Neue Genomstudie mit B. longum subsp. longum von Morinaga Milk könnte die weite Verbreitung der Spezies in allen Altersgruppen erklären

TOKIO--(BUSINESS WIRE)--Bifidobacterium longum ist eine von einer Handvoll Spezies von Darmbakterien, die unter Menschen aller Altersgruppen weit verbreitet sind – Kleinkinder, Erwachsene und ältere Menschen.^1,2 Heute hat Morinaga Milk Industry Co. Ltd. (TOKYO:2264), eines der führenden japanischen Molkereiunternehmen, die Ergebnisse einer bahnbrechenden neuen Genomstudie bekanntgegeben, die in Zusammenarbeit mit dem SFI Research Centre APC Microbiome Ireland durchgeführt wurde und diese Verbreitung erklären könnte.

Im menschlichen Darm lebt eine Ansammlung von Mikroben (Mikrobiom), die eine integrale Rolle für die menschliche Gesundheit spielen. Sie helfen uns bei der Verdauung, bei der Produktion bestimmter Vitamine und bei der Regulierung unseres Immunsystems und fungieren als Schutz gegen pathogene Bakterien. Die aktuelle Studie hat gezeigt, dass eine Spezies von Bakterien, B. longum subsp. longum, bei ihren Genen eine große Vielfalt aufweist. Das erhöht ihre Stärken im Wettbewerb innerhalb des Darmklimas, denn ihr Genom passt sich jeweils der sich ändernden Ernährung jeder Generation an. Außerdem legt die Studie nahe, dass B. longum subsp. longum zwischen Verwandten in großem Maße übertragen wird, und dass eine derartige Übertragung nicht nur zwischen Müttern und Kleinkindern stattfindet, wie man bisher gedacht hatte, sondern auch zwischen anderen Familienmitgliedern und sogar über drei Generationen hinweg.³

Überblick zur Studie
Für die Studie wurden insgesamt 453 Stuhlproben von gesunden Personen aus Japan im Alter von 0 bis 104 Jahren gesammelt. Damit sollten die im Darm vorhandenen Bakterienspezies gemessen werden. Insgesamt wurden 871 verschiedene Bakterienspezies entdeckt (Abb. 1). Nur drei Spezies (Blautia wexlerae, Streptococcus salivarius und Bifidobacterium longum) wurden generationsübergreifend bei mehr als 50 % der Versuchspersonen gefunden.

An diesem Ergebnis zeigt sich die weite Verbreitung von B. longum unter den menschlichen Altersgruppen. Um den Mechanismus zu ermitteln, aufgrund dessen eine bestimmte Spezies so allgegenwärtig ist, hat Morinaga in Zusammenarbeit mit dem SFI Research Centre APC Microbiome Ireland an der National University of Ireland in Cork eine komparative Genomanalyse mit verschiedenen Stämmen von B. longum subsp. longum durchgeführt, um die genetischen Unterschiede zwischen aus Menschen unterschiedlichen Alters isolierten Stämmen bestimmen zu können.

Stämme von B. longum subsp. longum in sieben Cluster getrennt
Vergleichende Analysen mit 145 Vertretern von B. longum, die von japanischen Versuchspersonen gewonnen wurden, u. a. 32 öffentlich verfügbare Genome, haben gezeigt, dass Stämme von B. longum subsp. longum je nach dem Vorhandensein von Prophage (d. h. Virusmaterial) und/oder eines Megaplasmids (d. h. genetischen Materials, das außerhalb des Bakterienchromosoms vorhanden ist) in sieben Cluster aufgeteilt werden können.

Es wurde kein Zusammenhang zwischen isolierten Stämmen und dem Alter der Person beobachtet, obwohl ein signifikanter Zusammenhang zwischen der Anzahl der identifizierten Gene, die in den Stämmen vorhanden sind, und dem Alter der Person gefunden wurde. Das deutet darauf hin, dass aus jüngeren Personen isolierte Stämme von B. longum subsp. longum im Vergleich zu solchen von älteren Personen durchschnittlich eine höhere Zahl von Genen aufweisen. Die Forscher stellten weitere Untersuchungen an, um in jedem aus verschiedenen Altersgruppen isolierten Stamm Gene zu ermitteln, und in der Folge wurden die Genfamilien in vier Gruppen unterteilt: Genfamilien vor allem bei Kleinkindern, Erwachsenen oder älteren Menschen sowie Gene, bei denen sich kein Zusammenhang mit dem Alter der Personen gezeigt hat (Abb. 2).

Bei Kleinkindern auftretende Stämme mehr an die Verwertung von Kohlenhydraten in menschlicher Muttermilch angepasst
Die Forscher fanden häufig Stämme in B. longum subsp. longum von jüngeren Personen, die einen genetischen Code aufweisen, der mit der Verwertung von Zucker zusammenhängt – u. a. der Zuckerart Sialinsäure, einem der Bestandteile humaner Milch-Oligosaccharide (HMOs), wie sie in der Muttermilch auftreten. Diese Eigenschaft könnte eine Anpassungsstrategie von B. longum sein, um das Klima im Darm des Kleinkinds durch Verwertung von Bestandteilen der Muttermilch zu überleben.

Bei älteren Menschen auftretende Stämme besser an die Verwertung nicht löslicher Fasern angepasst, wie sie in Gemüse auftreten
Die Forscher haben außerdem eine hohe Anzahl von Stämmen in B. longum subsp. longum beobachtet, die aus älteren Personen gewonnen wurden und einzigartige genetische Informationen enthalten, von denen man annimmt, dass damit extrazelluläre α-L-Arabinofuranosidasen (Arabinofuranosidase-Cluster2 in Abb. 2) kodiert werden. Diese Enzyme sind in der Lage, komplexe Zuckerarten aufzuspalten, die in pflanzlichem Material vorhanden sind – etwa Gemüse und Getreidearten, die alle einen hohen Anteil an unlöslichen Fasern enthalten. Ältere Japaner essen Berichten zufolge viel mehr Gemüse als jüngere⁴. Diese genetische Eigenschaft bei der Verdauung faserhaltiger Nahrungsmittel könnte also dafür sorgen, dass B. longum im Darm älterer Menschen überlebt.

Außerdem wurden zwei Cluster von Genen, an denen zu ersehen ist, wie Bakterien auf Umweltbelastungen reagieren, in hoher Anzahl in Stämmen von B. longum subsp. longum gefunden, die aus älteren Personen isoliert wurden, u. a. das Hitzeschockprotein HSP20.^5. Hitzeschockproteine werden produziert, damit ein Organismus besser auf Stress wie etwa starke Hitze, Sauerstoffmangel und Hunger reagieren kann. Es ist davon auszugehen, dass Stämme, die auf Stress reagieren können, sich besser anpassen und überleben können.

Bestimmte Stämme wurden zwischen Vater und Kind, Mann und Frau und sogar über drei Generationen hinweg übertragen
Mehrere Stämme von B. longum subsp. longum, die aus vielen verschiedenen Mitgliedern der gleichen Familie isoliert wurden, haben nachweislich im Grunde einen identischen genetischen Inhalt. Dieses Ergebnis legt nahe, dass diese Stämme zwischen verschiedenen Familienmitgliedern übertragen wurden und nicht nur zwischen Mutter und Kind, wie es bisher berichtet wurde.⁶

„Es ist ein bemerkenswertes Ergebnis, dass nicht nur die Übertragung zwischen Mutter und Kind beobachtet wurde, sondern auch zwischen Vater und Kind und sogar zwischen Mann und Frau“, erklärte Dr. Toshitaka Odamaki, Leiter der Abteilung Mikrobiomforschung am Next Generation Science Institute von Morinaga und Forschungsleiter der Studie. „Dies ist also der erste Bericht über einen bestimmten Stamm der Darmflora, der anscheinend über drei Generationen einer Familie hinweg übertragen wurde – beispielsweise zwischen Großmutter, Mutter und Kleinkind“, sagte er weiter.

„Wir nehmen an, dass diese Vielfalt von Genen und das hohe Übertragungsniveau der Bakterienspezies innerhalb von Familien die Überlebensstrategie von B. longum subsp. longum ist, und dass es für die weite Verbreitung unter den Altersgruppen entscheidend ist“, erläuterte Dr. Odamaki. „Dieser Bericht könnte als vielversprechende Grundlage für zukünftige Forschung dienen, mit der die besten Kandidaten für Probiotika in allen Hauptlebensphasen ermittelt werden können“, sagte er weiter.

„APC Microbiome Ireland interessiert sich sehr dafür, wie sich das menschliche Mikrobiom im Laufe der Lebensphasen als Reaktion auf verschiedene Umweltfaktoren wie Ernährungsweise, Antiobiotikaeinnahme und Stressniveau verändert“, sagte Prof. Douwe van Sinderen, Projektleiter bei APC Microbiome Ireland. Er betonte außerdem die Attraktivität einer derartigen gemeinsamen wissenschaftlichen Arbeit: „Es war ein besonders fruchtbares und dankbares Gemeinschaftsprojekt mit dem Branchenpartner Morinaga, denn wir konnten unsere sich ergänzenden Kompetenzen und Kenntnisse zusammenbringen. So konnten wir Einblicke schaffen, die wir alleine sonst nicht hätten gewinnen können.“

Dr. Odamaki von Morinaga erläuterte diese Ergebnisse auf dem IPA World Congress + Probiota Barcelona, der vom 7. bis 9. Februar 2018 in Barcelona, Spanien, stattfand.

Über Morinaga
Morinaga Milk Industry Co., Ltd. ist eines der führenden Molkereiunternehmen in Japan. Morinaga begann in den 1960er Jahren mit Forschungsarbeiten zu Bifidobakterien und ließ sich dabei von der Tatsache leiten, dass Bifidobakterien die überwiegende Bakterienart im Darm gestillter Säuglinge sind. 1969 gelang es Morinaga, seinen erfolgreichsten Bakterienstamm, Bifidobacterium longum BB536, bei einem Säugling zu isolieren. Morinaga zeichnet sich durch seine innovativen Technologien aus und bietet Kunden in der ganzen Welt verschiedene Molkereiprodukte und funktionale Inhaltsstoffe an.

ÜBER APC MICROBIOME IRELAND
APC Microbiome Ireland (APC; http://apc.ucc.ie) ist ein weltweit führendes Forschungsinstitut, das im Jahr 2003 mit einer Finanzierung der Science Foundation Ireland und in Verbindung mit wichtigen Branchenpartnern gegründet wurde. Es steht für eine nahtlose Zusammenarbeit zwischen dem University College Cork und Teagasc (der irischen Behörde für Landwirtschaft und Lebensmittelentwicklung). Es ist allgemein anerkannt, dass die Darmflora eine wichtige Rolle für die menschliche Gesundheit spielt. Dies ist zu einem der dynamischsten, komplexesten und spannendsten Forschungsgebiete sowohl im Nahrungsmittel- als auch im Pharmabereich geworden. Im Laufe des letzten Jahrzehnts konnte sich das APC als eines der weltweit führenden Zentren für die Forschung zur Darmflora etablieren. Das APC hat mehrere wegweisende Entdeckungen gemacht, über 1.700 Forschungsartikel in von Fachleuten geprüften Zeitschriften veröffentlicht und für viele Titelgeschichten und damit zusammenhängende Leitartikel gesorgt. Das APC besteht aus über 300 Einzelpersonen, den von den Partnerinstituten finanzierten wissenschaftlichen Forschungsleitern (der APC-Fakultät), dem Leitungsteam, einer speziellen Gruppe von Forschern, wissenschaftlichen Mitarbeitern und Doktoranden.

Literatur
1.	Turroni et al., Applied and environmental microbiology (2009)
2.	Francoise Gavini, Microb. Ecol. Health Dis (2001)
3.	Odamaki et al., Scientific Reports (2018)
4.	National Health and Nutrition Survey 2015
5.	Ventura et al., Appl. Environ. Microbiol (2007)
6.	Makino et al., Appl. Environ. Microbiol (2011)

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