Innere Uhr bei Bakterien: Jetlag im Bauch

Klebsiella Pneumoniae gehört zu den normalen Darmbewohnern des Menschen - wie ihr Wirt haben auch die Mikroorganismen einen Tag- und Nachtrhythmus

(Foto: NIH NIAID / CC by 2.0)

Nicht nur Menschen leiden unter Zeitverschiebung und Schichtarbeit - auch die Bakterien, die sie bevölkern, können aus dem Tritt kommen. Das könnte die menschliche Gesundheit und Psyche beeinflussen.

Jedes Lebewesen hat eine innere Uhr, selbst die Mikroorganismen, die im Darm des Menschen leben. Jetzt haben Forscher aus Israel zum ersten Mal beobachtet, dass die Darmbewohner ihren eigenen Biorhythmus mit dem ihres Wirtes synchronisieren. Gerät die innere Uhr des Menschen durcheinander, zum Beispiel durch eine Fernreise über mehrere Zeitzonen hinweg oder durch Schichtarbeit, kommen auch die Mikroben aus dem Takt. Das Team um Eran Elinav vom Weizmann Institute of Science in Rehovot konnte in einem Experiment mit Mäusen zeigen, dass dies zu gesundheitlichen Problemen führen kann.

Der menschliche Körper wird durch den Tag-Nacht-Rhythmus, den regelmäßigen Wechsel von Licht und Dunkelheit, gesteuert. Die Statistik zeigt, dass Schichtarbeiter oder Vielreisende vermehrt an Herzkreislauf-Erkrankungen, Diabetes oder Übergewicht leiden. Die Forscher in Rehovot wollten klären, ob die Bakterien im Darm etwas damit zu tun haben könnten. Ihre Beobachtungen böten nun eine mögliche Erklärung für diesen "seit langem bekannten und mysteriösen Zusammenhang", sagt Elinav.

Dass die Darmbakterien mehr sind als einfache Verdauungshelfer, zeigt sich in den letzten Jahren immer klarer. Der richtige Mix scheint vor Asthma und Allergien, vor Übergewicht und Diabetes zu schützen, sogar die Psyche könnte durch Bakterien beeinflusst werden.

Mäuse mit Jetlag nehmen zu

Elinavs Team untersuchte bei Mäusen, wie sich die Zusammensetzung der über 1000 verschiedenen Bakterienarten im Verlauf des Tages verändert. Der Taktgeber für die Mikroben ist dabei die Nahrung, die tagsüber normalerweise vermehrt vom Wirt angeliefert wird und nachts eher nicht - bei nachtaktiven Tieren ist es dagegen umgekehrt. Gesteuert durch das Essverhalten, vermehren sich die Mikroben im Darm sehr unterschiedlich. Mit den Veränderungen in der Mikrobenpopulation veränderte sich auch deren Funktion, fanden die Forscher heraus. Bei den nachtaktiven Nagern dominierten in der Dunkelphase Stoffwechselwege, die mit dem Energiehaushalt, der Nahrungsverwertung oder dem Wachstum in Verbindung stehen. In der hellen Phase stand unter anderem die Entgiftung im Vordergrund. Ihre Ergebnisse präsentieren die Forscher im Fachblatt Cell.

Veränderten die Forscher die Fütterungszeiten der Mäuse und den Hell-Dunkel-Wechsel, geriet die Darmflora durcheinander. Eine fetthaltige Ernährung führte unter diesen Bedingungen zu Übergewicht und Glukoseintoleranz, die als Vorstufe von Diabetes gilt. Bei den normal getakteten Mäusen geschah das nicht. Übertrugen die Wissenschaftler die Mikroben aus dem Darm von Mäusen im künstlichen Jetlag auf keimfreie Artverwandte, legten diese ebenfalls an Gewicht und Körperfett zu. Auch ihr Blutzuckerspiegel stieg.

In einem Folgeexperiment zeigten Elinav und seine Mitarbeiter, dass auch die Darmflora des Menschen rhythmischen Schwankungen unterliegt und ein Jetlag ebenfalls die Zusammensetzung der Bakterien verändert. Mäuse, die Bakterien aus dem Darm solcher Probanden erhielten, nahmen zu und ihr Blutzuckerspiegel stieg.

Die Wissenschaftler bezeichnen ihre Ergebnisse zurückhaltend als "vorläufig". Die Daten legten jedoch nahe, dass Störungen der inneren Uhr beim Menschen die mikrobielle Gemeinschaft im Darm veränderten, was wiederum Stoffwechsel-Probleme möglich mache. Elinav spekuliert, dass man vielleicht irgendwann die gesundheitlichen Folgen der aus dem Takt geratenen Bakterienpopulation durch Probiotika bekämpfen könnte.