Interaktionen zwischen Ernährung, Mikrobiom und Wirt zur Bekämpfung von Darmkrebs nutzen
Studien haben gezeigt, dass der Verzehr von Obst und Gemüse, das reich an sekundären Pflanzenstoffen sowie Ballaststoffen ist, das Risiko von Erkrankungen des Verdauungssystems mindert. Doch die meisten wertvollen Nährstoffe sind gegen die säurehaltige Umgebung im Magen resistent, sodass die antioxidativen chemischen Verbindungen, genannt Polyphenole, nahezu intakt in den Darm gelangen. Wenn Polyphenole Darmbakterien und durch Mikroorganismen freigesetzten Enzymen der Darmflora ausgesetzt werden, werden sie in darmmikrobielle Metaboliten umgewandelt. Diese Metaboliten im Darmbereich können auf Zellen im Darm einwirken und so dazu beitragen, Erkrankungen des Verdauungssystems zu verhindern. Dies wirft die spannende Frage auf, ob die schützende Wirkung der Polyphenole auf die ursprünglichen Verbindungen oder die Metaboliten zurückzuführen ist. Das EU-unterstützte Projekt TRIANGLE untersuchte hierzu die Mechanismen, mit denen aus Lebensmitteln abgeleitete Metaboliten mit dem Darm interagieren. Als Grundlage dienten dazu Organoide/Tumoroide des menschlichen Darms. „Unsere Ergebnisse bestärken die Annahme, dass Metaboliten für die Verbesserung der Darmgesundheit eine zentrale Rolle spielen“, sagt Josep Rubert, Marie-Skłodowska-Curie-Stipendiat von der Universität Trient. „Unser Ziel ist, die Sprache aus dem Darm abgeleiteter Verbindungen zu erlernen, und so herauszufinden, ob sie als eine Art „Stein von Rosette“ bei der Förderung der Darmgesundheit helfen könnten. Ich glaube, wir sind da auf dem richtigen Weg.“
Wertvolle Erkenntnisse durch Organoide
Die meisten in der Ernährung enthaltenen sekundären Pflanzenstoffe wie Polyphenole zeigen in Tieren und Menschen krebsverhindernde Wirkung, ohne gesunde Zellen wesentlich zu beschädigen. Wie eine neue Studie ergab, ist das geringste Krebsrisiko bei Personen zu beobachten, die täglich 600 g Obst und Gemüse essen. Doch die Belege für die krebshemmenden Eigenschaften von Polyphenolen sind uneindeutig. Dies liegt möglicherweise an der Kombination der verabreichten Polyphenole, den Auswirkungen der sie begleitenden Verbindungen (in der Regel Ballaststoffe), dem Einfluss der Mikroflora des Darms oder der untersuchten Krebsart. TRIANGLE verwendete Modelle des Verdauungstrakts, um die Prozesse zu ergründen, durch die sekundäre Pflanzenstoffe, insbesondere Polyphenole und Ballaststoffe, in darmmikrobielle Metaboliten umgewandelt werden. Dadurch konnte des Team vielversprechende darmmikrobielle Metaboliten mit Schutzwirkung ermitteln. Diese Metaboliten wurden anschließend in Organoide (und Tumoroide) – organische Gewebenachbildungen in 3D – eingeführt, sowohl einzeln als auch in Kombination. Die Reaktionen in den Organoiden des menschlichen Darms wurden mittels Massenspektrometrie und 3D-Bildgebungsverfahren unter Verwendung automatischer Konfokalmikroskope gemessen. Das Forschungsteam von TRIANGLE fand Nachweise dafür, dass die durch den mikrobiellen Metabolismus von Flavan-3-ol-Molekülen im distalen Verdauungstrakt freigesetzten Metaboliten möglicherweise den programmierten Zelltod (Apoptose) unterstützen und dadurch eine krebshemmende und gleichzeitig gesundheitsfördernde Wirkung im Darm entfalten. „Mit der Verwendung von Organoiden des Darms als Modelle für Darmkrebs sowie dem Einsatz der Massenspektrometrie zur Dokumentierung der Auswirkungen, die aus Lebensmitteln abgeleitete Metaboliten auf Organoide/Tumoroide haben, wurde von uns noch relatives Neuland beschritten“, ergänzt Rubert. „Wir erhielten so eingehende Erkenntnisse zu den Stoffwechselprozessen.“
Im Dienste der Prävention
Darmkrebs ist die zweithäufigste Ursache aller auf Krebserkrankungen zurückzuführenden Todesfälle in Europa. Es ist die am dritthäufigsten diagnostizierte Krebsart bei Männern und die zweithäufigste bei Frauen. Laut Prognosen wird die Erkrankungsrate bei Darmkrebs bis 2030 voraussichtlich um 60 % auf über 2,2 Millionen neue Fälle und 1,1 Millionen Todesfälle ansteigen. Ursache ist eine alternde Bevölkerung und die zunehmende Verbreitung „westlich“ geprägter Ernährungsweisen und Lebensstile. TRIANGLE und ähnliche Projekte könnten die individuelle Gesundheit verbessern, indem sie die Art und Menge mikrobieller Metaboliten identifizieren, die zur Verhinderung von Darmkrebs oder sonstigen Erkrankungen des Verdauungssystems erforderlich sind. „Auf der Grundlage eines vertieften Wissens könnten wir vorbeugende Maßnahmen ermitteln, etwa in Form von Ernährungsempfehlungen oder durch die Entwicklung präziser Prä- und Probiotika. Dies würde sich in einer geringeren Prävalenz der Erkrankungen sowie besseren Behandlungsergebnissen und geringeren Gesundheitsausgaben niederschlagen“, erläutert Rubert. Das Projektteam plant, die Ergebnisse anhand von Tiermodellen oder Ernährungsinterventionsstudien zu validieren und dabei weitere Erkenntnisse zur den Unterschieden zwischen darmmikrobiellen Metaboliten bei gesunden Spendern und Darmkrebserkrankten zu erlangen.
Schlüsselbegriffe
TRIANGLE, Darm, Krebs, Organoide, sekundäre Pflanzenstoffe, Ballaststoffe, Magen-Darm, Metaboliten, Polyphenole, Darmflora, Verdauungstrakt, Ernährung
