Forschende des Exzellenzclusters ?Balance of the Microverse? an der Universit?t Jena und dem Leibniz-HKI haben gemeinsam mit internationalen Partnern einen Mechanismus entschlüsselt, der bestimmt, wie unser Darmmikrobiom gesunde Pflanzenstoffe verarbeitet. Das ?chemische Kochbuch? der Darmbakterien ist bei jedem Menschen unterschiedlich – und bei chronischen Erkrankungen oft gest?rt. Die Ergebnisse ebnen den Weg für personalisierte Ern?hrungspl?ne, die gezielt die Balance im Mikrobiom f?rdern.

Das Mikrobiom: Unsere zweite, unsichtbare chemische Fabrik

Viele gesunde Pflanzenstoffe, etwa aus Beeren, Nüssen oder Gemüse, sind nicht sofort in der Form wirksam, wie wir sie essen. Sie müssen erst durch die unz?hligen Mikroorganismen in unserem Darm chemisch umgewandelt werden – eine Art ?zweite Verdauung?. Die internationale Forschungsgruppe konnte 775 verschiedene Phyton?hrstoffe und deren Umwandlung durch die Enzyme der Darmbakterien systematisch kartieren. Dabei zeigte sich, dass im Schnitt 70 Prozent aller Enzyme unseres Mikrobioms potenziell an dieser Verarbeitung beteiligt sind. Das ist viel mehr, als man bisher wusste.

Doch die Studie deckte auch eine entscheidende Herausforderung auf: Das ?chemische Kochbuch? der Darmbakterien ist extrem individuell. Ob eine bestimmte Person einen gesunden Pflanzenstoff optimal in seine wirksame Form umwandeln kann, h?ngt davon ab, welche spezifischen Enzyme ihre Darmflora besitzt. Diese F?higkeit unterscheidet sich nicht nur von Mensch zu Mensch, sondern auch je nach geografischer Herkunft und Ern?hrungsgewohnheiten.

Prof. Dr. Gianni Panagiotou, Professor für ?Microbiome Dynamics? an der Friedrich-Schiller-Universit?t Jena am Leibniz-HKI, betont die Bedeutung der multidisziplin?ren Zusammenarbeit: ?Unsere Ergebnisse zeigen, wie entscheidend die Funktion des Mikrobioms für die Wirkungen einer gesunden Ern?hrung ist. Nur durch die Zusammenarbeit zwischen Bioinformatikern, Chemikern, Spezialisten für Krankheitsmodelle und Mikrobiologen konnten wir die gesamte Vielfalt und Dynamik der Darmbakterien erfassen.?

Wenn das ?Kochbuch? bei Krankheit fehlerhaft ist

Die Forschenden nutzten Künstliche Intelligenz, um die Enzym-Profile von Gesunden und Kranken zu vergleichen, darunter Patienten mit entzündlichen Darmerkrankungen, Darmkrebs oder nicht-alkoholischer Fettleber. Das Ergebnis war eindeutig: Bei Patientinnen und Patienten mit diesen chronischen Erkrankungen war das Potenzial des Mikrobioms, gesunde Lebensmittel zu verarbeiten, deutlich reduziert.

Die KI-Modelle konnten anhand der Mengen bestimmter bakterieller Enzyme mit hoher Genauigkeit vorhersagen, ob ein Mensch gesund oder krank war. Beispielsweise zeigte sich bei Patienten mit Darmkrebs, dass ein wichtiges Enzym für die Verarbeitung eines gesunden Pflanzenstoffs fehlte, das bei Gesunden vermehrt vorhanden war. Diese verminderte Umwandlungsf?higkeit k?nnte erkl?ren, warum allgemeine Di?tempfehlungen bei chronisch Kranken oft nicht die erwartete Wirkung zeigen.

Der Weg zur ma?geschneiderten Ern?hrung

Um diese komplexen Zusammenh?nge zu entschlüsseln, nutzte das Team eine Kombination aus Bioinformatik und dem Abgleich von über 5.500 menschlichen Darm-Mikrobiomen aus aller Welt. Anschlie?end wurden vielversprechende Bakterienst?mme im Labor getestet, um die vorhergesagten Umwandlungsreaktionen experimentell zu best?tigen.

Diese bahnbrechenden Erkenntnisse bilden die Basis für die Ern?hrungsmedizin der Zukunft. Anstatt universeller Ratschl?ge k?nnte die Analyse des individuellen Mikrobioms es bald erm?glichen, pr?zise, personalisierte Ern?hrungspl?ne zu erstellen. Ziel ist es, dem Mikrobiom entweder die richtigen N?hrstoffe zu liefern oder es gezielt mit Probiotika zu ?impfen?, die genau die Enzyme besitzen, die zur optimalen Verarbeitung gesunder Pflanzenstoffe fehlen.

Exzellente Forschung im Verbund

Die Studie knüpft direkt an die zentralen Forschungsthemen des Exzellenzclusters ?Balance of the Microverse? in Jena an: der systematischen Erforschung von Mikroorganismen und ihrer Interaktion mit dem Wirt. Die Forschung unterstreicht, dass ein ausbalanciertes Mikrobiom nicht nur in seiner Zusammensetzung, sondern vor allem in seiner Funktion – also seiner F?higkeit zur chemischen Verarbeitung von Nahrung – entscheidend für unsere Gesundheit ist. Die Wissenschaftler liefern damit einen wichtigen Baustein, um diese Balance durch gezielte, individuelle Interventionen zu f?rdern.