Ohne sie wäre kein menschliches Leben möglich und dennoch rufen sie schwerwiegende Krankheiten hervor – wohl kaum ein anderer Mikroorganismus präsentiert sich so ambivalent wie Bakterien. Obwohl sie für eine gesunde Darmflora unverzichtbar sind, können die Mikroben auch fatale Schäden nach sich ziehen. Dies verdeutlicht die Studie eines österreichischen Forschungsteams: Laut Medizinern sind gefährliche Hirnschäden bei Frühchen auf schädliche Bakterien im Darm zurückzuführen.
Darmbakterien beeinflussen Gehirnentwicklung
Eine Frühgeburt birgt zahlreiche gesundheitliche Risiken für das Neugeborene. Zu den gefürchtetsten Komplikationen zählen gravierende Hirnschäden, die im schlimmsten Fall zu schwerwiegenden Behinderungen oder zum Tod führen können. Um betroffenen Frühgeborenen in Zukunft eine angemessene Behandlung zu ermöglichen, erforschte ein österreichisches Expertenteam der MedUni Wien in Kooperation mit der Universität Wien die Hintergründe derartiger Beeinträchtigungen. Die Forscher kamen zu der Erkenntnis, dass Darmbakterien bei zerebralen Fehlfunktionen eine wichtige Rolle spielen. Insbesondere ein Überschuss der sogenannten Klebsiella-Bakterien wurde mit einem erhöhten Risiko für neurologische Schäden in Verbindung gebracht. Diese Krankheitserreger erweisen sich als besonders bedrohlich, da sie ernstzunehmende Erkrankungen der Lunge und des Verdauungstraktes hervorrufen können. Zudem entwickeln die Bazillen eine immer stärkere Resistenz gegen antibiotische Therapien.
Zusammenhang zwischen wichtigen Organen entschlüsselt
Im Verlauf der frühkindlichen Entwicklung hängen Darm, Gehirn sowie das Immunsystem eng zusammen. Forscher bezeichnen diese Interdependenz als Darm-Immunsystem-Gehirn-Achse. Hierbei interagieren Darmbakterien mit den körpereigenen Abwehrkräften – das Immunsystem beobachtet die Mikroben im Darm und passt sich an deren Aktionen an. Das Gehirn kooperiert mit dem Darm über den Vagusnerv, der für die Funktion des Verdauungssystems verantwortlich ist. Die Forscher wollten nun herausfinden, inwieweit sich diese Achse auf die Gehirnentwicklung extremer Frühgeburten auswirkt. Während sich die Darmmikroben bei gesunden Menschen im Gleichgewicht befinden, besteht insbesondere bei Frühgeborenen die Gefahr, dass sich das Abwehrsystem und die Darmflora nicht vollständig entwickeln konnten – mit potenziell fatalen Konsequenzen für das Gehirn.
Rechtzeitige Intervention gefragt
„Tatsächlich konnten wir bestimmte Muster im Mikrobiom und in der Immunantwort identifizieren, die eindeutig mit dem Fortschreiten und der Schwere von Hirnverletzungen zusammenhängen. Entscheidend ist nun, dass sich solche Muster oft noch vor den Veränderungen im Gehirn zeigen. Damit öffnet sich ein kritisches Zeitfenster, in dem man Hirnschäden extremer Frühchen vermeiden oder aber eine Verschlimmerung verhindern kann“, erklärt David Berry, Mikrobiologe und Leiter der Forschungsgruppe am Zentrum für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaft der Universität Wien.
Biomarker ermöglichen Behandlungsansätze
Grundlage für die Entwicklung effektiver Therapieansätze bieten die Biomarker, die im Rahmen der Untersuchungen ermittelt wurden. „Unsere Daten zeigen, dass ein übermäßiges Wachstum des Bakteriums Klebsiella und die damit verbundenen erhöhten γδ-T-Zellwerte Hirnschädigungen offensichtlich verschlimmern können“, erläutert Lukas Wisgrill, Neonatologe an der Abteilung für Neonatalogie der MedUni Wien. Die Forscher ermittelten diese Muster, indem sie eine spezifische Gruppe von Neugeborenen detailliert untersuchten. Bei den Probanden wurde erforscht, wie das Darmmikrobiom, das Gehirn sowie das Immunsystem während der Entwicklungsphase miteinander kooperieren. Die Studie umfasste insgesamt 60 extrem Frühgeborene, die mit einem Gewicht von weniger als einem Kilogramm vor der 28. Schwangerschaftswoche auf die Welt kamen. Mittels hochmoderner Verfahren nahmen die Forscher das Mikrobiom und die Immunzellen genauer unter die Lupe. Anschließend wurden Hirnstrommessungen und MRT-Aufnahmen des Gehirns durchgeführt, um die Ergebnisse zu präzisieren.
Weitere Forschungsprojekte geplant
Basierend auf den neu gewonnenen Erkenntnissen plant das Expertenteam nun weitere Forschungsprojekte, um die Interaktion zwischen Mikrobiom und neurologischer Entwicklung noch tiefergehender zu ergründen. Außerdem intendieren die Wissenschaftler die Kinder der Ausgangsstudie auch zukünftig im Auge zu behalten. „Wie sich die motorischen und kognitiven Fähigkeiten der Kinder entwickeln, zeigt sich letztlich erst über mehrere Jahre hinweg“, äußert sich Angelika Berger. Besonders dankbar erwiesen sich die Mediziner gegenüber den Eltern der Kinder, die Kooperationsbereitschaft sowie ausgeprägtes Interesse unter Beweis stellten.
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