Lebensmittel wie Joghurt, Gemüsekonserven und abgepacktes Brot enthalten häufig Konservierungsstoffe, die die antimikrobiellen Eigenschaften von Substanzen wie Lantibiotika, einschließlich solcher, die Nisin ähneln, nutzen, um ihre Langlebigkeit und Sicherheit zu gewährleisten. Diese Zusatzstoffe sind zwar unerlässlich, um mikrobielles Wachstum zu verhindern, das zum Verderb führen kann, werden jedoch derzeit auf ihre umfassenderen Auswirkungen auf die Gesundheit untersucht, insbesondere auf ihre Wechselwirkungen mit dem menschlichen Darmmikrobiom. Jüngste Erkenntnisse von Forschern der University of Chicago deuten auf die doppelte Wirkung dieser Verbindungen hin, die sowohl schädliche Krankheitserreger als auch wichtige nützliche Bakterien im Darm bekämpfen können, was wichtige Fragen zu ihren langfristigen Auswirkungen auf die Verdauungsgesundheit und die mikrobielle Vielfalt aufwirft.
Untersuchungen zu einem weit verbreiteten Lebensmittelkonservierungsmittel, das für seine Fähigkeit bekannt ist, Krankheitserreger zu eliminieren, deuten darauf hin, dass es sich auch auf hilfreiche Bakterien auswirkt und eine Gefahr für das Gleichgewicht des Darmmikrobioms darstellt.
Um die Haltbarkeit von Lebensmitteln zu verlängern, verwenden Hersteller häufig Konservierungsstoffe in ihren Produkten. Diese Stoffe sollen Mikroorganismen beseitigen, die zu einer Verschlechterung der Lebensmittel führen können. Während herkömmliche Konservierungsstoffe wie Zucker, Salz, Essig und Alkohol schon seit langem verwendet werden, sind auf den Etiketten moderner Lebensmittel häufig unbekanntere Zusatzstoffe wie Natriumbenzoat, Calciumpropionat und Kaliumsorbat aufgeführt.
Bakterien produzieren Chemikalien, sogenannte Bakteriozine, um mikrobielle Konkurrenten abzutöten. Diese Chemikalien können als natürliche Konservierungsmittel dienen, indem sie potenziell gefährliche Krankheitserreger in Lebensmitteln abtöten. Lanthipeptide, eine Klasse von Bakteriocinen mit besonders starken antimikrobiellen Eigenschaften, werden in der Lebensmittelindustrie häufig verwendet und sind als „Lantibiotika“ (ein wissenschaftliches Wort für Lanthipeptid und Antibiotika) bekannt.
Trotz ihrer weit verbreiteten Verwendung ist jedoch wenig darüber bekannt, wie sich diese Lantibiotika auf das Darmmikrobiom von Menschen auswirken, die sie über die Nahrung zu sich nehmen. Mikroben im Darm leben in einem empfindlichen Gleichgewicht, und kommensale Bakterien bieten dem Körper wichtige Vorteile, indem sie Nährstoffe abbauen, Metaboliten produzieren und – was noch wichtiger ist – vor Krankheitserregern schützen. Wenn zu viele Kommensalen durch antimikrobielle Lebensmittelkonservierungsmittel wahllos abgetötet werden, könnten opportunistische pathogene Bakterien an ihre Stelle treten und Chaos anrichten – ein Ergebnis, das nicht besser ist, als überhaupt kontaminierte Lebensmittel zu essen.
Auswirkungen auf gute und schlechte Bakterien
Eine neue, in ACS Chemical Biology veröffentlichte Studie von Wissenschaftlern der University of Chicago ergab, dass eine der häufigsten Klassen von Lantibiotika starke Wirkungen sowohl gegen Krankheitserreger als auch gegen die Darmbakterien hat, die uns gesund halten.
Nisin ist ein beliebtes Lantibiotikum, das in allem verwendet wird, von Bier und Wurst bis hin zu Käse und Dip-Saucen. Es wird von Bakterien produziert, die in den Milchdrüsen von Kühen leben, aber auch Mikroben im menschlichen Darm produzieren ähnliche Lantibiotika. Zhenrun „Jerry“ Zhang, Ph.D., ein Postdoktorand im Labor von Eric Pamer, MD, dem Donald F. Steiner-Professor für Medizin und Direktor des Duchossois Family Institute an der UChicago, wollte die Auswirkungen solcher natürlich- produzierte Lantibiotika auf kommensalen Darmbakterien.
„Nisin ist im Wesentlichen ein Antibiotikum, das unserer Nahrung schon seit langem zugesetzt wird, aber wie es sich auf unsere Darmmikroben auswirken könnte, ist nicht gut untersucht“, sagte Zhang. „Obwohl es bei der Verhinderung einer Lebensmittelkontamination sehr wirksam sein könnte, könnte es auch größere Auswirkungen auf unsere menschlichen Darmmikroben haben.“
Er und seine Kollegen durchsuchten eine öffentliche Datenbank menschlicher Darmbakteriengenome und identifizierten Gene für die Produktion von sechs verschiedenen aus dem Darm stammenden Lantibiotika, die Nisin sehr ähneln, von denen vier neu waren. Dann stellten sie in Zusammenarbeit mit Wilfred A. van der Donk, Ph.D., dem Richard E. Heckert-Stiftungslehrstuhl für Chemie an der University of Illinois Urbana-Champaign, Versionen dieser Lantibiotika her, um ihre Wirkung sowohl auf Krankheitserreger als auch auf Kommensale zu testen Darmbakterien. Die Forscher fanden heraus, dass die verschiedenen Lantibiotika zwar unterschiedliche Wirkungen hatten, aber Krankheitserreger und Kommensalbakterien gleichermaßen abtöteten.
„Diese Studie ist eine der ersten, die zeigt, dass Darmkommenalen anfällig für Lantibiotika sind und manchmal empfindlicher als Krankheitserreger“, sagte Zhang. „Angesichts des derzeitigen Gehalts an Lantibiotika in Lebensmitteln ist es sehr wahrscheinlich, dass diese auch Auswirkungen auf unsere Darmgesundheit haben.“
Die Kraft der Lantibiotika nutzen
Zhang und sein Team untersuchten auch die Struktur der Peptide in den Lantibiotika, um ihre Aktivität besser zu verstehen und zu lernen, wie sie ihre antimikrobiellen Eigenschaften für einen guten Zweck nutzen können. In einer anderen Studie zeigte das Pamer-Labor beispielsweise, dass ein Konsortium aus vier Mikroben, darunter einer, der Lantibiotika produziert, dazu beiträgt, Mäuse vor antibiotikaresistenten Enterococcus- Infektionen zu schützen. Sie untersuchen auch die Prävalenz von Lantibiotika-resistenten Genen in verschiedenen Bevölkerungsgruppen, um besser zu verstehen, wie solche Bakterien den Darm unter verschiedenen Bedingungen und Diäten besiedeln können.
„Es scheint, dass Lantibiotika und Lantibiotika produzierende Bakterien nicht immer gut für die Gesundheit sind. Deshalb suchen wir nach Möglichkeiten, dem möglichen negativen Einfluss entgegenzuwirken und gleichzeitig ihre vorteilhafteren antimikrobiellen Eigenschaften zu nutzen“, sagte Zhang.
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