Unter der Leitung von Professor Dr. Victor Sourjik, Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg, wurde untersucht, welche chemischen Signale nützliche Darmbakterien wahrnehmen und welche sie bevorzugen. Der Schwerpunkt lag dabei auf Clostridien. Diese Bakterien kommen zahlreich im Darm vor und spielen eine Schlüsselrolle für die Darmgesundheit. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS) veröffentlicht.

Bakterien haben Präferenzen

Die Forschenden konnten zeigen, dass Rezeptoren der Bakterien ein breites Spektrum von Stoffwechselprodukten wie Kohlenhydrate, Fette und Proteine erkennen. Dabei bestehen klare Präferenzen für bestimmte Stoffklassen, die abhängig vom Sensortyp sind:

• Laktat (Milchsäure) und Formiat (Ameisensäure) sind die häufigsten Bindungspartner und besonders wichtige Nährstoffe für das Wachstum.
• Viele Darmbakterien produzieren selbst solche Stoffe. Es kommt zum sogenannten Cross-Feeding, der gegenseitigen Ernährung durch Stoffaustausch.

Zusätzlich wurden in der Analyse auch bisher unbekannte Sensor-Domänen für Laktat, Dicarbonsäuren, Uracil (RNA-Baustein) und kurzkettige Fettsäuren (SCFAs) entdeckt. Die Forschenden konnten zeigen, dass sich Bindungsspezifitäten evolutiv relativ leicht anpassen können.

Laktat und Ameisensäure

Laktat entsteht durch Milchsäuregärung und kommt in vielen Lebensmitteln natürlich vor. Dazu zählen:

• Fermentierte Milchprodukte: Joghurt, Kefir, Sauerrahm, Buttermilch, Käse (besonders gereifte Sorten).
• Sauermilchprodukte allgemein
• eingelegtes und fermentiertes Gemüse: Sauerkraut, Kimchi, Gurken, Oliven.
• Sauerteigbrot
• fermentierte Getränke, Kombucha oder Brottrunk

Ameisensäure (Formiat) kommt in Lebensmitteln in deutlich kleineren Mengen vor, oft als natürlicher Bestandteil von Pflanzen oder als Stoffwechselprodukt:

• Besonders in Tomaten, Spinat, Äpfeln und Orangen wurden kleine Mengen nachgewiesen.
• Kaffee und Tee: enthalten Spuren von Ameisensäure.
• Fermentierte Produkte: Bei mikrobieller Gärung kann Formiat entstehen.
• Honig: Enthält teilweise Ameisensäure, auch weil Imker diese Substanz gegen Milben einsetzen.
• Spirituosen/Wein: Entsteht in geringen Mengen bei alkoholischer Gärung.

Fazit: Die Sensoren spielen eine Schlüsselrolle für die Interaktion der Bakterien im Darm. Dieser Ansatz könnte auch auf andere mikrobielle Ökosysteme übertragen werden. Die Studie zeigt, dass Darmbakterien wie Clostridien eine „Vorliebe“ für Laktat und Formiat haben und für die Darmgesundheit entscheidend sind.