Die Beziehung zwischen Darm und dem oralen Mikrobiom und die Auswirkungen auf die Allgemeingesundheit

Die Medizin betont die Rolle des Darmmikrobioms bei der Verdauung, dem Stoffwechsel und der Immunabwehr. Die Beziehung zum oralen Mikrobiom ist ebenso bemerkenswert; die beiden mikrobiellen Gemeinschaften sind unterschiedlich und auch räumlich getrennt.

Dennoch sind sie eng miteinander verknüpft und für die Erhaltung der Allgemeingesundheit von grundlegender Bedeutung.

Das Verständnis der Mechanismen, die dem Mikrobiom zugrunde liegen, ist von grundlegender Bedeutung, um eine umfassende Perspektive auf das allgemeine Wohlbefinden zu gewinnen.

Das Mikrobiom

Der Begriff Mikrobiom umfasst die Mikroben, ihre genetische Information und die Umwelt, in der sie interagieren. Es wird vermutet, dass der Nobelpreisträger Joshua Lederberg den Begriff Mikrobiom geprägt hat (Hooper & Gordon, 2001), der das gesamte Genom symbiotischer Gemeinschaften bezeichnet, die wirtsassoziiert sind.

Das Mikrobiom wird als "der biotische und abiotische Lebensraum betrachtet, der die Gemeinschaft von Mikroorganismen umfasst, die mit einer bestimmten Umgebung oder einem bestimmten Wirt verbunden sind. Manchmal synonymisiert mit "Mikrobiota", obwohl argumentiert wird, dass letzteres für Marker Gen-basierte Beschreibungen der biotischen Komponente des Mikrobioms reserviert werden sollte" (Marchesi & Ravel, 2015). 

Neuere Studien haben innerhalb des menschlichen Darmmikrobioms zwischen 90.000 und 150.000 verschiedene mikrobielle Stämme in zwei großen Metaanalysen identifiziert (Almeida et al., 2019; Pasolli et al., 2019). Es wird geschätzt, dass jedes Individuum zwischen 150 und 400 ansässige Bakterienarten im Darmtrakt hat (Mall et al., 2017). Diese Daten wurden sowohl durch kulturabhängige als auch durch kulturunabhängige Techniken gewonnen (Lloyd-Price et al., 2016).

Diese wechselseitige Wirkung zwischen den mikrobiellen und menschlichen Genen so vieler mikrobieller Spezies hat einen starken Einfluss auf Gesundheit und Physiologie:

Das Konzept eines "ausgewogenen Darmmikrobioms" oder einer Eubiose ist für die Darmgesundheit unerlässlich. Dies ist geprägt von einer signifikanten Besiedlung der Bakterienstämme Firmicutes und Bacteroides, während potenziell schädliche Arten, wie z.B. der Stamm der Proteobakterien (einschließlich Enterobacteriaceae), selten sind.

Wenn letztere relevanter werden, findet eine Dysbiose statt. Dysbiose wurde mit einer Vielzahl von Erkrankungen in Verbindung gebracht, darunter entzündliche Darmerkrankungen, Stoffwechselstörungen und Fettleibigkeit. Das Verständnis der dynamischen Wechselwirkung zwischen Eubiose und Dysbiose ist von größter Bedeutung für therapeutische Interventionen zur Korrektur eines mikrobiellen Ungleichgewichts.

Es hat sich gezeigt, dass die am weitesten verbreiteten und dominierenden Stämme, die fast 90 % der gesamten Mikrobiota-Population ausmachen, die Folgenden sind: Bacteroidetes, Firmicutes, Proteobakterien, Fusobakterien, Tenericutes, Actinobakterien und Verrucomicrobia (Jethwani & Grover, 2019).

Erfahren Sie mehr über das orale Mikrobiom und seine entscheidende Rolle bei der Prophylaxe von Parodontalerkrankungen und der Verbesserung der Mundgesundheit. In diesem Beitrag gibt Professor Zaura wertvolle Einblicke in mikrobielle Gemeinschaften und ihre tiefgreifenden Auswirkungen auf die allgemeine Gesundheit.

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Entwicklung des Darmmikrobioms

Die erste bakterielle Besiedlung des Mikrobioms beginnt bereits während der Geburt (Salazar et al., 2014). Die Verabreichungsmethode hat einen großen Einfluss auf die Zusammensetzung der Darmmikrobiota des Säuglings. Im Falle einer vaginalen Entbindung erwirbt das Neugeborene die vaginale Mikrobiota der Mutter, während beim Kaiserschnitt die Haut des Säuglings hauptsächlich von der mütterlichen Hautmikrobiota besiedelt ist, wodurch eine divergierende mikrobielle Zusammensetzung auftritt (Clemente et al., 2012). In der Folge wird die Darmbesiedlung stark von Umwelt- und Ernährungsfaktoren beeinflusst.

Es wird angenommen, dass das erste Muster der Darmbesiedlung chaotisch ist. Weiterhin gibt immer mehr Hinweise darauf, dass frühe Umwelteinflüsse, insbesondere durch die Ernährung, eine große Rolle bei der Entstehung dieser Schwankungen spielen (Koening et al., 2011). In den frühen Stadien beginnen aerobe Bakterien wie Enterokokken, Staphylokokken und Streptokokken , den Darmtrakt zu besiedeln und die Umgebung zu schaffen, an der sich eine anaerobere mikrobielle Gemeinschaft anheften kann (Pop, 2012).

So wird die Entwicklung des Darmmikrobioms und des Immunsystems von Säuglingen stark durch das Stillen, das Abstillen und die schrittweise Einführung von verschiedenen Nahrungsmitteln beeinflusst (Schwartz et al., 2012).

Fütterung

Muttermilch ist nicht steril, sondern beherbergt bis zu 600 Bakterienarten, unter denen einige nützliche Arten wie Bifidobacterium breve, Bifidobacterium adolescentis, Bifidobacterium longum und Bifidobacterium bifidum zu finden sind. Diese Mikroorganismen sind für die Bildung einer gesunden Darmmikrobiota beim Säugling und den Aufbau eines adäquaten Immunsystems verantwortlich (Martín et al., 2009). Wichtig ist, dass gestillte Babys eine höhere Anzahl von Bifidobakterien aufweisen als Säuglinge, die mit Säuglingsnahrung gefüttert werden. In der Tat ist einer der Vorteile des Stillens gegenüber der Säuglingsnahrung das Vorhandensein von Oligosacchariden.

Diese Oligosaccharide sind Präbiotika, die eine positive Bakteriengemeinschaft fördern und weiße Blutkörperchen im Darm aktivieren (Balmer & Wharton, 1989).

Bifidobakterien hemmen die Besiedlung pathogener Bakterien und tragen zur allgemeinen Gesundheit des Darms bei (Fukuda et al., 2011).

Bifidobakterien sind für die Stärkung der Darmschleimhaut verantwortlich, indem sie vor allem die Besiedlung durch pathogene Mikroorganismen verhindern, die Immunantwort fördern und mit pathologischen Bakterienarten um Nährstoffe konkurrieren. Darüber hinaus erhöht das Vorhandensein von Bifidobakterien den Spiegel von Immunglobulin A signifikant, wodurch die Anhaftung von Krankheitserregern an der Darmwand verhindert und das Darmimmunsystem gestärkt wird (Ouwehand et al., 2002).

Veränderungen des Darmmikrobioms mit zunehmendem Alter

Die Zusammensetzung der Darmmikrobiota unterliegt in den frühen Entwicklungsstadien erheblichen Veränderungen, wie metagenomische Analysen zeigen. Verschiedene Faktoren beeinflussen diese Veränderungen, wobei die Ernährung eine wichtige und bedeutende Rolle spielt (Koenig et al., 2011). Selbst bei Neugeborenen lässt sich der Einfluss der Ernährung auf das Darmmikrobiom beobachten. In den frühen Stadien weist das Mikrobiom eine minimale Vielfalt auf, und die Ernährung liefert Nährstoffe, die die Vielfalt des Mikrobioms zunehmend fördern und zur Entwicklung spezifischer Mikrobenpopulationen beitragen, die für den Laktatstoffwechsel benötigt werden (Salazar et al., 2014).

Innerhalb der ersten 3 Lebensjahre entwickelt sich die bakterielle Darmflora vollständig. Nach der vorläufigen Besiedlung von Bifidobacterium-Arten entsteht eine vielfältigere Gemeinschaft die mit Bacteroides und Firmicutes bevölkert wird (Ottman et al., 2012). Diese Zusammensetzung bleibt während des gesamten Lebens bestehen, sofern keine langen Ernährungsschwankungen oder Antibiotikaeinsatz auftreten.

Tätsächlich kommt es im Alter oft zu einer Zunahme der Variabilität in Bezug auf die mikrobielle Gemeinschaft (Claesson et al., 2011). Der Alterungsprozess ist mit einer Vielzahl von Faktoren verbunden, die möglicherweise die Darmmikrobiota verändern können, einschließlich Zahnverlust, Veränderungen der Speichelsekretion, langsamere Verdauung und Veränderungen des Zeitpunkts des Nahrungstransits im Darm (Lovat, 1996). Daher wird im Alter eine Erhöhung der Ballaststoffzufuhr dringend empfohlen.

Diät

Die Ernährung ist einer der Hauptfaktoren, die die Darmmikrobiota regulieren, und Ernährungsumstellungen führen zu drastischen Veränderungen der Allgemeingesundheit. Eine westliche Ernährung, die reich an Fett, verarbeitetem Zucker und laktosefreiem Protein aus Fleisch ist und wenig Ballaststoffe enthält, steht im Verdacht, einer der Schlüsselfaktoren zu sein, die die bakterielle Vielfalt verringern und die Anzahl nützlicher Arten außer Bifidobacterium und Eubacterium reduzieren  (Drasar et al., 1973; Reddy et al., 1975; Wu et al., 2011). Daher werden die mediterrane, vegane und vegetarische Ernährung als besser geeignet für die Entwicklung einer gesunden Zusammensetzung des Darmmikrobioms angesehen. Die mediterrane Ernährung erhöht das Vorhandensein von Lactobacillus, Bifidobacterium und Prevotella. Darüber hinaus senkt sie das Risiko von pathogenen Bakterien wie Clostridium (Bialonska et al., 2010; Clemente et al., 2012; Fava et al., 2013; Furet et al., 2010; Koloverou et al., 2016; Queipo-Ortuño et al., 2012). Eine vegetarische Ernährung zeichnet sich durch einen höheren Verzehr von Ballaststoffen aus, die für die Aufrechterhaltung der Integrität der Barrierefunktion der Darmschleimhaut entscheidend sind. Diese Ernährungsweise geht mit einer Verbesserung der Gesundheit und Veränderungen in der Zusammensetzung der Darmmikrobiota einher, was zu einer Dominanz von Prevotella und Bacteroidetes bei gleichzeitiger Verdrängung von Firmicutes führt (Matijašić et al., 2014).

Das Mikrobiom und die Stoffwechselgesundheit: Zusammenhänge mit Adipositas, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Diabetes

Es hat sich gezeigt, dass die komplexen Wechselwirkungen zwischen der Darmmikrobiota und dem Wirt zu Stoffwechselstörungen wie Fettleibigkeit und Diabetes beitragen. Studien haben einen Zusammenhang zwischen Fettleibigkeit und niedrigeren Leveln von Bacteroidetes-Spiegeln nachgewiesen (Ley et al., 2005; Turnbaugh et al., 2006). Der Spiegel von Bacteroidetes steigt nach einer Gewichtsabnahme durch eine fett- und kohlenhydratarme Ernährung wieder an (Ley et al., 2006). Bei Menschen mit Diabetes ist die Anzahl von Butyrat-produzierenden Bakterien reduziert (Karlsson et al., 2013; Larsen et al., 2010; Yassour et al., 2016; Zhang et al., 2013). Butyrat ist für die Aufrechterhaltung der Darmbarriere, die Verringerung der systemischen Entzündungsreaktion und die Regulierung der Insulinsensitivität verantwortlich. Neben Stoffwechselstörungen wie Fettleibigkeit spielen auch die Auswirkungen des Mikrobioms eine Rolle für die kardiovaskuläre Gesundheit, hauptsächlich über die Produktion von mikrobiellen Metaboliten wie TMAO (Trimethylamin-N-oxid). TMAO ist ein Metabolit, der aus der Darmmikrobiota stammt. Wenn seine Konzentration das normale Niveau überschreitet, wird es zu einem bedeutenden Faktor für das kardiometabolische Risiko (Qi et al., 2018) und zeigt ein um 12 % erhöhtes Risiko für die Entwicklung von Bluthochdruck (Ge et al., 2020) und ein um 62 % höheres Risiko für ein Auftreten eines kardiovaskuläres Ereignisses (Heianza et al., 2017).

Probiotika

Die Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation (FAO) der Vereinten Nationen und die Weltgesundheitsorganisation (WHO) definieren Probiotika als "lebende Mikroorganismen, die, wenn sie in ausreichenden Mengen verabreicht werden, dem Wirt einen gesundheitlichen Nutzen verleihen". Probiotika werden häufig zur Verbesserung der Homöostase der Darmmikrobiota eingesetzt, mit dem Ziel, die Gesundheit des menschlichen Darms zu erhalten (Sanders et al., 2011). Da Darmmikrobiota nicht dauerhaft sind und durch verschiedene Faktoren wie Lebensstil, Ernährung und Antibiotika verändert werden können, können Probiotika zur Behandlung und Prophylaxe einer Vielzahl von Darmerkrankungen eingesetzt werden. Die positiven Wirkungen von Probiotika und ihr Zusammenhang mit Darmerkrankungen wurden in einer Vielzahl von Studien nachgewiesen (Blaabjerg et al., 2017; Hilty et al., 2010; Yang & Yu, 2018).

Die Mund-Darm-Achse: Wechselwirkungen zwischen Darm und Mund Mikrobiota

Das orale Mikrobiom besteht aus einer vielfältigen Gemeinschaft von Bakterien, Pilzen, Archaea und Viren, die eine entscheidende und wichtige Rolle für die Erhaltung der Mundgesundheit und der allgemeinen Gesundheit spielen. Unter bestimmten Risikofaktoren wie schlechter Mundhygiene, Rauchen und Diabetes kann eine Dysbiose dieses Mikrobioms zu Parodontalerkrankungen und Karies führen. Die Literatur weist darauf hin, dass eine Dysbiose des oralen Mikrobioms die Zusammensetzung des Darmmikrobioms beeinflusst und die Wahrscheinlichkeit von systemischen und intestinalen Entzündungen sowie Stoffwechselstörungen erhöht. Diese Wechselwirkung unterstreicht die Bedeutung der Aufrechterhaltung des Gleichgewichts des oralen Mikrobioms, um Gesundheitsrisiken in größerem Umfang zu reduzieren.

Das orale Mikrobiom enthält mehr als 770 Bakterienarten, die hauptsächlich zu Actinomycetota, Bacteroidota (Bacteroidetes), Bacillota (Firmicutes), Fusobacteriota (Fusobakterien), Pseudomonadota (Proteobakterien), Saccharibakterien (TM7) und Spirochaetota (Spirochäten) gehören und eine der reichsten und vielfältigsten mikrobiellen Gemeinschaften im menschlichen Körper bilden (Escapa et al., 2018). Darüber hinaus enthält das orale Mikrobiom nicht nur Bakterien; auch das Vorkommen von Mikroeukaryoten (Pilze, Amöben und Flagellaten), Archaeen und Viren ist von Bedeutung, da es im oralen Mikrobiom über 100 Pilzgattungen gibt (Diaz et al., 2017; Díaz & Dongari-Bagtzoglou, 2021; Ghannoum et al., 2010), überwiegend vertreten durch Arten von Candida und Malassezia (Dupuy et al., 2014; Gabaldón et al., 2013; Hong et al., 2020).

Interessanterweise enthält die Mundhöhle zahlreiche Mikroumgebungen, die verschiedene mikrobielle Gemeinschaften beherbergen. Diese mikrobiellen Gemeinschaften haben sich entwickelt, um diese spezifischen Nischen zu besetzen. Gattungen wie Fusobacterium, Veillonella und Prevotellaceae umfassen beispielsweise verschiedene Arten, die in der Lage sind, unterschiedliche Mikroumgebungen in der Mundhöhle zu besiedeln, wie z. B. die Zunge, die Gingiva oder die Plaque (Eren et al., 2014; Mark Welch et al., 2019).

Die Bedeutung der oralen Mikrobiota kann nicht genug betont werden, da zwei der weltweit häufigsten Krankheiten, Karies und Parodontitis, auf ihre Dysbiose zurückzuführen sind. Bei der Entstehung von Karies spielt S. mutans, eine Spezies, die zur Bildung von Biofilmen und zur Säureproduktion fähig ist, eine bedeutende Rolle. Aber auch Lactobacilli, Veillonella und C. albicans spielen eine wichtige Rolle bei der Pathogenese von Karies (Simón-Soro & Mira, 2015). Bei der Entstehung von Parodontitis ist die notwendige Voraussetzung für den Ausbruch der Erkrankung die Ansammlung von bakteriellem Zahnbelag in Form eines Biofilms am Zahnfleischrand (Mombelli, 2003). Aktuelle Studien zeigen, dass neben den traditionell mit Parodontitis assoziierten Bakteriengattungen (Porphyromonas, Treponema und Tannerella) auch Filifactor alocis, Peptoanaerobacter stomatis und Saccharibacteria potenzielle parodontopathogene Erreger sind (Miralda & Uriarte, 2021). Bei einer Dysbiose in der Mundhöhle aufgrund von Risikofaktoren wie Rauchen, Diabetes, schlechter und falscher Mundhygiene oder einer ungesunden Ernährung steigt die Konzentration parodontopathogener Bakterien deutlich an, was zu einem reaktiven Entzündungsprozess des Parodontalgewebes führt (Scannapieco & Dongari-Bagtzoglou, 2021). Darüber hinaus wurde nachgewiesen, dass Parodontitis auch das Risiko für zahlreiche schwerwiegende systemische Erkrankungen wie arteriosklerotische Erkrankungen, Autoimmunerkrankungen, Tumore und Diabetes erhöht (Hajishengallis, 2022).

Die Mund und die Darmmikrobiota sind keine getrennten Einheiten. Die Mundhöhle und der Darmtrakt weisen in vielerlei Hinsicht Ähnlichkeiten auf, beispielsweise hinsichtlich der mikrobiellen Zusammensetzung, der anatomischen Schleimhautstruktur und der immunologischen Abwehrkräfte. Diese gemeinsamen Merkmale deuten darauf hin, dass Darmerkrankungen und Munderkrankungen miteinander in Verbindung stehen könnten. Tatsächlich haben mehrere Studien gezeigt, dass Mundbakterien den Darmtrakt besiedeln und so zu einem integralen Bestandteil der Darmmikrobiota werden können (Lwauchi et al., 2019; Kageyama et al., 2017; Schmidt et al., 2019). Diese Darm-Zahnfleisch-Achse scheint über Speichel-, Hämatogen- und enterale Wege verbunden zu sein.

Dementsprechend transportiert der Speichel Enzyme, Zytokine, Entzündungszellen und Bakterien. Der Speichelschleim schützt diese Bestandteile vor Magensäure, sodass sie den Darmtrakt erreichen können. Darüber hinaus können Bakterien durch hämatogene Ausbreitung die Darmwände erreichen. Es ist bekannt, dass mechanische Verletzungen im Mundraum durch alltägliche Aktivitäten wie intensives Kauen oder Zähneputzen sowie durch zahnärztliche Eingriffe wie Zahnreinigungen das Risiko erhöhen können, dass Mundbakterien in den systemischen Kreislauf gelangen, insbesondere bei Personen, die an Parodontitis leiden (Lockhart et al., 2008; Parahitiyawa et al., 2009).

Die Ausbreitung oraler Mikroben im Darm kann verschiedene Magen-Darm-Erkrankungen wie das Reizdarmsyndrom, entzündliche Darmerkrankungen und Darmkrebs verschlimmern. Eine Studie zu entzündlichen Darmerkrankungen beobachtete, dass Kolonbiopsien das Vorhandensein von Fusobacterium, Peptostreptococcus, Staphylococcus und Streptococcus zeigten, die häufig in der oralen Mikrobiota vorkommen (Dinakaran et al., 2019). Tatsächlich weisen Patienten mit schwerer Parodontitis eine Dysbiose in ihrer Darmmikrobiota auf (Amado et al., 2020; Kawamoto et al., 2021).

Darüber hinaus zeigten Patienten mit Morbus Crohn und Colitis ulcerosa im Vergleich zu gesunden Personen mehr Ähnlichkeiten zwischen dem Mund und dem Darmmikrobiom. Dies deutet auf einen Zusammenhang zwischen Parodontitis und entzündlichen Darmerkrankungen hin. Die Besiedlung des Darms mit dem pathogenen Mundbakterium Haemophilus parainfluenzae bei Parodontitis steht in Zusammenhang mit Darmentzündungen bei Patienten mit Morbus Crohn. Daher können Personen mit früh auftretenden Formen der Parodontitis schwerere Symptome von Morbus Crohn aufweisen (Imai et al., 2021); Sohn et al., 2023).

Es wurde auch die Hypothese aufgestellt, dass eine Dysbiose der Darmmikrobiota die Entwicklung von Parodontitis beeinflusst, da entzündliche Darmerkrankungen ein Risikofaktor für Parodontalerkrankungen sind (Chandan & Thomas, 2017). Dies könnte darauf beruhen, dass eine Dysbiose der Darmmikrobiota die Funktion der Darmbarriere verändert, das Immunsystem stört und zu erhöhten systemischen Entzündungswerten führt, wodurch der Glukose- und Lipidstoffwechsel beeinträchtigt wird. Dies könnte die Wahrscheinlichkeit erhöhen, verschiedene systemische Erkrankungen zu entwickeln (Jepsen et al., 2018).

Abschließend ist zu erwähnen, dass nach einer Parodontalbehandlung die Zusammensetzung der Mund- und Darmmikrobiota bei Parodontalpatienten derjenigen von parodontal gesunden Patienten sehr ähnlich war (Baima et al., 2024).