Das ist dein Bauch bei Sushi

Wenn Sie das nächste Mal Heißhunger auf Sushi-Rollen verspüren, spüren Sie vielleicht eine neue Wertschätzung für das Meer. Es ist nicht nur für Ihre Fisch- und Algenhülle zu verdanken, sondern, wie eine neue Studie von Michigan Medicine andeutet, für die Bakterien in Ihrem Darm, die Algen verdauen.

Der Ozean ist eines der größten Kohlenstoffreservoirs auf dem Planeten, ein Großteil davon ist in Algen eingeschlossen. Meeresbakterien spielen eine entscheidende Rolle im Kohlenstoffkreislauf, indem sie Algen abbauen. Vor etwas mehr als einem Jahrzehnt fanden Forscher in einer Mikrobiomprobe eines japanischen Erwachsenen die Gene, die es Ozeanbakterien ermöglichen, das komplexe Kohlenhydrat Porphyran abzubauen, das in Kaltwasseralgen vorkommt.

Eine neue Studie unter der Leitung von Nicolas Pudlo, Ph.D., Gabriel Vasconcelos Pereira, Ph.D., und Eric Martens, Ph.D., von der UM Medical School, hat herausgefunden, dass diese Gene ozeanischen Ursprungs häufiger vorkommen als zuvor erkannt, gelangt es durch einen Prozess, der als lateraler Gentransfer bekannt ist, in das menschliche Darmmikrobiom.

Während der Verdauung bauen Darmbakterien beim Menschen Ballaststoffe oder Polysaccharide ab, die in Obst, Gemüse und Getreide enthalten sind. Die in Meeresalgen gefundenen Polysaccharide haben jedoch andere chemische Strukturen als Nahrungsmittel aus Landquellen. Irgendwie fanden Gene der im Ozean lebenden Bacteroidetes – einer Bakteriengattung, die eine Schlüsselrolle im Mikrobiom spielt – ihren Weg in den menschlichen Darm.

„Ob sie direkt von einem ozeanischen Bakterium stammen, das jemand zufällig verzehrt hat, oder über einen komplexeren Weg in den menschlichen Darm gelangen, ist immer noch ein Rätsel“, sagte Martens, Professor an der Abteilung für Mikrobiologie und Immunologie.

Um zu untersuchen, wie umfangreich die Algen-Gencluster in Darm-Bacteroidetes sind, wandte sich das Team einer ungewöhnlichen Quelle zu: Stuhlproben von UM-Studenten im Grundstudium.

„Wir haben die Proben in kleinen Glasröhrchen erhalten und unsere gesamte Kultivierung in der anaeroben Kammer des Labors durchgeführt“, kommentierte Ahmed Ali, einer der studentischen Forscher der Studie. „Ich erinnere mich, dass die Arbeit in der Kammer heiß und etwas schwierig war, aber das wurde definitiv durch die Tatsache ausgeglichen, dass wir bei der Arbeit nicht ‚den wissenschaftlichen Prozess riechen‘ mussten“, witzelte er.

Anschließend analysierten sie die Fähigkeit der Bakterien, mehrere aus Algen gewonnene Polysaccharide, darunter Porphyran, Laminarin, Alginat und Carrageenan, abzubauen.

Das Team fand heraus, dass Gene für die Verarbeitung von Laminarin in den Proben weit verbreitet waren, möglicherweise in Verbindung mit der damit verbundenen Fähigkeit, Beta-Glucane zu verarbeiten, Zucker, der auch in Hafer und Vollkornprodukten vorkommt. Die anderen Meeresalgen-Polysaccharide wurden jedoch von weniger Bakterienarten verwendet und waren in weniger Proben vorhanden.

„Die Gene zur Verarbeitung von Agarose und Porphyran, zwei der am häufigsten konsumierten Algen in Südostasien, waren in der Regel bei den dort lebenden Menschen angereichert“, sagte Martens. Bei einem genaueren Blick auf die geografische Verteilung der Gencluster verwies das Team auf genomische Untersuchungen von Proben, die von mehr als 2000 Menschen in Asien, Afrika, Nord- und Südamerika und Europa entnommen wurden.

Die Gene für den Abbau von Porphyran wurden tatsächlich in Proben aus China und Japan angereichert. Gene für die Verarbeitung von Carrageenan, das seit 400 v. Chr. in China konsumiert wird und heute in den Vereinigten Staaten weithin als Lebensmittelzusatzstoff in allem von Hafermilch bis hin zu Säuglingsnahrung verwendet wird, wurden auch in Proben aus China, Japan und Nordamerika angereichert.

Um die Entwicklung der Algenverdauung noch interessanter zu machen, entdeckte das Team zufällig, dass die Bakterien Firmicutes, die im menschlichen Darm noch häufiger vorkommen als Bacteroidetes, auch die genetische Fähigkeit erworben haben, auf Algenpolysacchariden zu wachsen.

„Firmicutes leben bekanntlich im Darm von Fischen, und die nächsten Vorfahren der Gene, die anscheinend in den menschlichen Darm Firmicutes gesprungen sind, wurden in Fischen gefunden“, sagte Martens.

Die Studie, stellt das Team fest, wirft neue Fragen über das komplexe Zusammenspiel zwischen Ernährung und der Anpassung des menschlichen Darmmikrobioms in Bevölkerungen auf der ganzen Welt auf.

Weitere Autoren der Veröffentlichung sind Jaagni Parnami, Melissa Cid, Stephanie Markert, Jeffrey P. Tingley, Frank Unfried, Austin Campbell, Karthik Urs, Yao Xiao, Ryan Adams, Duña Martin, David N. Bolam, Dörte Becher, Thomas M. Schmidt , Wade Abbott, Thomas Schweder und Jan Hendrik Hehemann.