Wissensvorsprung

Darmmikrobiom mit Arznei- und Nahrungsmitteln im Cross-Talk

Die Ernährung ist einer der wichtigsten exogenen Faktoren, die das Darmmikrobiom formen. Doch nicht nur Lebensmittel, auch Medikamente wirken sich auf Zusammensetzung und Funktionen des Mikrobioms aus.1 Diese Beziehung ist bidirektional, denn Billionen von enteralen Mikroorganismen sezernieren eine Vielzahl von Enzymen, die in der Lage sind, verschiedene Medikamente zu metabolisieren.2 Bis heute wurden mindestens 30 kommerziell erhältliche Medikamente als Substrate für die bakteriellen Enzyme identifiziert.2 Auch manche Prodrugs werden erst durch die mikrobielle Aktivität im Darm in eine pharmakologisch aktive Substanz umgewandelt.2 Daher ist heute zunehmend akzeptiert, dass die Darmmikrobiota die Bioverfügbarkeit, Pharmakokinetik und Wirksamkeit, aber auch unerwünschte Wirkungen von Medikamenten beeinflussen kann.2

Das Interesse an der Erforschung von Wechselwirkungen zwischen humanem Mikrobiom und Arzneimitteln ist groß. Vor etwa 10 Jahren wurde im Rahmen des Human Microbiome Projects erstmals von „Pharmacomicrobiomics“ gesprochen.3 Diese Forschungsrichtung befasst sich mit der Interaktion zwischen Xenobiotika – also körperfremden Substanzen – und dem Darm-Mikrobiom.3 Kürzlich wurde dazu eine viel beachtete Studie im Fachjournal „Nature“ publiziert, die zeigte, dass nahezu jedes vierte in der Humanmedizin eingesetzte Medikament das Wachstum von Darmbakterien hemmt.4

Fast jedes 4. Medikament hemmte das Bakterienwachstum

Wissenschaftler des European Molecular Biology Laboratory (EMBL) in Heidelberg, einer der renommiertesten Forschungseinrichtungen weltweit, untersuchten den Einfluss von etwa 1.000 Medikamenten auf das menschliche Mikrobiom im Darm.4 Dreiviertel (835) waren nicht-antibiotische Human-Arzneimittel aus allen wichtigen therapeutischen Klassen. Bei den übrigen handelte es sich um Antiinfektiva, und zwar 156 verschiedene Antibiotika und 88 Substanzen, die gegen Pilze, Viren oder Parasiten wirksam sind.4 In einem systematischen in-vitro-Screening wurden 40 repräsentative Darmbakterienstämme den einzelnen Substanzen jeweils in Konzentrationen ausgesetzt, wie sie vermutlich in vivo im Darm erreicht werden.

Erwartungsgemäß hemmte ein Großteil der getesteten Antibiotika (78 %) das Wachstum von mindestens einer Darmbakterienspezies.4 Dabei handelt es sich um einen weitgehend bekannten „Kollateralschaden“ einer Antibiose.5 Überraschend jedoch war die Tatsache, dass 24 % (203) der nicht-antibiotischen Medikamente aus allen wichtigen Indikationsbereichen ebenfalls gegen mindestens eine Bakterienart wirksam waren.4 Dabei hemmten Krebsmedikamente, Hormone und Psychopharmaka die Darmbakterien stärker als andere Medikamente.4 40 Substanzen waren sogar gegen mindestens zehn verschiedene Keime wirksam. Bakterienarten, welche bei gesunden Individuen häufiger und in größerer Dichte vorkommen, waren zudem signifikant anfälliger für die getesteten Arzneimittel.4 Noch ist völlig ungeklärt, wie die chemisch sehr unterschiedlichen Medikamente das Bakteriumwachstum blockieren.

Zusammenspiel von Metformin und Ballaststoffen

Dass Arzneimittel auch positive Effekte auf das Mikrobiom ausüben, wurde u.a. für Metformin gezeigt.6 Metformin ist eines der wichtigsten oralen Antidiabetika zur Behandlung von Typ-2-Diabetes. Metformin scheint die Zahl einer mucinabbauenden Bakterienart (Akkermansia muciniphila) sowie mehrerer Bakterienarten, die kurzkettige Fettsäuren (short-chain fatty acid, SCFA) produzieren, zu erhöhen. Die Forscher vermuten, dass SCFAs wie Butyrat und Propionat die therapeutischen Effekte von Metformin wie Verbesserung der Insulinsensitivität und Gewichtsabnahme vermitteln.6 An dieser Stelle kommt die Ernährung ins Spiel, denn für die Bildung von SCFAs werden Ballaststoffe benötigt. Tatsächlich hat eine Studie über diätetische Interventionen gezeigt, dass die Gewichtsabnahme bei Metformin-Anwendern positiv mit einer höheren Ballaststoffaufnahme, aber nicht mit der Gesamtkohlenhydrataufnahme assoziiert ist.7 So können bestimmte Nahrungsbestandteile oder Präbiotika Veränderungen im Darmmikrobiom induzieren und dadurch Arzneimittelwirkungen modulieren. Da die Rolle des Darmmikrobioms bei der Interaktion von Nahrungsmitteln erst in den letzten Jahren erforscht wurde, werden wahrscheinlich noch viele weitere Aspekte in Zukunft entdeckt werden.2


Quellen
1. Smollich M, Podlogar JA. Wechselwirkungen zwischen Arzneimitteln und Lebensmitteln. 1. Aufl. Stuttgart: WVG Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft; 2016.
2. Koziolek M, Alcaro S, Augustijns P, et al. The mechanisms of pharmacokinetic food-drug interactions - A perspective from the UNGAP group. Eur J Pharm Sci 2019;134:31–59.
3. Rizkallah M, Saad R, Aziz R. The human microbiome project, personalized medicine and the birth of pharmacomicrobiomics. CPPM 2010;8(3):182–93.
4. Maier L, Pruteanu M, Kuhn M, et al. Extensive impact of non-antibiotic drugs on human gut bacteria. Nature 2018;555(7698):623–8.
5. Blaser MJ. Antibiotic use and its consequences for the normal microbiome. Science 2016;352(6285):544–5.
6. Vallianou NG, Stratigou T, Tsagarakis S. Metformin and gut microbiota: their interactions and their impact on diabetes. Hormones (Athens). 2019;18(2):141-144.
7. Sylvetsky AC, Edelstein SL, Walford G, et al. A high-carbohydrate, high-fiber, low-fat diet results in weight loss among adults at high risk of type 2 diabetes. J Nutr 2017;147(11):2060–6.

Bildquelle: © StockPhotoPro / stock.adobe.com

Wissenschaftsnews