich so im Darm etablieren. „Der Schlüssel, um eine Infektion endgültig zu verhindern, liegt potentiell in einer komplexeren Mischung aus kommensalen Darmmikroben die zusätzliche Organismen enthält, die mit C. difficile auch um diese alternativen Energiequellen konkurrieren“ meint Erstautorin Fatima Pereira vom Zentrum für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaften der Universität Wien. Weiterführende Experimente sollten dies klären.

Referenzen:
Universität Wien, ETH Zürich, UFZ Leipzig
Rational design of a microbial consortium of mucosal sugar utilizers reduces Clostridiodes difficile colonization; Nature Communications 2020;(11)5104, https://www.nature.com/ articles/s41467-020-18928-1

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Biotechnologie Gastroenterologie Wissenschaft

Wirkstoff fördert Darmregeneration

Im letzten Jahrzehnt gab es einen Boom auf dem Gebiet der Organoide – Miniaturorgane, die aus Stammzellen in der Petrischale gezüchtet werden. Ein Schweizer Forschungsteam hat sich das Ziel gesetzt, die Darmregeneration zu verstehen, indem sie die funktionellen genetischen Interaktionen entschlüsseln, die diesen Prozess regulieren. Zu diesem Zweck richteten sie eine bildbasierte Plattform für die Hochdurchsatzanalyse ein. Hiermit erstellten sie Profile von über 400 000 Organoiden, die mit einer Reihe von Wirkstoffen behandelt wurden. Ziel war, zu beurteilen, welche Wirkstoffe die Organoide beeinflussen. Dann klassifizierten sie jedes Organoid nach seiner Erscheinungsform (Phänotyp) und erstellten für jeden der 3000 untersuchten Wirkstoffe einen einzigartigen „phänotypischen Fingerabdruck“.

Dieser Datensatz ermöglichte es den Forschenden, 230 Gene zu identifizieren, die an der Entwicklung von Organoiden beteiligt sind, sowie ihre funktionellen genetischen Interaktionen. Zu den Treffern des Screens gehörte ein Hemmstoff des sogenannten Retinsäure-Signalwegs, der die regenerativen Eigenschaften der Organoide förderte. Auch im Tierversuch mit Mäusen mit strahleninduzierten Darmschäden stellten die Wissenschaftler eine bessere Erholung der Tiere fest, wenn sie mit dem Wirkstoff behandelt wurden: Sie zeigten eine verbesserte Geweberegeneration und verringerten Gewichtsverlust.

Die Erkenntnisse könnten den Weg für neuartige Therapien ebnen, die die Regeneration und Erholung des Darmepithels nach einer akuten Schädigung fördern, zum Beispiel bei Krebspatienten, die eine Chemo- oder Strahlentherapie erhalten.

Referenzen:

Universität Basel, Friedrich Miescher Institut for Biomedical Research (FMI), Basel

Phenotypic landscape of intestinal organoid regeneration, Nature (2020), https://doi.org/10.1038/s41586-020-2776-9

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Ernährung Gastroenterologie Immunologie Wissenschaft

Polyamine für die Darmgesundheit

Die Universitätsmedizin Mainz hat eine neue Studie zum Einfluss von Polyaminen auf das Immungleichgewicht im Darm veröffentlicht. Sie haben herausgefunden, dass ein bestimmtes Stoffwechselprodukt, das Polyamin Spermidin, die Darmgesundheit steigern und so zu einer verbesserten Immunität beitragen kann. 

Die Forscher fanden heraus, dass Polyamine die Differenzierung der CD4+-T-Zellen hin zu einem spezialisierten Zelltyp mit anti-entzündlichen Eigenschaften, den regulatorischen T-Zellen (Tregs) begünstigen. Die Anzahl an Treg-Zellen im Dünndarm und im Colon ist auch deutlich erhöht, wenn dem Darm das Polyamin Spermidin zugeführt wird. Hohe Mengen an Polyaminen bzw. dessen Vorläufer-Molekül L-Arginin enthalten Lebensmittel wie beispielsweise Nüsse, Fleisch, Fisch, Gemüse und Sojabohnen. Diese erhöhen die immunmodulatorische Funktion und schwächen Entzündungsreaktionen ab, wodurch wiederum eine verbesserte Immunität erzielt werden kann. 

Den Wissenschaftlern gelang es auch, in in vitro Zellmodellen als auch in einem Mausmodell für die Darmerkrankung Colitis den positiven Einfluss der Polyamine auf die Spezialisierung der CD4+-T-Zellen hin zu Tregs aufzuzeigen. Neben einer Zunahme an Foxp3-positiven Treg-Zellen, kommt es gleichzeitig zur Reduktion der Th17 Zellen, ein Zelltyp, der maßgeblich an Entzündungsreaktionen beteiligt ist. 

Referenzen:
Universitätsmedizin Mainz https://www.unimedizin-mainz.de/presse/pressemitteilungen/aktuellemitteilungen/newsdetail/article/polyamine-beeinflussen-darmgesundheit-positiv.html
Regulating T-cell differentiation through the polyamine spermidine, Journal of Allergy and Clinical Immunology (2020); https://www.jacionline.org/article/S0091-6749(20)30637-0/fulltext

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Gastroenterologie Infektiologie Wissenschaft

E.coli: Wer schneller wächst, ist früher tot

Bakterien sind Überlebenskünstler: Wenn sie Nahrung bekommen, vermehren sie sich rasant, doch sie können auch Hungerphasen überdauern. Allzu schnelles Wachstum reduziert jedoch ihre Überlebensfähigkeit, das zeigen Untersuchungen eines Forschungsteams der Technischen Universität München (TUM) an Kolibakterien. Die Ergebnisse könnten dabei helfen, die Wirksamkeit von Antibiotika zu steigern.

Untersucht wurde, inwieweit schnelles oder langsames Wachstum die Überlebensfähigkeit von Kolibakterien beeinflusst. Dabei hat sich gezeigt, dass Veränderungen der Wachstumsbedingungen direkte Auswirkungen auf die Sterberaten haben: die am besten ernährten und am schnellsten wachsenden Bakterien, sterben auch als erste, wenn man ihnen die Nahrung entzieht. Üppige Ernährung ist also schlecht für die Fitness von Bakterien. Sie sind offenbar auf schnelles Wachstum eingestellt und gehen verschwenderisch mit den Energie- Ressourcen um. Das wird ihnen während der Hungerphase zum Verhängnis.

Die Forschungsergebnisse lassen sich möglicherweise in Zukunft dazu nutzen, um beispielsweise die Wirkung von Antibiotika zu verbessern: „Man könnte nach dem Zuckerbrot-und-Peitsche-Prinzip beispielsweise Darmbakterien durch Verzehr einer Süßspeise zum Wachstum anregen. Das würde sie schwächen, wenn man dann ein Antibiotikum gegen eine Darminfektion einnimmt“, erklärt Forschungsleiter Prof. Ulrich Gerland von der TU München. Für konkrete Empfehlungen ist es aber noch zu früh. Hier sind weitere Forschungen nötig.

Referenzen:
TUM Technische Universität München
Pressemitteilung
Slower growth of Escherichia coli leads to longer survival in carbon starvation due to a decrease in the maintenance rate, Molecular Systems Biology, (2020) 16:e9478, DOI: https://doi.org/10.15252/msb.20209478

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Gastroenterologie Pädiatrie Wissenschaft

Schutz vor nekrotisierender Enterokolitis bei Frühchen

Die nekrotisierende Enterokolitis (NEC) ist die häufigste akute Erkrankung des Magen-Darm-Traktes bei sehr kleinen Frühgeborenen mit einem Geburtsgewicht unter 1.500 Gramm, welche lebensgefährliche Folgen haben kann. An der Medizinischen Universität Graz konnte nun gezeigt werden, dass Probiotika das Mikrobiom von Frühgeborenen positiv beeinflussen und in Kombination mit Antibiotika einen Schutz vor NEC bieten können.

In der von Univ.-Prof. Dr. Bernhard Resch geleiteten Studie wurden Stuhlproben von Frühgeborenen aus Graz, Leoben und Klagenfurt im Rhythmus von zwei Tagen mithilfe einer genetischen Untersuchungsmethode (16S rRNA Methode) untersucht. Die Forscher konnten aufzeigen, dass die orale Gabe von Antibiotika gemeinsam mit Probiotika als Prophylaxe bei NEC das Mikrobiom von Neugeborenen nicht negativ beeinflusst. Dies war international bislang umstritten. Vielmehr konnte in der Studie gezeigt werden, dass sich die Gabe von Probiotika bei sehr kleinen Frühgeborenen positiv auf die Ausbildung eines vielfältigen Mikrobioms auswirkt.

Für die Wissenschaftler war ebenfalls interessant zu sehen, dass sich das Mikrobiom krankenhausspezifisch voneinander unterschied. So dürfte nicht nur die Ernährung, sondern auch die Frühgeburtenstation bzw. das Umfeld im Krankenhaus einen prägenden Einfluss auf das Mikrobiom der Neugeborenen haben.

Referenzen:
Medizinische Universität Graz
https://www.medunigraz.at/…/news/schutz-fokus-fruehgeborene/
Originalpublikation: Nutrients, Published: 28 April 2020 https://doi.org/10.3390/nu12051256

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Gastroenterologie Immunologie Neurologie Wissenschaft

Sprechen Nervenzellen mit Darmbakterien?

Verschiedene Krankheiten des Verdauungstrakts, zum Beispiel gravierende Darmentzündungen beim Menschen, sind eng an Störungen der natürlichen Beweglichkeit des Darms gekoppelt. Welche Rolle die Peristaltik in Verbindung mit dem Mikrobiom – also die natürliche mikrobielle Besiedlung des Verdauungstrakts – spielt, wird derzeit intensiv untersucht. Unklar ist insbesondere, wie die Kontraktionen gesteuert werden und wie die als Schrittmacher agierenden Zellen des Nervensystems mit den Mikroorganismen zusammenarbeiten.

Einem Forschungsteam aus der Arbeitsgruppe Zell- und Entwicklungsbiologie an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) gelang es nun am Beispiel des Süßwasserpolypen Hydra erstmals zu belegen, dass stammesgeschichtlich alte Neuronen und Bakterien tatsächlich direkt miteinander kommunizieren. Überraschenderweise stellten die Forschenden fest, dass sich die Nervenzellen über Immunrezeptoren, also gewissermaßen mithilfe der Mechanismen des Immunsystems, mit den Mikroorganismen austauschen. Auf dieser Grundlage formulierten die Wissenschaftler die Hypothese, dass das Nervensystem bereits von Beginn der Evolution an nicht nur sensorische und motorische Funktionen übernimmt, sondern auch für die Kommunikation mit den Mikroben mitverantwortlich ist.
„Möglicherweise ist es so, dass Nervenzellen erfunden wurden, um die Kommunikation mit den für den Körper so wichtigen Mikroben überhaupt erst zu ermöglichen“, so die Untersucher.

Sollte diese Hypothese zutreffen, eröffnet sie auch völlig neue Perspektiven auf die Entstehung und künftige Behandlung von menschlichen Darmerkrankungen, die auf einer gestörten Beweglichkeit des Darms beruhen. Denn ein Zusammenhang zwischen dem Zustand des Mikrobioms und den Störungen der Darmbeweglichkeit besteht sehr wahrscheinlich auch beim Menschen. „Zukünftig müssen wir also auch die Rolle der Nervenzellen bei der Entstehung und Therapie von entzündlichen Darmerkrankungen berücksichtigen“, meinen die Wissenschaftler. Je besser die Forschenden deren Beteiligung an der Krankheitsentstehung verstehen, desto näher rücken therapeutische Eingriffe in das Mikrobiom, die eine gesunde Darmbeweglichkeit und damit eine Behandlung von chronischen Darmerkrankungen erlauben könnten.

Referenzen:
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Pressemitteilung: Entstanden Nervenzellen um mit Mikroben zu sprechen?
https://www.uni-kiel.de/de/detailansicht/news/168-klimovich-pnas
Originalpublikation: Thomas C.G. Bosch et al: Prototypical pacemaker neurons interact with the resident microbiota, PNAS First published 09 July 2020 https://doi.org/10.1073/pnas.1920469117

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Gastroenterologie Onkologie Wissenschaft

Neuer Darmkrebs-Mechanismus identifiziert

Tumoren haben Mechanismen entwickelt, um vom körpereigenen Immunsystem unentdeckt zu bleiben, um Angriffen zu entgehen. Die zugrundeliegenden Mechanismen, wie Tumoren dem Immunsystem entgehen, sind allerdings noch wenig bekannt.

Forscher der MedUni Wien rund um Robert Eferl vom Institut für Krebsforschung gelang es nun einen neuen, bisher unbekannten Mechanismus der Darmkrebsentstehung zu identifizieren.
Das bakterielle Mikrobiom aktiviert in den Paneth-Zellen (Drüsenzellen im Magen- und Darmtrakt) das Enzym Ido1 (Indoleamin-2,3-Dioxygenase-1) und verhindert dadurch lokale Darmentzündungen. Allerdings entstehen durch diese Aktivierung auch Stammzellnischen, in denen sich Darmtumoren entwickeln und Angriffe des Immunsystems behindert werden können.

Mit dieser Entdeckung stellen die Paneth-Zellen ein neues zelluläres Ziel für immunbasierte Therapien dar.

Referenzen:
Medizinische Universität Wien, 18. Juni 2020
https://www.google.at/amp/s/www.ots.at/amp/pr/OTS_20200618_OTS0014/
Nature-Journal Communications Biology
Commun Biol 3, 252 (2020). https://doi.org/10.1038/s42003-020-0989-y

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Ernährung Gastroenterologie Kardiologie Leben Wissenschaft

Zu viel Salz schadet dem Darmmikrobiom

Insbesondere für Frauen mit unbehandeltem Bluthochdruck scheint es sowohl hinsichtlich der Hypertonie als auch des Darmmikrobioms von Vorteil zu sein, die Salzaufnahme auf ein gesünderes Niveau zu senken, berichten amerikanische Wissenschaftler.

Anhand von Blutuntersuchungen bei 145 Erwachsenen konnten sie nachweisen, dass bereits eine sechswöchige Salzreduktion zu einer Erhöhung von kurzkettigen Fettsäuren (FCSAs) im Blut der Probanden führt. Diese werden von Darmbakterien produziert und sind ein Indikator für ein gesundes Darmmikrobiom. Bei den Studienteilnehmern wirkte sich die Erhöhung der FCSAs günstig auf die Elastizität der Blutgefässe aus und verringerte in Folge auch den Blutdruck. Besonders ausgeprägt war der Effekt bei Frauen.

Damit liegen nun auch erstmals Daten beim Menschen vor. Im Tiermodell wiesen erste Studien bereits auf den direkten Zusammenhang zwischen salzreicher Ernährung, Mikrobiom und hohem Bluthochdruck hin. Es wird angenommen, dass FCSAs auch eine wichtige Rolle bei Entzündungen, Fettleibigkeit und Diabetes zukommt.

Referenz:
Augusta University Health, Georgia
Modest Sodium Reduction Increases Circulating Short-Chain Fatty Acids in Untreated Hypertensives; 

https://doi.org/10.1161/HYPERTENSIONAHA.120.14800

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Gastroenterologie Onkologie Wissenschaft

Bakterien hinterlassen Signatur in Darmkrebszellen

Manche Bakterien verursachen Schäden im Erbgut, die zu Krebs führen könnten. Forscher unter der Leitung von Thomas F. Meyer vom Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie in Berlin haben zusammen mit Kollegen aus Helsinki, Stockholm und Barcelona einen genetischen Fußabdruck identifiziert, den Escherichia coli in Darmzellen hinterlässt. Und sie haben entdeckt, dass diese Mutationen bei bestimmten Darmkrebsformen besonders häufig auftreten. Sie liefern damit erstmals einen direkten Beleg dafür, dass ein Bakterium Krebs auslösen kann.

Die Wissenschaftler haben auch nachgewiesen, das das vom E. Coli produzierte Toxin „Colibactin“ einen Einfluss auf Tumorsuppressor-Gene wie APC hat, das besonders häufig betroffen war. Auch andere Bakterien können Colibactin, sowie andere Genotoxine mit potentiell krebsfördernden Eigenschaften bilden. Die Wechselwirkung zwischen den Toxinen der Bakterien und den Epithelzellen und ihre Rolle bei der Krebsentstehung soll deshalb nun weiter erforscht werden.

Referenz:
Dziubańska-Kusibab P.J et al., Nature Medicine, 1st June 2020; https://www.nature.com/articles/s41591-020-0908-2

Max Plank Institute Karolinska Institutet University of Helsinki Stockholm University

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Gastroenterologie Wissenschaft

Funktionsstörung des Kalziumkanals verursacht Pankreatitis

In einer aktuellen Untersuchung bei PatientInnen mit nicht-alkoholischer chronischer Pankreatitis wurde herausgefunden, dass Gendefekte, die die Funktion des Kalziumkanals beeinträchtigen, für eine früh einsetzende chronische Bauchspeicheldrüsenentzündung verantwortlich waren.

Mit dieser bahnbrechenden Entdeckung konnte ein neuer Krankheitsauslöser für die Entstehung einer Pankreatitis identifiziert werden und damit der Weg für neue Behandlungsmöglichkeiten geebnet werden. Die Forschungsarbeiten werden zudem Eingang in die genetische Routinediagnostik der erblichen Pankreatitis finden und zu neuen Forschungsansätzen in der Ursachenforschung der Pankreatitis führen.

Referenzen:
Pubmed Atsushi Masamune et al. Gastroenterology. 2020 May.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31930989/
TU München
https://www.tum.de/…/aktu…/pressemitteilungen/details/36035/

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