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Eine intakte Darmflora hält geistig fit – mit Hilfe des Immunsystems

20.05.2016

Eine spezielle Sorte Immunzellen vermittelt zwischen Darmflora und Hirn. Das hat Dr. Susanne Wolf vom Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft (MDC) nun an Mäusen herausgefunden und im Fachjournal Cell Reports vorgestellt. Die Erkenntnisse haben Bedeutung für die Folgen der Langzeitanwendung von Antibiotika, könnten aber auch dabei helfen, die Symptome von psychiatrischen Leiden zu lindern.

Darm und Hirn „reden“ miteinander: über Hormone, Stoffwechselprodukte oder direkte Nervenverbindungen. Ein weiteres Bindeglied ist eine bestimmte Population von Immunzellen aus der Gruppe der Monozyten, wie Dr. Susanne Wolf aus der MDC-Forschungsgruppe um Prof. Helmut Kettenmann zusammen mit Kolleginnen und Kollegen der Universität Magdeburg, der Charité – Universitätsmedizin Berlin und der US-amerikanischen National Institutes of Health (NIH) herausgefunden hat.


Der Hippocampus nach Behandlung mit Antibiotika unter dem Mikroskop: nur wenige neue Zellen (rot) werden gebildet.

Bild: Susanne Wolf/MDC.


Der Hippocampus von unbehandelten Tieren, die trainiert haben: Zahlreiche Zellen bilden sich neu (rot markiert).

Bild: Susanne Wolf/MDC.

In Mäusen schalteten die Forschenden das Mikrobiom, also die Bakterien der Darmflora, mit einem Antibiotika-Cocktail aus. Verglichen mit unbehandelten Tieren beobachteten sie daraufhin deutlich weniger neu gebildete Nervenzellen in der Hippocampus-Region des Gehirns. Auch das Gedächtnis der Mäuse verschlechterte sich, denn diese Bildung neuer Hirnzellen – „Neurogenese“ genannt – ist wichtig für bestimmte Gedächtnisleistungen.

Bei ausgeschaltetem Mikrobiom ging zusammen mit der Neurogenese auch die Zahl einer bestimmten Immunzellen-Population im Gehirn deutlich zurück, die der Ly6C(hi)-Monozyten. Könnten diese Immunzellen ein bislang unbekannter Vermittler zwischen den Organsystemen sein?

Wolf und ihr Team testeten und bestätigten diese Hypothese: Entfernten sie nur diese Zellen aus den Mäusen, verringerte sich die Neurogenese ebenfalls. Verabreichte sie den mit Antibiotika behandelten Tieren Ly6C(hi)-Monozyten, nahm die Neurogenese wieder zu.

Die Forscher kurierten die Antibiotika-behandelten Tiere mit zwei unterschiedlichen Strategien. Nahmen die Mäuse eine Mixtur aus ausgewählten Bakterienstämmen ein oder absolvierten sie ein freiwilliges Training im Mäuse-Laufrad, wurden die negativen Wirkungen der Antibiotika rückgängig gemacht. Die Monozytenzahl erholte sich ebenso wie die Gedächtnisleistung und Neurogenese. Eine Wiederherstellung der Darmflora mit dem Mikrobiom unbehandelter Tiere war nicht erfolgreich.

Wissenschaftlich besonders interessant ist die bisher unbekannte Vermittlerfunktion der Immunzellen, sagt Susanne Wolf: „Mit den Ly6C(hi)-Monozyten haben wir vielleicht einen neuen generellen Kommunikationsweg von der Peripherie ins Hirn entdeckt.“

Übertragen auf den Menschen bedeuten die Ergebnisse nicht etwa, dass alle Antibiotika die Gehirnfunktion stören, denn die verwendete Kombination von Medikamenten war extrem stark.

„Möglicherweise sind aber ähnliche Effekte bei Therapien mit Antibiotika über einen langen Zeitraum zu erwarten“, sagt Susanne Wolf. Auch ohne Umweg über die Darmflora wirken die Antibiotika auf die Neurogenese, wie weitere Ergebnisse des Forscherteams zeigen.

Die neue Arbeit hat auch Folgen für die Behandlung psychiatrisch erkrankter Personen, etwa Schizophrenie- oder Depressions-Patienten mit beeinträchtigter Neurogenese, sagt Susanne Wolf: „Möglicherweise können diesen Patienten ergänzend zu Medikamenten und Sport auch probiotische Präparate helfen. Um das zu prüfen, würden wir gern zusammen mit der Charité klinische Pilotstudien durchführen.“

Luisa Möhle1, Daniele Mattei2, Markus M. Heimesaat3, Stefan Bereswill3, André Fischer3, Marie Alutis3, Timothy French1, Dolores Hambardzumyan4,5, Polly Matzinger6, Ildiko R. Dunay1 and Susanne A. Wolf2 (2016): „Ly6Chi monocytes provide a link between antibiotic-induced changes in gut microbiota and adult hippocampal neurogenesis.“ Cell Reports. DOI: 10.1016/j.celrep.2016.04.074

1Universität Magdeburg, Institut für Medizinische Mikrobiologie, 2Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin, Abteilung Zelluläre Neurowissenschaften, 3Charité – Universitätsmedizin Berlin, Abteilung Mikrobiologie und Hygiene, 4 The Cleveland Clinic Lerner Research Institute, Abteilung für Neurowissenschaften, Cleveland, USA, 5Emory University School of Medicine, Abteilung für Pädiatrie, Atlanta, USA,6Ghost Lab, NIAID, NIH, Bethesda, USA

Luisa Möhle, Daniele Mattei und Markus M. Heimesaat trugen gleichermaßen zur Arbeit bei. Ildiko R. Dunay und Susanne A. Wolf trugen gleichermaßen als Letztautoren bei.

Weitere Informationen:

http://Die Studie im Volltext (Open Access): http://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(16)30518-6

Vera Glaßer | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

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