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Darmbakterien bauen aus Nahrungsbestandteilen aktiv Schutzmoleküle
Verborgene Chemiefabrik im Darm: Bestimmte Bakterien können Nitrat aus der Nahrung zusammen mit Nicht-Häm-Eisen in Dinitrosyl-Eisenkomplexe, kurz DNIC, umwandeln. In Mäusen verbesserten erhöhte DNIC-Spiegel mehrere kardiometabolische Messwerte, zudem bremsten die Moleküle Fetteinlagerungen in menschlichen Leberzellmodellen. Ob dieser Mechanismus beim Menschen Krankheiten verhindert, ist noch offen.
Stockholm (Schweden). Nitrat aus Blattgemüse und Nicht-Häm-Eisen aus pflanzlichen Lebensmitteln gelten zunächst als gewöhnliche Nahrungsbestandteile. Doch im Darm treffen sie auf Mikroorganismen, die daraus chemisch aktive Verbindungen erzeugen können. Eine neue Studie zeigt nun, dass dabei Dinitrosyl-Eisenkomplexe entstehen, die in Gewebe gelangen und dort Stoffwechsel- und Gefäßsignale beeinflussen.
Forscher des Karolinska Institutet (KI) um Andrei L. Kleschyov haben den Weg von den Ausgangsstoffen bis zur biologischen Wirkung in Bakterien, Mäusen und Zellmodellen verfolgt. Kleschyov ist Erstautor und Co-Korrespondenzautor der Arbeit. Entscheidend ist offenbar die bakterielle Nitratreduktase, ein Enzym, das Nitrat chemisch umsetzt.
Die Forscher fanden DNIC in Geweben normal besiedelter Mäuse, nicht aber in keimfreien Tieren. Auch Mäuse- und Menschenkot sowie Escherichia coli bildeten die Komplexe aus Nitrat und Eisencitrat. Eine E.-coli-Mutante ohne Nitratreduktase schaffte dies dagegen nicht. Das spricht dafür, dass die bakterielle Nitratverarbeitung ein zentraler Schritt der DNIC-Bildung ist.
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass Darmbakterien Bestandteile der Nahrung in biologisch aktive Moleküle umwandeln können, die wichtige Körperfunktionen beeinflussen“, sagt Andrei L. Kleschyov.
In Mäusen mit Western-Diet, einem experimentellen Modell für kardiometabolische Belastung, erhöhten sowohl Nitrat plus Eisencitrat als auch synthetisch hergestellte DNIC die DNIC-Gehalte im Gewebe. Gleichzeitig besserten sich mehrere kardiometabolische Messwerte. Die Mitteilung des KI nennt unter anderem niedrigeren Blutdruck, eine verbesserte Gefäßfunktion, bessere Blutzuckerkontrolle und weniger Fetteinlagerung in der Leber.
Auch in HepG2-Zellen und aus menschlichen Leberzellen gebildeten Sphäroiden reduzierten DNIC die durch Fettsäuren ausgelöste Verfettung. Damit reicht die Evidenz über das Tiermodell hinaus, bleibt aber experimentell. Die Studie belegt noch nicht, dass eine Ernährungsumstellung oder eine gezielte DNIC-Erhöhung beim Menschen Herz-Kreislauf- oder Stoffwechselkrankheiten verhindert.
Die Wirkungen lassen sich nach den Analysen nicht einfach auf frei werdendes Stickstoffmonoxid (NO) zurückführen. Vielmehr scheint die Fe(NO)₂-Einheit des DNIC selbst biologisch aktiv zu sein. Sie aktivierte die lösliche Guanylatzyklase (sGC), hemmte die Aufnahme der Aminosäure Leucin und normalisierte eine auffällige mTORC1-Signalkette.
Damit liefert die Arbeit einen konkreten Mechanismus dafür, wie ein Stoffwechselprodukt der Darmflora mehrere Signalwege zugleich beeinflussen kann. Bemerkenswert ist vor allem, dass die DNIC nach ihrer Bildung im Darm mobil sind und in andere Gewebe gelangen. Die Darmflora wirkt hier also nicht nur lokal, sondern erzeugt einen chemischen Botenstoff mit systemischer Reichweite.
Die Forscher betonen selbst, dass große Teile der Arbeit auf experimentellen Modellen beruhen. Als nächsten Schritt wollen sie Methoden entwickeln, mit denen sich DNIC beim Menschen zuverlässig messen lassen. Erst dann kann genauer untersucht werden, wie die Komplexe im menschlichen Körper entstehen, transportiert werden und physiologische Funktionen beeinflussen.