Ein aktuelles Forschungsergebnis kommuniziert uns das unsere Ernährung kann die Struktur und Funktionalität unseres Darms verändern und unseren Stoffwechsel langfristig beeinflussen. Eine Studie, die von einem Team von Forschern an der ‚Carnegie Institution of Science‘ in den USA durchgeführt und in der Zeitschrift 'Developmental Cell' veröffentlicht wurde, unterstützt diese Ansicht.
Nahrungsnährstoffe lösen strukturelle Veränderungen in Körperorganen wie Darm und Eierstöcken aus, die den Stoffwechsel langfristig beeinflussen können, wie R. Obinsiki, M. Sieber und A. Spradling herausgefunden haben. Ihre Arbeit, die darauf abzielt zu verstehen, warum und wie solche ernährungsbedingten Veränderungen auftreten, wurde in der Zeitschrift ‚Developmental Cell‘ veröffentlicht, und basiert auf Experimenten mit Fruchtfliegen (Drosophila melanogaster). Drosophila ist ein Modellorganismus, der am besten geeignet ist, ernährungsinduzierte strukturelle Veränderungen zu untersuchen, die dem Menschen wahrscheinlich ähnlich sind.
Die Entwicklung, das Wachstum, die Regeneration und Fortpflanzung aller Tiere beruhen auf einer konstanten strukturellen und funktionellen Aufrechterhaltung seiner Gewebe und Organe. Die Homöostase der meisten erwachsenen Organe hängt von kleinen Populationen von gewebespezifischen Stammzellen ab, die sich selbst erneuern und gleichzeitig differenzierte Zellen erzeugen können, um die alten oder beschädigten zu ersetzen. Eines der am schnellsten erneuernden Gewebe ist der Dünndarm, schneller als alle anderen Gewebe im Körper der Wirbeltiere. Der Darm der Drosophila-Fliege ähnelt dem Darm der Säugetiere sowohl in der strukturellen Organisation, als auch in den Signalmechanismen, die für die Gewebehomöostase und -regeneration verantwortlich sind.
Der Darm von Drosophila und Säugetieren wird im gesamten Erwachsenenalter von intestinalen Stammzellen oder ISCs erhalten (Ohlstein B., Spradling A. 2006). Die ISCs befinden sich auf der basalen Oberfläche in direktem Kontakt mit der Basalmembran, die das Darmepithel von den umgebenden viszeralen Muskeln trennt. ISCs teilen sich asymmetrisch, um neue Stammzellen und transiente Vorläufer, sogenannte Enteroblasten (EBs), zu generieren. Die unreifen EBs verpflichten sich zur Differenzierung und produzieren absorbierende Enterozyten (ECs) und hormonausscheidende enteroendokrine (EEs) Zellen.
Was bedeutet das? Es zeigt sich, dass eine verminderte Nährstoffaufnahme, besonders in einem frühen Stadium des Lebens, ähnlich der cholesterinarmen Ernährung bei Fruchtfliegen, Veränderungen der Darmstruktur und des Stoffwechsels mit langfristigen Auswirkungen auslösen kann. Diese Veränderungen bleiben auch bei verschiedenen Diäten längere Zeit bestehen und können zu Stoffwechselproblemen führen. "Kinder, die von unterernährten Müttern geboren werden, haben oft im späteren Leben mit Fettleibigkeit zu kämpfen und unsere Ergebnisse könnten die Physiologie erklären, warum das passiert", erklärte Obniski.
Welche Bedeutung und Konsequenzen hat diese Studie? Wenn wir verstehen, wie sich die Nährstoffverfügbarkeit auf die Darmfunktion auswirkt, könnten wir Möglichkeiten finden, die Ernährung zu nutzen, um Krankheiten und sogar das Altern bei Erwachsenen zu verringern. Zum Beispiel hilft das Verständnis des signalgestützten Mechanismus, der dieser metabolischen Entwicklung zugrunde liegt, zu erklären, warum eine fettreiche Ernährung die Bildung bestimmter Arten von Darmkrebs fördern kann.
"Der Darm ist das Organ, das am meisten für den Ausgleich der lang- und kurzfristigen Bedürfnisse eines Organismus mit seiner Ernährungsumgebung verantwortlich ist", sagte Spradling. "Die Kraft der Fruchtfliege als Modellsystem ermöglicht es, einen der komplexen Mechanismen, die diese Bedürfnisse mit der Nahrung in Einklang bringen, auf mechanistischer Ebene zu verstehen, was in Säugetieren oder bei menschlichen Patienten sehr schwierig ist."
Man kann sich die Stammzellen als leere Vorlagen vorstellen, die schließlich so programmiert werden, dass sie entweder hormonproduzierende oder nährstoffverarbeitende Zellen werden. Die Autoren dieser Studie fanden heraus, dass diätetische Nährstoffe diese Programmierung beeinflussen, und je jünger die Tiere sind, desto stärker ist der Einfluss.
Das diätetische Cholesterin scheint besonders wichtig zu sein, da es in der Lage ist, die zelluläre Programmierung zu verändern, die die Produktion neuer spezialisierter Zellen aus Stammzellen vorantreibt. Die Wirkung von Cholesterin besteht darin, die Programmierung von mehr Stammzellen in hormonproduzierende Zellen statt in nährstoffbehandelnde Zellen zu beeinflussen. Umgekehrt führt die Verringerung von Cholesterin in der Nahrung zu mehr nährstoffabsorbierenden Zellen und weniger hormonproduzierenden Zellen. Darüber hinaus konnten die Autoren dieser Studie Signalwege, über die Cholesterin besagte Veränderungen der Zellschicksale vornimmt, abgrenzen und hervorheben. Dieser Mechanismus hängt mit der Art und Weise wie menschliche Darmzellen die Cholesterinproduktion regulieren stark zusammen.
Mehr Informationen: Rebecca Obniski et al, Dietary Lipids Modulate Notch Signaling and Influence Adult Intestinal Development and Metabolism in Drosophila, Dev. Cell (2018).
Autor: Sebastian I. Florescu