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FTE info logoMagazin für die europäische Forschung Nr. 38 - Juli 2003    
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PROBIOTISCHE NAHRUNGSMITTEL
Title  Der Darm und seine Bewohner

Die noch wenig erforschte Rolle der üppigen und vielfältigen Bakterienkolonien des Verdauungstrakts erweist sich je länger je mehr als wichtiger Gesundheitsfaktor. Auf dieser Erkenntnis beruhen auch die so genannten probiotischen Nahrungsmittel, die das Immunsystem günstig zu beeinflussen vermögen.

Unter dem Mikroskop ist eine Mischung aus zwei reinen Kulturen von Lactobacillus intestinalis (längliche grüne Elemente) und Bifidobacterium longum (rötliche 'Körner') zu sehen. Unter gewissen Bedingungen kann das Vorhandensein dieser beiden Mikroorganismen in der Darmflora probiotische Effekte erzeugen, die sich günstig auf die Stärkung der Immunabwehr gegen zahlreiche Krankheiten bakteriellen Ursprungs auswirken.  ©Bild: Ralph Thiel, DISE (DE)
Unter dem Mikroskop ist eine Mischung aus zwei reinen Kulturen von Lactobacillus intestinalis (längliche grüne Elemente) und Bifidobacterium longum (rötliche 'Körner') zu sehen. Unter gewissen Bedingungen kann das Vorhandensein dieser beiden Mikroorganismen in der Darmflora probiotische Effekte erzeugen, die sich günstig auf die Stärkung der Immunabwehr gegen zahlreiche Krankheiten bakteriellen Ursprungs auswirken.

©Bild: Ralph Thiel, DISE (DE)
Sie gehen in die Milliarden und gehören über 500 verschiedenen Arten an. Sie unterhalten eine mehr als nur intime Beziehung zu uns – und dennoch bekommen wir sie nie zu Gesicht. Die Bakterien unseres Verdauungstrakts bilden eine große Gemeinschaft blinder Passagiere. Sie üben auf unsere Gesundheit einen Einfluss aus, der von neuen wissenschaftlichen Arbeiten ein übers andere Mal bestätigt wird.

Sie modulieren nicht nur die Effizienz unserer Darmtätigkeit – Nährstoffe herauslösen und Abfälle ausscheiden –, sondern sie scheinen auch die Tätigkeit unseres Immunsystems zu beeinflussen. Zudem kann die Bakterienflora in unserem Darm schwere Störungen hervorrufen, wenn sich darin Krankheitserreger entwickeln, die sehr aggressiv, ja sogar tödlich sein können. Umgekehrt bürgt eine Bakterienpopulation, in der sich diese Erreger nicht einnisten können, für gute Gesundheit.

Black Box
Trotz ihrer strategischen Bedeutung weiß man über die Darmflora immer noch sehr wenig. Daher ist zu ihrer Erforschung ein wichtiger europäischer Cluster (Projektgruppe), Proeuhealth, gestartet worden. Tiina Mattila-Sandholm vom finnischen Institut VTT Biotechnology, Koordinatorin der 64 Teams (in 16 Ländern), die in diese Struktur eingebunden sind, spricht von einer „Black Box“, wenn sie vom Verdauungstrakt redet. „Noch heute, im Jahr 2003, kann niemand genau sagen, worin das mikrobielle Ökosystem unseres Darms besteht“, betont sie.

Welche Arten sind genau darin zu finden? Wie beeinflussen sie unsere Gesundheit? Welches sind eigentlich die „guten Bakterien“, auch Probiotika genannt, und auf welche Art und Weise wirken sie? Wie kann man Lebensmittel entwickeln, die ihre guten Eigenschaften optimal verwerten? Dies sind nur einige der Fragen, die die Forscher des vor zwei Jahren gestarteten Projekts Proeuhealth bis 2005 zu beantworten suchen.

66 000-fache Vergrößerung eines Schnitts durch einen Milchsäurebazillus (Lactobacillus).    ©Institut Pasteur (FR)
66 000-fache Vergrößerung eines Schnitts durch einen Milchsäurebazillus (Lactobacillus).

©Institut Pasteur (FR)
Fragwürdige Extrapolationen
Die Probiotika haben das Interesse sowohl der öffentlichen Behörden als auch der Nahrungsmittelindustrie und der Verbraucher geweckt. Man weiß beispielsweise, dass der Verzehr gewisser Mikrobenstämme (insbesondere die der Gattungen Lactobacillus und Bifidobacterium) der Gesundheit besonders zuträglich sind.

Diese Vorzüge sind allerdings erst unter eng umrissenen Bedingungen nachgewiesen worden. Mehrere Versuche haben beispielsweise gezeigt, dass gewisse Lactobacillus-Stämme   Säuglinge vor viralen Durchfällen schützen. Solche Resultate lassen sich natürlich nicht auf alle Probiotika ausdehnen (zwei Stämme derselben Art können gegensätzliche Wirkungen zeigen), geschweige denn auf die Gesamtheit der Bakterienpopulation.

Mittlerweile sind jedoch zahlreiche fragwürdige Extrapolationen zu beobachten. Manche Hersteller versuchen, das Image einer „Gesundheitsnahrung“ (die „das Immunsystem stimuliert“ und „die Darmflora ausgleicht“) aufzubauen, und greifen dabei zu Formulierungen, die nur zu oft die wissenschaftliche Wirklichkeit weit übersteigen. „Ich hoffe, dass unsere Ergebnisse erlauben werden, nicht nur die Gesundheit der Bevölkerung zu verbessern, sondern auch etwas Ordnung in den Marketingdschungel zu bringen“, fährt Tiina Mattila-Sandholm fort. „Doch dafür müssen wir die genaue Funktionsweise der im Verdauungstrakt vorhandenen Bakterien verstehen. Die ersten Synthesen ihrer Tätigkeit wurden von der Gruppe um Professor Willem de Vos von der Universität Wageningen in den Niederlanden, ebenfalls ein wissenschaftlicher Koordinator der Projektplattform, gesammelt.“

20 000-fache Vergrößerung eines Abschnitts von Escherichia coli, einer Bakterie, die gewöhnlich in den Därmen von Menschen und warmblütigen Tieren lebt. Eine bestimmte Varietät von E. coli, die Toxine bildet und durch Lebensmittel übertragen wird, kann schwere choleraähnliche Durchfälle hervorrufen.    ©Institut Pasteur (FR)
20 000-fache Vergrößerung eines Abschnitts von Escherichia coli, einer Bakterie, die gewöhnlich in den Därmen von Menschen und warmblütigen Tieren lebt. Eine bestimmte Varietät von E. coli, die Toxine bildet und durch Lebensmittel übertragen wird, kann schwere choleraähnliche Durchfälle hervorrufen.

©Institut Pasteur (FR)
Erkundungsstadium
Will man in diesem komplexen Dossier logisch stringent vorgehen, muss man erst zu verstehen versuchen, wer die Besiedler des Verdauungstrakts sind, und Mittel finden, um sie voneinander zu unterscheiden. Dies ist das Ziel des Projekts Microbe Diagnostics, das von einem begeisterten jungen Forscher, Michael Blaut vom Deutschen Institut für Ernährungsforschung (DIfE – Potsdam), geleitet wird. Er versucht gemeinsam mit seinen Kollegen, mithilfe der neuesten Erkenntnisse der Molekularbiologie die Zusammensetzung des Darm-Ökosystems so fein wie möglich aufzudröseln.

Verschiedene Techniken (Durchflusszytometrie, Fluoreszenz in situ, DNS-Analyse) werden eingesetzt, um aussagekräftige Sequenzen – so genannte Signaturen – der vorhandenen Organismen zu eruieren.

„Anfänglich wussten wir sehr wenig“, erklärt Michael Blaut. „Denn lange Zeit interessierte sich die Wissenschaft nur für Organismen, die man kultivieren kann, d.h. einen sehr kleinen Teil der Organismen, um die es in unserer Forschung geht. Ferner neigte man dazu, sich eher auf die Krankheitserreger als auf die ‚normale’ Darmflora zu konzentrieren – wenn dieser Ausdruck überhaupt sinnvoll ist, denn die Variationen von einer Person zur andern, oder bei ein und derselben Person in unterschiedlichen Altersabschnitten, sind sehr groß. Schließlich existieren auch die molekularen Instrumente noch nicht sehr lange. Dennoch haben wir in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht und besitzen nun ein Inventar, mit dem man wirklich arbeiten kann.“

Das Team von Microbe Diagnostics hat bereits 16 Sonden (Proben) von Oligonukleotiden hergestellt, die erlauben, bestimmte Mikroorganismen sehr rasch zu entdecken. In dem Maße, wie sich das Wissen entwickelt, gestaltet sich auch die Konzipierung neuer Sonden zunehmend schneller, was erlauben wird, eine immer breitere Palette diversifizierter Instrumente herzustellen. Diese Instrumente können danach anderen Forschern zur Verfügung gestellt werden, sei es, um den Zusammenhang zwischen einer Krankheit und einem gegebenen Stamm zu bestimmen, die Wirkungen der Ernährung auf das Vorhandensein dieses oder jenes Bakteriums zu untersuchen oder die Gesamtentwicklung der Darmflora zu analysieren.

Verständnis der Mechanismen
Diese neuen Möglichkeiten sollten eine Klärung der Mechanismen erlauben, die immer noch sehr schlecht verstanden werden. Man weiß beispielsweise nicht, wie eine Mikrobe den Gesamtzustand ihres Wirts beeinflussen kann. Deprohealth und Propath, zwei Projekte des Clusters, verfolgen daher das Ziel, eines der wichtigsten Geheimnisse der Probiotika zu entschlüsseln: ihre potenzielle Wirkung auf das Immunsystem.

Zwei Krankheitstypen, die sich in gewisser Weise entgegenstehen, sind unter die Lupe genommen worden. Einerseits eine entzündliche Störung, die CED, (chronisch entzündliche Darmkrankheiten), von denen viele Europäer befallen sind und die, vereinfacht gesagt, eine übermäßige Abwehrreaktion hervorrufen. Andererseits Infektionen viralen (Rotavirus-Durchfälle) oder bakteriellen Ursprungs, die auf dem genau umgekehrten Phänomen beruhen, nämlich einer Unfähigkeit der körpereigenen Abwehr, den Krankheitserreger zu überwinden. Die bekanntesten unter den Bakterien, die die Forscher besonders beschäftigen, sind Helicobacter pylori, der Geschwüre und Gastritis hervorruft, und verschiedene Salmonellen, die immer wieder für Lebensmittelvergiftungen sorgen.

Die Teams arbeiten mit verschiedenen Stämmen von   Lactobacillus und Bifidobacterium. Sie versuchen herauszufinden, welches die gesundheitsfördernden Moleküle sind, die vor allem in der Bakterienwand produziert werden, und wie sie wirken – genauer: welchen Typ von Immunreaktionen sie begünstigen oder, im Gegenteil, unterbinden. Sind diese Mechanismen erst identifiziert, machen sich die Teams daran, gezielt Stämme zu konstruieren und, wie Annick Mercenier vom Nestlé-Forschungszentrum in Lausanne, Koordinatorin von Deprohealth, sich ausdrückt, zu versuchen, „daraus neue Wirkstoffe zu gewinnen, die es erlauben, neuartige entzündungshemmende Behandlungen und Schluckimpfungen gegen H. pylori und die Rotaviren herzustellen“.

Ein drittes Projekt – EU&Microfunction – beschäftigt sich ebenfalls mit den Mechanismen. Es untersucht insbesondere die Wirkungen der Ernährung auf die Gesamtheit der gastrointestinalen Bakterien. Diese Wirkungen können von der Einnahme von Bakterien (Probiotika) oder besonderen Nahrungsmitteln – so genannte Präbiotika –, die die Entwicklung dieses oder jenes Probiotikums fördern, herrühren. Auch hier weiß man noch kaum, warum und wie eine gewisse Ernährungsweise eine gegebene Population oder einen bestimmten Stamm begünstigt.

Ziel Gesundheit
Die Verbesserung der menschlichen Gesundheit steht im Zentrum des Projekts Proheuhealth. Progid beispielsweise interessiert sich sehr direkt für zwei besonders hartnäckige Darmerkrankungen, die Colitis ulcerosa und den Morbus Crohn, eine schwere Autoimmunkrankheit, die in gewissen Fällen eine chirurgische Entfernung ganzer Abschnitte des Verdauungstrakts erfordert. Um die möglichen Wirkungen der Probiotika auf diese Erkrankungen genauer zu erfassen, wurden zwei Doppelblindstudien im Großmaßstab in die Wege geleitet, die in mehreren Ländern über ungefähr ein Jahr laufen.

Crownalife, ein weiteres, unmittelbar mit der Gesundheit zusammenhängendes Projekt, wird von Joël Doré vom Nationalen Forschungsinstitut für Landwirtschaft (INRA) in Jouy-en-Josas bei Paris geleitet. „Die betagten Menschen machen einen wachsenden Anteil der europäischen Bevölkerung aus“, sagt er. „Und sie sind anfälliger für Infektionen und degenerative Erkrankungen. Es stellt sich somit die Frage der Entwicklung von Präventivstrategien, die auf der Ernährung beruhen.“ Es hat sich nämlich gezeigt, dass offenbar jedem Altersabschnitt, vom Säugling bis zum Greis, eine spezifische Darmpopulation entspricht. Das Verständnis dieser Entwicklung und ihrer Konsequenzen für die Gesundheit ist der erste Schritt zu einer wirkungsvollen Ernährungsberatung, und in einer weiteren Perspektive zu „einer neuen Generation funktionaler Nahrungsmittel“.

Schnitt durch ein von Amöben besetztes Colon. Bei dieser parasitären Infektion des Dickdarms, die in tropischen Ländern verbreitet ist, durchquert der Krankheitserreger die Dickdarmwand und kann in gewissen Fällen bis in die Leber vordringen (hepathische Amöbiasis).    ©Institut Pasteur (FR)
Schnitt durch ein von Amöben besetztes Colon. Bei dieser parasitären Infektion des Dickdarms, die in tropischen Ländern verbreitet ist, durchquert der Krankheitserreger die Dickdarmwand und kann in gewissen Fällen bis in die Leber vordringen (hepathische Amöbiasis).

©Institut Pasteur (FR)
Industrielle Anwendungen
Dem schon heute beeindruckenden Weltmarkt der Probiotika steht weiteres Wachstum bevor. Es erstaunt daher nicht, dass zahlreiche Industriepartner, auch KMU, sich den verschiedenen Projekten angeschlossen haben. Protech beispielsweise umfasst neben zwölf Labors auch fünf Unternehmen. Diese Zahl ist leicht erklärlich, wenn man weiß, dass dieses Projekt sich zum Ziel gesetzt hat, mit den technologischen Aspekten der Herstellung probiotischer Nahrungsmittel voranzukommen. Der Weg dieser  Produkte, überwiegend Milchprodukte, führt gewöhnlich durch Prozesse, die für eine Bakterie traumatisch sind; das gilt sowohl für die Herstellung (Erhitzen, Einfrieren, Gefriertrocknen, Konservieren usw.) wie für den Stoffwechsel (Magensäure, aggressive Verdauungsenzyme, Gallensäfte).

Doch das beste Probiotikum taugt nichts, wenn es nicht lebend am Zielort ankommt. „Wir verfolgen mehrere Strategien, um dies zu erreichen“, erklärt Dietrich Knorr von der Technischen Universität Berlin. Wir können schützende Moleküle suchen, die sich den Mikroben zusetzen lassen, und wir haben hervorragende Ergebnisse mit gewissen Pektinen. Wir können aber auch die natürliche Abwehr der Probiotika selbst stimulieren. So produzieren bestimmte Mikroben bei 50°C spezifische Proteine, die sie gegen Hitze schützen, was ihnen helfen kann, gewisse industrielle Prozesse zu überstehen. Andere Probiotika scheiden beim Erkalten Zucker aus, die ihnen helfen, das Gefrieren zu überleben.“ Protech sollte zu neuen praktischen Erkenntnissen führen, insbesondere was potenzielle Herstellungsverfahren, die Möglichkeiten, sie zu optimieren, die Reaktionen verschiedener Stämme usw. anbelangt. Lauter Elemente, die die Entwicklung möglichst wirksamer Produkte erlauben sollten.

Modellierung (in Kultur) der Durchquerung der Epithelgrenze der Darmwand durch einen Kranheitserreger.    ©Institut Pasteur (FR)
Modellierung (in Kultur) der Durchquerung der Epithelgrenze der Darmwand durch einen Kranheitserreger.

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Sicherheit und Transparenz
Die probiotischen Eigenschaften sollten indes eventuelle Risiken nicht vergessen lassen, auch wenn sie vorerst nur potenziell sind. „Die Mehrzahl dieser Organismen wird seit Jahrhunderten ohne schädliche Wirkungen für die Gesundheit verzehrt“, erinnert Tiina Mattila-Sandholm. Doch sich mit solchen Feststellungen zu begnügen, kommt bei einem erschöpfenden wissenschaftlichen Vorgehen nicht in Frage. Daher wurde das Projekt Prosafe ins Leben gerufen, das sich voll und ganz den Sicherheitsfragen verschrieben hat. Es wird sich mit verschiedenen Problemen beschäftigen, etwa den potenziellen Resistenzen gegen Antibiotika, die Möglichkeit von Mutationen, die Fähigkeiten, sich anzusiedeln, eventuelle Toxizitätsrisiken usw. Ziel ist es, am Ende der Studie nicht nur präzise Informationen über zahlreiche Stämme in Händen zu haben, sondern Untersuchungskriterien und -methoden für alle Stämme, die in den nächsten Jahren die Labors verlassen werden.

Das Projekt Proeuhealth wird darüber hinaus begleitet von Überlegungen zu den – von Land verschiedenen – Erwartungen der Öffentlichkeit und zu der besten Art und Weise, sie anzusprechen. Denn die Möglichkeiten der Probiotika auszuschöpfen bedeutet, die Verbraucher davon zu überzeugen, sie zu sich zu nehmen, und zwar in den meisten Fällen regelmäßig, um eine maximale Wirkung zu erzielen. Man muss ihnen mithin eine klare und exakte Vorstellung des Nutzens vermitteln, den sie daraus ziehen können, und dies setzt eine umfassende und glaubwürdige Information voraus.


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  Nahrungsmittel unter der Lupe

Die Union hat zahlreiche Arbeiten auf diesem Gebiet unterstützt. Zum Beispiel Forschungen über Mykotoxine (gefährliche, von Pilzen ausgeschiedene Lebensmittelgifte) oder die Konzipierung von Biosensoren, die in der Lage sind, Toxine in ...
 
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Die probiotischen Nahrungsmittel stellen eine beträchtliche wirtschaftliche Herausforderung dar. Gemäß einer Studie von Mai 2001 beziffert sich der europäische Markt auf über eine Milliarde Euro – eine Zahl, die kontinuierlich ...
 
  Probiotika, Präbiotika, Symbiotika

Im Jahr 1907 äußerte der Immunologe Ilya Metchnikoff die Vermutung, dass die körpereigene Abwehr durch die Aufnahme fermentierter Bakterien gestärkt werden könnte. Das Wissen um die Probiotika ist somit nicht neu. Die Forscher ...
 

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  Nahrungsmittel unter der Lupe

Die Union hat zahlreiche Arbeiten auf diesem Gebiet unterstützt. Zum Beispiel Forschungen über Mykotoxine (gefährliche, von Pilzen ausgeschiedene Lebensmittelgifte) oder die Konzipierung von Biosensoren, die in der Lage sind, Toxine in Fleisch oder Milch nachzuweisen. Wichtige Arbeiten wurden zu BSE durchgeführt, insbesondere um über Tests zu verfügen, die erlauben, die Ausbreitung der Krankheit zu überwachen. Diese Anstrengungen werden im Sechsten Rahmenprogramm noch verstärkt: 685 Millionen Euro stehen für Projekte zum Thema Lebensmittelqualität und -sicherheit (5. Priorität) bereit.

  Ein gewichtiges kommerzielles Potenzial

Die probiotischen Nahrungsmittel stellen eine beträchtliche wirtschaftliche Herausforderung dar. Gemäß einer Studie von Mai 2001 beziffert sich der europäische Markt auf über eine Milliarde Euro – eine Zahl, die kontinuierlich steigt. Der amerikanische Markt ist derzeit noch weniger bedeutend, aber auch er befindet sich im Aufwind und stellt ein potenzielles strategisches Handelsziel dar. In Japan hingegen sind die Probiotika bereits gang und gäbe: Sie sind in über der Hälfte der Milchprodukte enthalten.

Die Probiotika werden im Allgemeinen in Verbindung mit Jogurt oder anderen Milchprodukten verkauft, aber man findet sie auch in gewissen Suppen, Frucht- und Gemüsesäften und in Getreidezubereitungen.

  Probiotika, Präbiotika, Symbiotika

Im Jahr 1907 äußerte der Immunologe Ilya Metchnikoff die Vermutung, dass die körpereigene Abwehr durch die Aufnahme fermentierter Bakterien gestärkt werden könnte. Das Wissen um die Probiotika ist somit nicht neu. Die Forscher haben indes erst seit kurzem begonnen, sich für die Probiotoka, d.h. die Moleküle, die das Überleben oder die Aktivität heilsamer Mikroorganismen begünstigen, zu interessieren. Diese Präbiotika sind im Allgemeinen komplexe Zucker, wie etwa das Inulin der Zichorie. Sie durchqueren den oberen Teil des Verdauungstrakts unverändert, was ihnen in der Folge erlaubt, mit den im Darm vorhandenen Bakterien zu interagieren. Es laufen Versuche mit einer wachsenden Zahl von Nahrungsmitteln, die Pro- oder Präbiotika enthalten und die Wirkung der Bakterien stimulieren. Diesen Mischprodukten, so genannte Symbiotika, scheinen glänzende Zeiten bevorzustehen. Denn die Forscher beherrschen die subtile Suche nach der optimalen Mischung von Bakterien und schützenden Molekülen mit wachsender Erfahrung immer besser.

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