Neue Wege für Behandlung von Stoffwechselproblemen?

Wissenschaftler beschäftigen sich mit den Beziehungen zwischen dem Gehirn und dem Darm seit langer Zeit. Die sogenannte Darm-Hirn-Achse funktioniert mit verschiedenen Kommunikationsmethoden: Direkte und indirekte Nervenverbindungen sowie zahlreiche Signalstoffe. In einer neuen Studie haben Forscher in Tiermodellen herausgefunden, dass Neuronen im Hypothalamus Veränderungen in der Aktivität der Darmbakterien erkennen und darauf mit Appetit und Temperatur reagieren. Das bedeutet: Die Darmmikrobiota und dem Gehirn kommunizieren ebenfalls miteinander.

Mikrobiota im Darm beeinflusst gesamten Körper

Wenn Darmbakterien aktiv werden, reagieren Nervenzellen im Hypothalamus mit einer Anpassung von Körpertemperatur und Appetit. Diese Entdeckung könnte zu neuen Behandlungen für Stoffwechselerkrankungen wie Diabetes und Fettleibigkeit führen. Die Wissenschaftler, ein internationales Team unter der Leitung von Forschern des renommierten Pasteur-Instituts in Paris, veröffentlichten die Ergebnisse der aktuellen Studie in dem Wissenschaftsmagazin Science.

„Von der Mikrobiota freigesetzte Verbindungen finden sich im Blutkreislauf und können physiologische Prozesse modulieren, wie zum Beispiel Immunität, Stoffwechsel und Gehirnfunktionen. Mikrobielle Stoffwechselprodukte, einschließlich kurzkettiger Fettsäuren und Tryptophanderivate, regulieren viele Prozesse durch Rezeptoren, die weit verbreitet sind“, schrieben die Forscher.

Das bedeutet, die vielen Millionen Kleinstlebewesen in unserem Darm, neben Bakterien auch Viren und Pilze, erreichen über den Blutkreislauf den gesamten Körper.

Rezeptoren für die Erkennung von Mustern

Die strukturellen Bestandteile von Mikroben werden nach Auskunft der Forscher von Mustererkennungsrezeptoren (PRRs) erkannt. Sie signalisieren das Vorhandensein von Viren, Bakterien oder Pilzen auf Schleimhautoberflächen, in Geweben und in Zellen. Frühere Untersuchungen zeigen bereits, dass bakterielle Komponenten tatsächlich die Gehirnaktivität modulieren. PRRs werden beispielsweise mit Gehirnstörungen in Verbindung gebracht.

Ob Gehirnneuronen bakterielle Bestandteile direkt wahrnehmen können und ob Bakterien physiologische Prozesse durch Regulierung von Gehirnneuronen regulieren können, musste aber erst noch demonstriert werden.

Im Fokus: Rezeptor NOD2 in Immunzellen

Die Wissenschaftler konzentrierten sich bei ihren aktuellen Untersuchungen auf den Rezeptor NOD2 (Nucleotide Oligomerization Domain), der hauptsächlich in Immunzellen vorkommt. Dieser Rezeptor erkennt das Vorhandensein von Muropeptiden. Das sind Bausteine ​​der bakteriellen Zellwand.

Bekannt ist bereits, dass Varianten des Gens, das für den NOD2-Rezeptor kodiert, mit chronischen Verdauungsstörungen, einschließlich Morbus Crohn, sowie neurologischen Erkrankungen und Stimmungsstörungen in Verbindung gebracht werden. Diese Daten reichten in der Vergangenheit jedoch nicht aus, um eine direkte Beziehung zwischen neuronaler Aktivität im Gehirn und bakterieller Aktivität im Darm nachzuweisen. Das hat erst das Wissenschaftlerteam mit der neuen Studie geschafft.

Muropeptide vom Darm hemmen Neuronen

Mithilfe von bildgebenden Verfahren des Gehirns beobachteten die Wissenschaftler, dass der NOD2-Rezeptor in Mäusen von Neuronen in verschiedenen Regionen des Gehirns exprimiert wird. Besonders stark geschieht das in der Gehirnregion, die als Hypothalamus bekannt ist.

Anschließend entdeckten sie, dass die elektrische Aktivität dieser Neuronen unterdrückt wird, wenn sie mit bakteriellen Muropeptiden aus dem Darm in Kontakt kommen. „Muropeptide im Darm, Blut und Gehirn gelten als Marker für die bakterielle Proliferation“, erklärte Dr. Ivo G. Boneca, Leiter der Abteilung für Biologie und Genetik der Bakterienzellwand-Einheit am Pasteur Institut Pasteur.

Hypothalamus steuert wichtige Funktionen

„Es ist außergewöhnlich zu entdecken, dass Bakterienfragmente direkt auf ein so strategisches Gehirnzentrum wie den Hypothalamus einwirken, der dafür bekannt ist, lebenswichtige Funktionen wie Körpertemperatur, Fortpflanzung, Hunger und Durst zu steuern“, kommentierte Dr. Pierre-Marie Lledo, Wissenschaftler und Leiter der Abteilung Wahrnehmung und Gedächtnis des Pasteur Instituts.

Diese Entdeckung ebnet den Weg für neue interdisziplinäre Projekte an der Grenze zwischen Neurowissenschaften, Immunologie und Mikrobiologie. Die Wissenschaftler hoffen, dass sie das Tor zu neuen Behandlungen für Hirnerkrankungen und Stoffwechselstörungen wie Diabetes und Fettleibigkeit öffnet.

Quelle:

Gabanyi I, Lepousez G, Wheeler R, Vieites-Prado A, Nissant A, Wagner S, Moigneu C, Dulauroy S, Hicham S, Polomack B, Verny F, Rosenstiel P, Renier N, Boneca IG, Eberl G, Lledo PM. Bacterial sensing via neuronal Nod2 regulates appetite and body temperature. Science. 2022 Apr 15;376(6590):eabj3986. doi: 10.1126/science.abj3986. Epub 2022 Apr 15. PMID: 35420957.

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