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Bakterielles Molekül kann Darmschäden schnell reparieren
Bakterienprodukt als Reparaturhilfe: Ein Stoffwechselmolekül aus der Darmflora hat in Mäusen und Fruchtfliegen die Erneuerung geschädigter Darmwände gefördert. Es liefert den Zellen einen Baustein für das lebenswichtige Coenzym NAD und unterstützt so die Aktivität von Darmstammzellen. Ob sich daraus eine Therapie für Menschen entwickeln lässt, ist noch offen.
Newark (U.S.A.). Die Darmschleimhaut muss sich ständig erneuern, denn sie ist Nahrung, Keimen und Entzündungsreizen ausgesetzt. Besonders bei chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen kann ihre Schutzfunktion versagen, während sich die geschädigte Oberfläche nur unzureichend regeneriert.
Für den Wiederaufbau sind Stammzellen im Darm entscheidend, die fortlaufend neue Zellen der Schleimhaut hervorbringen. Ihre Aktivität hängt auch von Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid (NAD) ab, einem Coenzym für den Energiestoffwechsel und die Reparatur von Zellschäden. Doch das große Molekül gelangt nicht ohne Weiteres von außen in die Zellen.
Forscher der Rutgers University-Newark (RU-N) um Dr. Ching-On Wong haben nun ein bislang wenig beachtetes Bakterienprodukt untersucht: (Amid-)N-Methylnicotinamid, kurz N-MNA. Bei Tests mit verschiedenen Darmbakterien fanden sie den Stoff unter anderem bei Lactobacillus rhamnosus GG, Bacteroides thetaiotaomicron und Ruminococcus gnavus.
N-MNA ähnelt einem Abbauprodukt, das menschliche Zellen selbst herstellen, unterscheidet sich davon aber in einem entscheidenden Detail. Anders als das menschliche N1-Methylnicotinamid kann N-MNA wieder zur Bildung des Coenzyms NAD beitragen. Das zeigten Versuche mit chemisch markierten Molekülen, deren Weg sich durch die Zellen verfolgen ließ.
In kultivierten menschlichen Darmzellen gingen nach 24 Stunden rund 22 Prozent des vorhandenen NAD auf die zugegebene, markierte Verbindung zurück. Die Umwandlung läuft offenbar über einen bereits bekannten Stoffwechselweg für Vitamin-B3-Vorstufen. Welche menschlichen Enzyme dabei den ersten Schritt übernehmen, ist allerdings noch unbekannt.
Anschließend wurde geprüft, ob N-MNA auch geschädigtes Darmgewebe schützen kann. Dazu löste ein chemischer Stoff bei Mäusen eine Entzündung des Dickdarms aus. Tiere, die alle drei Tage N-MNA als Injektion erhielten, verloren zunächst etwa fünf Prozent Körpergewicht, unbehandelte Kontrolltiere hingegen bis zu 20 Prozent.
Auch die Gewebeschäden und mehrere Entzündungsmarker fielen in den behandelten Mäusen geringer aus. Bei Fruchtfliegen mit einer vergleichbaren chemischen Darmschädigung stieg die Überlebensrate über sieben Tage von 42,6 auf 77,7 Prozent. Zugleich war ihre Darmbarriere weniger durchlässig.
Die Wirkung hängt offenbar mit dem NAD-abhängigen Protein SIRT1 zusammen. In Fruchtfliegen ohne funktionsfähiges SIRT1 verschwand der schützende Effekt von N-MNA weitgehend. Bei Mäusen wiesen Markierungsversuche zudem im geschädigten Dickdarm achtmal so viele neu entstandene, von Stammzellen abstammende Zellverbände nach wie in der Kontrollgruppe.
Einen möglichen Zusammenhang mit Erkrankungen des Menschen untersuchte das Team anhand von Stuhlproben. Sie stammten von 25 Patienten mit Colitis ulcerosa, 29 mit Morbus Crohn und 20 gesunden Vergleichspersonen. Bei Morbus Crohn lagen die N-MNA-Werte insgesamt niedriger als bei den Gesunden.