Wer es gerochen hat, hat es ausgeteilt … vor allem, wenn das Ausgeteilte nach faulen Eiern riecht. Der Schuldige hinter diesem Eiergestank ist Schwefelwasserstoff (H2S), ein farbloses, stechendes Gas, das sowohl von Säugetier- als auch von Bakterienzellen im Darm produziert wird.
H2S besitzt nicht nur die Fähigkeit, einen Raum zu reinigen, sondern ist auch an unzähligen Prozessen beteiligt, die Gesundheit – und Krankheit – fördern. Was sind also die Fakten zu diesem Gas von unten?
Stinkend: H2S-Produktion im Darm
Die meisten Menschen haben wahrscheinlich schon einmal in ihrem Leben den Gestank von H2S erlebt. Das Gas – ein elektronenreiches Molekül, bestehend aus einem Schwefelatom, flankiert von zwei Wasserstoffatomen –wird in verschiedenen industriellen Prozessen verwendet bzw. erzeugt (z. B. Produktion von Nahrungsmitteln, Textilien, Öl und Erdgas ua). Es kann auch aus Abwasserkanälen, heißen Quellen und verwesenden organischen Stoffen gefunden werden. Pflanzen produzieren H2S, ebenso wie Bakterien – auch solche, die in unserem Darm zu Hause sind.
Einige Darmmikroben (z. B. Salmonellen, Escherichia, Fusobacterium und mehr) erzeugen H2S durch den Abbau schwefelhaltiger Aminosäuren, wie Cystein oder Taurin, zur Energiegewinnung. Solche schwefelhaltigen Substrate können aus der Nahrung des Wirts oder vom Wirt selbst stammen (z. B. wird Taurin häufig aus dem mikrobiellen Metabolismus von Gallensäuren gewonnen).
Bestimmte anaerobe Bakterien, nämlich Mitglieder der Gattung Desulfovibrio, produzieren auch H2S durch die Reduktion von Sulfat (SO42-), einer Verbindung, die natürlicherweise in verschiedenen Lebensmitteln und Trinkwasser vorkommt. Während Wirtszellen H2S aus Cystein und anderen Co-Substraten produzieren (bekannt als endogenes H2S), wird ein großer Teil der im Darm schwebenden Stoffe von Bakterien produziert (exogenes H2S).
Die meisten Menschen kennen das im Darm erzeugte H2S als Bestandteil von Blähungen (so sehr sie sich wünschen, es nicht zu wissen). Aber wie H2S produziert (und freigesetzt) wird, ist eine Sache; Eine weitere Frage ist, wie es sowohl mit Bakterien als auch mit Wirtszellen im Darm interagiert und so zahlreiche physiologische Prozesse beeinflusst.
Wie wirkt sich H2S auf Bakterien aus?
Die Umwandlung von Schwefel in H2S stellt eine Energiequelle für Bakterien dar. Doch das Gas selbst ist mehr als nur ein Nebenprodukt des Stoffwechsels; Es schützt Mikroben auch vor Umwelteinflüssen wie oxidativem Stress. Wie? Das Gas fängt freie Radikale und andere Moleküle, die die DNA schädigen können, und steigert die Aktivität endogener, antioxidativer Enzyme. Es hat sich gezeigt, dass H2S seine Schutzfunktion weiter untermauert Schutz vor der tödlichen Wirkung von Antibiotikavon denen einige oxidativen Stress auf Bakterienzellen ausüben.
H2S kann auch im Zusammenhang mit vom Wirt verursachten Stressfaktoren von Vorteil für das Überleben von Mikroben sein. Beispielsweise zeigte eine Studie aus dem Jahr 2018, dass avirulente Stämme von Escherichia coli und Methicillin-resistentem Staphylococcus aureus kein H2S erzeugen konnten anfälliger für die Abtötung durch Leukozyten in vitro. Ein Mangel an H2S-Produktion erleichterte auch die bakterielle Clearance in Mausmodellen für Sepsis und schwere Verbrennungen.
Obwohl diese Ergebnisse nicht spezifisch für die Darmmikrobiota sind, deuten sie insgesamt darauf hin, dass H2S als bakterieller Abwehrmechanismus gegen Immunantworten des Wirts – einschließlich der leukozytischen Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) – fungiert, der im Zusammenhang mit dem Überleben und Wachstum des Darms schützend wirken könnte.
Wenn Blähungen gut sind
Wenn es um die Gesundheit des Wirts geht, wissen Wissenschaftler seit mehreren Jahrzehnten, dass H2S im menschlichen Körper viel Gutes bewirkt. Es fungiert größtenteils als Signalmolekül und ist an allem beteiligt, von der Gentranskription und ROS-Reaktionen bis hin zur Zellatmung und -proliferation. Das Gas dient auch als wichtige Energiequelle für die Epithelzellen des Dickdarms.
Darüber hinaus bleibt das im Darm produzierte H2S nicht dort; Es diffundiert aus dem Darm in den Kreislauf, wo es zur Funktion der Organe im gesamten Körper beiträgt, einschließlich Herz, Lunge und Gehirn. Tatsächlich deuten Daten aus Tierversuchen darauf hin, dass zirkulierendes H2S größtenteils auf die Stoffwechselaktivität der Darmmikrobiota zurückzuführen ist.
Zu diesem Zweck kann das von Mikroben erzeugte H2S wiederum prägen die Zusammensetzung der Darmmikrobengemeinschaft selbst. Dies hat vielfältige Auswirkungen auf die Gesundheit des Wirts und hilft unter anderem dabei, das Immunsystem zu trainieren und zu regulieren, damit es mikrobielle Freunde von Feinden unterscheiden kann. Somit ist H2S sowohl eine bakterielle Abwehr gegen Wirtsreaktionen als auch ein Werkzeug, das diese Reaktionen formt, um die Darmhomöostase aufrechtzuerhalten.
Das Gas interagiert auch direkt mit Immunzellen und beeinflusst so deren Aktivierung und Aktivität. Darüber hinaus kann die mikrobielle H2S-Produktion Enzyme hemmen, die für die aerobe Atmung einiger bakterieller Krankheitserreger (z. B. Klebsiella pnuemonieae) erforderlich sind, und so möglicherweise dazu beitragen, Infektionen zu widerstehen.
Wenn H2S im Darm faul ist (Eier)
Aber es gibt einen Haken: H2S ist giftig. Genauer gesagt kann es je nach Konzentration giftig sein. Diese „glockenförmige Reaktion“ ist ein charakteristisches Merkmal von H2S; In kleinen Mengen ist es in Ordnung. Wenn jedoch die Menge an H2S die Fähigkeit der Zellen, es zu nutzen und zu entgiften, übersteigt, wird es zu einem Problem.
Was genau sind diese Probleme? Zum einen hemmt zu viel H2S die Zellatmung des Wirts, indem es eine Komponente der Elektronentransportkette in Mitochondrien und anderen hemmt schädigt die DNA. Auch große Mengen an exogenem H2S wurden nachgewiesen denaturieren die schützende Schleimschicht, die den Darm bedeckt. In diesem Fall können Bakterien Zugang zum darunter liegenden Epithel erhalten und eine Entzündung auslösen.
Tatsächlich gibt es Zusammenhänge zwischen H2S-produzierenden Bakterien und entzündlichen Darmerkrankungen wie entzündlichen Darmerkrankungen (IBD). Reizdarmsyndrom Und Darmkrebs. Da diese Verbindungen größtenteils assoziativ sind, sind weitere Untersuchungen erforderlich, um die explizite Rolle von H2S bei der Manifestation und dem Fortschreiten der Krankheit besser zu verstehen. Dies steht im Rahmen des umfassenderen Bedarfs an besseren mechanistischen Erkenntnissen über die Auswirkungen des Gases auf die Darmmikrobiota und die daraus resultierenden Auswirkungen auf Wirtsprozesse (z. B. das Immunsystem).
H2S nutzen, um die Gesundheit zu fördern
Abgesehen von offenen Forschungsfragen haben die Zusammenhänge zwischen H2S und Gesundheit Wissenschaftler dazu motiviert, zu untersuchen, ob die Modulation seiner Konzentration therapeutisch nützlich sein könnte. Zum Beispiel die exogene Verabreichung von H2S reduzierte Entzündungen, förderte die Schleimproduktion und stellte den Mikrobiota-Biofilm wieder her in einem Mausmodell von IBD, was sein therapeutisches Potenzial hervorhebt.
Das zeigte eine weitere aktuelle Studie H2S aus Darmmikroben reagiert mit Verbindungen (Azo-Xenobiotika), die häufig in Lebensmittelfarbstoffen und Arzneimitteln vorkommen; Eine Änderung der Nahrungskonzentration eines Xenobiotikums (Red 40) verringerte den Sulfidspiegel im Darm der Maus und zeigte, wie Ernährung und Medikamente angepasst werden können, um die H2S-Konzentrationen im Darm anzupassen.
Es wurde auch untersucht, wie man die Häufigkeit und Stoffwechselaktivität von H2S-produzierenden Bakterien als Indikatoren zur Unterstützung der Diagnose und Überwachung von Darmerkrankungen nutzen kann.
Je mehr Forscher über H2S erfahren, desto besser können sie bestimmen, wie es für einen guten Zweck genutzt werden kann. Es ist ein stinkendes Unterfangen, aber jemand muss es tun.