Neue Genomstudie mit B. longum subsp. longum von Morinaga Milk könnte die weite Verbreitung der Spezies in allen Altersgruppen erklären

TOKIO–()–Bifidobacterium longum ist eine von einer Handvoll Spezies von
Darmbakterien, die unter Menschen aller Altersgruppen weit verbreitet
sind – Kleinkinder, Erwachsene und ältere Menschen.1,2 Heute
hat Morinaga
Milk Industry Co. Ltd.
(TOKYO:2264), eines der führenden japanischen
Molkereiunternehmen, die Ergebnisse einer bahnbrechenden neuen
Genomstudie bekanntgegeben, die in Zusammenarbeit mit dem SFI Research
Centre APC Microbiome Ireland durchgeführt wurde und diese
Verbreitung erklären könnte.

Im menschlichen Darm lebt eine Ansammlung von Mikroben (Mikrobiom), die
eine integrale Rolle für die menschliche Gesundheit spielen. Sie helfen
uns bei der Verdauung, bei der Produktion bestimmter Vitamine und bei
der Regulierung unseres Immunsystems und fungieren als Schutz gegen
pathogene Bakterien. Die aktuelle Studie hat gezeigt, dass eine Spezies
von Bakterien, B. longum subsp. longum, bei ihren Genen
eine große Vielfalt aufweist. Das erhöht ihre Stärken im Wettbewerb
innerhalb des Darmklimas, denn ihr Genom passt sich jeweils der sich
ändernden Ernährung jeder Generation an. Außerdem legt die Studie nahe,
dass B. longum subsp. longum zwischen Verwandten in großem
Maße übertragen wird, und dass eine derartige Übertragung nicht nur
zwischen Müttern und Kleinkindern stattfindet, wie man bisher gedacht
hatte, sondern auch zwischen anderen Familienmitgliedern und sogar über
drei Generationen hinweg.3

Überblick zur Studie
Für die Studie wurden insgesamt
453 Stuhlproben von gesunden Personen aus Japan im Alter von 0 bis 104
Jahren gesammelt. Damit sollten die im Darm vorhandenen Bakterienspezies
gemessen werden. Insgesamt wurden 871 verschiedene Bakterienspezies
entdeckt (Abb. 1). Nur drei Spezies (Blautia wexlerae, Streptococcus
salivarius
und Bifidobacterium longum) wurden
generationsübergreifend bei mehr als 50 % der Versuchspersonen gefunden.

An diesem Ergebnis zeigt sich die weite Verbreitung von B. longum
unter den menschlichen Altersgruppen. Um den Mechanismus zu ermitteln,
aufgrund dessen eine bestimmte Spezies so allgegenwärtig ist, hat
Morinaga in Zusammenarbeit mit dem SFI Research Centre APC Microbiome
Ireland
an der National University of Ireland in Cork eine
komparative Genomanalyse mit verschiedenen Stämmen von B. longum
subsp. longum durchgeführt, um die genetischen Unterschiede
zwischen aus Menschen unterschiedlichen Alters isolierten Stämmen
bestimmen zu können.

Stämme von B. longum subsp. longum in sieben Cluster
getrennt

Vergleichende Analysen mit 145 Vertretern von B.
longum
, die von japanischen Versuchspersonen gewonnen wurden, u. a.
32 öffentlich verfügbare Genome, haben gezeigt, dass Stämme von B.
longum
subsp. longum je nach dem Vorhandensein von Prophage
(d. h. Virusmaterial) und/oder eines Megaplasmids (d. h. genetischen
Materials, das außerhalb des Bakterienchromosoms vorhanden ist) in
sieben Cluster aufgeteilt werden können.

Es wurde kein Zusammenhang zwischen isolierten Stämmen und dem Alter der
Person beobachtet, obwohl ein signifikanter Zusammenhang zwischen der
Anzahl der identifizierten Gene, die in den Stämmen vorhanden sind, und
dem Alter der Person gefunden wurde. Das deutet darauf hin, dass aus
jüngeren Personen isolierte Stämme von B. longum subsp. longum
im Vergleich zu solchen von älteren Personen durchschnittlich eine
höhere Zahl von Genen aufweisen. Die Forscher stellten weitere
Untersuchungen an, um in jedem aus verschiedenen Altersgruppen
isolierten Stamm Gene zu ermitteln, und in der Folge wurden die
Genfamilien in vier Gruppen unterteilt: Genfamilien vor allem bei
Kleinkindern, Erwachsenen oder älteren Menschen sowie Gene, bei denen
sich kein Zusammenhang mit dem Alter der Personen gezeigt hat (Abb. 2).

Bei Kleinkindern auftretende Stämme mehr an die Verwertung von
Kohlenhydraten in menschlicher Muttermilch angepasst

Die
Forscher fanden häufig Stämme in B. longum subsp. longum
von jüngeren Personen, die einen genetischen Code aufweisen, der mit der
Verwertung von Zucker zusammenhängt – u. a. der Zuckerart Sialinsäure,
einem der Bestandteile humaner Milch-Oligosaccharide (HMOs), wie sie in
der Muttermilch auftreten. Diese Eigenschaft könnte eine
Anpassungsstrategie von B. longum sein, um das Klima im Darm des
Kleinkinds durch Verwertung von Bestandteilen der Muttermilch zu
überleben.

Bei älteren Menschen auftretende Stämme besser an die Verwertung
nicht löslicher Fasern angepasst, wie sie in Gemüse auftreten

Die
Forscher haben außerdem eine hohe Anzahl von Stämmen in B. longum
subsp. longum beobachtet, die aus älteren Personen gewonnen
wurden und einzigartige genetische Informationen enthalten, von denen
man annimmt, dass damit extrazelluläre α-L-Arabinofuranosidasen
(Arabinofuranosidase-Cluster2 in Abb. 2) kodiert werden. Diese Enzyme
sind in der Lage, komplexe Zuckerarten aufzuspalten, die in pflanzlichem
Material vorhanden sind – etwa Gemüse und Getreidearten, die alle einen
hohen Anteil an unlöslichen Fasern enthalten. Ältere Japaner essen
Berichten zufolge viel mehr Gemüse als jüngere4. Diese
genetische Eigenschaft bei der Verdauung faserhaltiger Nahrungsmittel
könnte also dafür sorgen, dass B. longum im Darm älterer Menschen
überlebt.

Außerdem wurden zwei Cluster von Genen, an denen zu ersehen ist, wie
Bakterien auf Umweltbelastungen reagieren, in hoher Anzahl in Stämmen
von B. longum subsp. longum gefunden, die aus älteren
Personen isoliert wurden, u. a. das Hitzeschockprotein HSP20.5.
Hitzeschockproteine werden produziert, damit ein Organismus besser auf
Stress wie etwa starke Hitze, Sauerstoffmangel und Hunger reagieren
kann. Es ist davon auszugehen, dass Stämme, die auf Stress reagieren
können, sich besser anpassen und überleben können.

Bestimmte Stämme wurden zwischen Vater und Kind, Mann und Frau und
sogar über drei Generationen hinweg übertragen

Mehrere
Stämme von B. longum subsp. longum, die aus vielen
verschiedenen Mitgliedern der gleichen Familie isoliert wurden, haben
nachweislich im Grunde einen identischen genetischen Inhalt. Dieses
Ergebnis legt nahe, dass diese Stämme zwischen verschiedenen
Familienmitgliedern übertragen wurden und nicht nur zwischen Mutter und
Kind, wie es bisher berichtet wurde.6

„Es ist ein bemerkenswertes Ergebnis, dass nicht nur die Übertragung
zwischen Mutter und Kind beobachtet wurde, sondern auch zwischen Vater
und Kind und sogar zwischen Mann und Frau“, erklärte Dr. Toshitaka
Odamaki, Leiter der Abteilung Mikrobiomforschung am Next Generation
Science Institute von Morinaga und Forschungsleiter der Studie. „Dies
ist also der erste Bericht über einen bestimmten Stamm der Darmflora,
der anscheinend über drei Generationen einer Familie hinweg übertragen
wurde – beispielsweise zwischen Großmutter, Mutter und Kleinkind“, sagte
er weiter.

„Wir nehmen an, dass diese Vielfalt von Genen und das hohe
Übertragungsniveau der Bakterienspezies innerhalb von Familien die
Überlebensstrategie von B. longum subsp. longum ist, und
dass es für die weite Verbreitung unter den Altersgruppen entscheidend
ist“, erläuterte Dr. Odamaki. „Dieser Bericht könnte als
vielversprechende Grundlage für zukünftige Forschung dienen, mit der die
besten Kandidaten für Probiotika in allen Hauptlebensphasen ermittelt
werden können“, sagte er weiter.

APC Microbiome Ireland interessiert sich sehr dafür, wie sich
das menschliche Mikrobiom im Laufe der Lebensphasen als Reaktion auf
verschiedene Umweltfaktoren wie Ernährungsweise, Antiobiotikaeinnahme
und Stressniveau verändert“, sagte Prof. Douwe van Sinderen,
Projektleiter bei APC Microbiome Ireland. Er betonte außerdem die
Attraktivität einer derartigen gemeinsamen wissenschaftlichen Arbeit:
„Es war ein besonders fruchtbares und dankbares Gemeinschaftsprojekt mit
dem Branchenpartner Morinaga, denn wir konnten unsere sich ergänzenden
Kompetenzen und Kenntnisse zusammenbringen. So konnten wir Einblicke
schaffen, die wir alleine sonst nicht hätten gewinnen können.“

Dr. Odamaki von Morinaga erläuterte diese Ergebnisse auf dem IPA World
Congress + Probiota Barcelona, der vom 7. bis 9. Februar 2018 in
Barcelona, Spanien, stattfand.

Über Morinaga
Morinaga Milk Industry Co., Ltd. ist
eines der führenden Molkereiunternehmen in Japan. Morinaga begann in den
1960er Jahren mit Forschungsarbeiten zu Bifidobakterien und ließ sich
dabei von der Tatsache leiten, dass Bifidobakterien die überwiegende
Bakterienart im Darm gestillter Säuglinge sind. 1969 gelang es Morinaga,
seinen erfolgreichsten Bakterienstamm, Bifidobacterium longum
BB536, bei einem Säugling zu isolieren. Morinaga zeichnet sich durch
seine innovativen Technologien aus und bietet Kunden in der ganzen Welt
verschiedene Molkereiprodukte und funktionale Inhaltsstoffe an.

ÜBER APC MICROBIOME IRELAND
APC Microbiome Ireland
(APC; http://apc.ucc.ie)
ist ein weltweit führendes Forschungsinstitut, das im Jahr 2003 mit
einer Finanzierung der Science Foundation Ireland und in Verbindung mit
wichtigen Branchenpartnern gegründet wurde. Es steht für eine nahtlose
Zusammenarbeit zwischen dem University College Cork und Teagasc (der
irischen Behörde für Landwirtschaft und Lebensmittelentwicklung). Es ist
allgemein anerkannt, dass die Darmflora eine wichtige Rolle für die
menschliche Gesundheit spielt. Dies ist zu einem der dynamischsten,
komplexesten und spannendsten Forschungsgebiete sowohl im
Nahrungsmittel- als auch im Pharmabereich geworden. Im Laufe des letzten
Jahrzehnts konnte sich das APC als eines der weltweit führenden Zentren
für die Forschung zur Darmflora etablieren. Das APC hat mehrere
wegweisende Entdeckungen gemacht, über 1.700 Forschungsartikel in von
Fachleuten geprüften Zeitschriften veröffentlicht und für viele
Titelgeschichten und damit zusammenhängende Leitartikel gesorgt. Das APC
besteht aus über 300 Einzelpersonen, den von den Partnerinstituten
finanzierten wissenschaftlichen Forschungsleitern (der APC-Fakultät),
dem Leitungsteam, einer speziellen Gruppe von Forschern,
wissenschaftlichen Mitarbeitern und Doktoranden.

Literatur
1.  

Turroni et al., Applied and environmental microbiology
(2009)

2.

Francoise Gavini, Microb. Ecol. Health Dis (2001)

3.

Odamaki et al., Scientific Reports (2018)

4. National Health and Nutrition Survey 2015
5.

Ventura et al., Appl. Environ. Microbiol (2007)

6.

Makino et al., Appl. Environ. Microbiol (2011)

Die Ausgangssprache, in der der Originaltext veröffentlicht wird, ist
die offizielle und autorisierte Version. Übersetzungen werden zur
besseren Verständigung mitgeliefert. Nur die Sprachversion, die im
Original veröffentlicht wurde, ist rechtsgültig. Gleichen Sie deshalb
Übersetzungen mit der originalen Sprachversion der Veröffentlichung ab.



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