Darmmikrobiota und Nährstoffmetabolismus

Die Darmmikrobiota ist die dichte Gemeinschaft von Mikroorganismen im Darm, die im Dickdarm am zahlreichsten ist und durch die Fermentation von Nahrungsbestandteilen, die der Wirt nicht verdauen kann, zur Ernährung des Wirts beiträgt. Durch diese Fermentation gewinnt sie Energie aus unverdauten Kohlenhydraten zurück, produziert kurzkettige Fettsäuren und bestimmte Vitamine und beteiligt sich an einer mutualistischen Beziehung mit dem Wirt.

Definition

Die Darmmikrobiota ist die Gemeinschaft von Mikroorganismen, die den Gastrointestinaltrakt besiedeln; ihre Rolle im Nährstoffmetabolismus ist die Gesamtheit der mikrobiellen Aktivitäten – hauptsächlich die kolische Fermentation von nicht verdaulichen Substraten zu kurzkettigen Fettsäuren und die Synthese einiger Vitamine –, die zur Nährstoffversorgung des Wirts beitragen.

Scope

Dieses Thema behandelt die Zusammensetzung und das Ausmaß der Darmmikrobengemeinschaft, ihren metabolischen Beitrag zur Ernährung – hauptsächlich die Fermentation von nicht verdaulichen Kohlenhydraten zu kurzkettigen Fettsäuren – und die diätetische Modulation der Mikrobiota durch Präbiotika. Es handelt sich um Referenzphysiologie und -ernährung und bietet keine probiotischen, präbiotischen oder diätetischen Verschreibungen.

Core questions

• Wie ist die Zusammensetzung und das Ausmaß der menschlichen Darmmikrobiota?
• Wie trägt die mikrobielle Fermentation zur Nährstoff- und Energieversorgung des Wirts bei?
• Wie formt die Ernährung, einschließlich Präbiotika, die Mikrobiota und ihren metabolischen Output?

Key concepts

• Wirt-Mikrobiota-Mutualismus
• Kolische Fermentation von nicht verdaulichen Kohlenhydraten
• Kurzkettige Fettsäuren (Acetat, Propionat, Butyrat)
• Energierückgewinnung aus unabsorbiertem Substrat
• Mikrobielle Synthese von Vitaminen
• Präbiotika und diätetische Modulation
• Diversität, Stabilität und Resilienz der Gemeinschaft

Mechanisms

Der Darm beherbergt eine mikrobielle Gemeinschaft, deren Zellzahl mit der der körpereigenen Zellen des Wirts vergleichbar ist (Sender et al., 2016), und die in einer mutualistischen Beziehung steht, in der die Mikroben einen nährstoffreichen Lebensraum gewinnen und der Wirt metabolische Kapazitäten erhält, die ihm fehlen (Bäckhed et al., 2005). Kohlenhydrate, die der Dünndarmverdauung entgehen, erreichen den Dickdarm, wo die Mikrobiota sie zu kurzkettigen Fettsäuren – Acetat, Propionat und Butyrat – fermentiert, die vom Wirt aufgenommen und genutzt werden, wodurch Energie zurückgewonnen wird, die sonst verloren ginge (Cummings et al., 1987). Die Zusammensetzung und der metabolische Output dieser Gemeinschaft variieren zwischen Individuen, zeigen jedoch eine charakteristische Stabilität und Resilienz (Lozupone et al., 2012), und sie können durch die Ernährung geformt werden: selektiv fermentierte Substrate, sogenannte Präbiotika, fördern bestimmte mikrobielle Aktivitäten (Gibson & Roberfroid, 1995; Gibson et al., 2017).

Clinical relevance

Die metabolische Rolle der Mikrobiota beeinflusst, wie Ballaststoffe, Fermentation und Wirt-Mikroben-Interaktionen in der Ernährungs- und Gesundheitswissenschaft betrachtet werden. Dieser Eintrag beschreibt den normalen mikrobiellen Nährstoffmetabolismus zu Referenz- und Bildungszwecken und ist keine Grundlage für individuelle probiotische, präbiotische, diätetische oder Behandlungs-Empfehlungen.

Debates

Wie sollte 'Präbiotikum' definiert werden?

Das ursprüngliche Konzept eines selektiv fermentierten Inhaltsstoffs, der dem Wirt zugutekommt, wurde mit fortschreitender Mikrobiomforschung überarbeitet; ein internationaler Expertenkonsens aktualisierte und erweiterte die Definition und den Umfang von Präbiotika und verfeinerte die Kriterien, die ein Substrat erfüllen muss.

Seminal works

• backhed-2005
• cummings-1987
• gibson-1995
• lozupone-2012

Frequently asked questions

Wie hilft die Darmmikrobiota bei der Ernährung?

Sie fermentiert Nahrungsbestandteile, die der Wirt nicht verdauen kann, insbesondere Kohlenhydrate, die den Dickdarm erreichen, und produziert dabei kurzkettige Fettsäuren, die der Wirt aufnimmt und zur Energiegewinnung nutzt; außerdem synthetisiert sie einige Vitamine.

Was sind Präbiotika?

Präbiotika sind diätetische Substrate, die von Wirtsmikroorganismen selektiv genutzt werden, um einen gesundheitlichen Nutzen zu erzielen; ihre Definition wurde im Laufe der Zeit durch Expertenkonsens verfeinert, da das Verständnis der Mikrobiota gewachsen ist.