Gesunde Darmflora verhindert Muskelschwund

Stockholm (Schweden) - Die Gesamtheit der Darmbakterien eines Menschen verhält sich wie ein Organismus, der als Symbiont ganz unterschiedliche Körperfunktionen seines Wirtes positiv beeinflusst. Das Mikrobiom des Darms, auch als Darmflora bezeichnet, unterstützt unter anderem die Verdauung, ist an der Reifung des Immunsystems beteiligt und steht in enger Verbindung mit dem Nervensystem. Jetzt hat eine internationale Arbeitsgruppe unter der Leitung schwedischer Forscher in Versuchen mit Mäusen herausgefunden, dass die Darmbakterien auch einen starken Einfluss auf die normale Funktion der Skelettmuskulatur haben. Keimfrei aufgewachsene Tiere ohne Mikrobiom zeigten Anzeichen von Muskelschwund. Eine Übertragung von Darmbakterien anderer Mäuse konnte Masse und Funktion der Muskeln teilweise wieder normalisieren, berichten die Wissenschaftler im Fachblatt „Science Translational Medicine“. Die Aufklärung der zugrunde liegenden Wirkmechanismen könnte Hinweise auf Ursachen und Therapien von Muskelatrophien liefern.

„Keimfreie Mäuse als Tiermodell sind zwar ein künstliches System“, schreiben die Forscher um Sven Pettersson und Shawon Lahiri vom Karolinska-Institut in Stockholm. „Doch solche Tiere sind nötig, um die Wechselwirkungen zwischen Mikroben und Wirt im lebenden Organismus erforschen zu können.“ Die Biologen stellten zunächst fest, dass die Gesamtmasse an Skelettmuskeln bei keimfreien Mäusen geringer war als bei Tieren mit normaler Darmflora. Die Transplantation von Darmbakterien gesunder normaler Mäuse in den sterilen Darm bewirkte ein Muskelwachstum. Auch die Funktion der neuromuskulären Endplatte, über die Erregungen von einer Nervenfaser auf eine Muskelfaser übertragen werden, war bei den keimfreien Mäusen gestört. Das könnte mit einem geringeren Blutspiegel an Cholin zusammenhängen, einem Vorläufer von Acetylcholin, das dabei als Neurotransmitter dient.

Zudem zeigten Muskelzellen der Tiere ohne Mikrobiom eine verringerte Aktivität von Genen, die Muskelwachstum und Energieproduktion steuern. Wie weitere Untersuchungen ergaben, war bei den keimfreien Mäusen das Gleichgewicht zwischen Proteinabbau und Proteinneubildung in den Muskeln zugunsten des Abbaus verschoben. Möglicherweise reagiert der Wirt damit darauf, dass durch die fehlenden Darmbakterien eine Produktion von Aminosäuren durch das Mikrobiom entfällt, vermuten die Autoren. Auch ein Mangel an kurzkettigen Fettsäuren wie Essigsäure (Acetat), Propionsäure (Propionat) und Buttersäure (Butyrat), die normalerweise von den Darmbakterien freigesetzt werden, könnte den Muskelschwund begünstigen. Dafür sprechen Experimente, in denen sich durch Zugabe dieser Fettsäuren in das Trinkwasser der Tiere nach vier Wochen die Muskelfunktion verbesserte.

Zusätzliche Untersuchungen seien nötig, um weitere Stoffwechselprodukte des Mikrobioms zu identifizieren, die das Wachstum und die Funktion der Skelettmuskulatur beeinflussen, schreiben die Forscher. Daraus könnten sich auch neue Behandlungsmethoden bei einer starken Abmagerung (Kachexie) von Krebspatienten und anderer Formen von Muskelschwund ergeben.