Aktivierung polyphenolischer Pflanzeninhaltsstoffe durch Darmbakterien des Menschen

Projektleitung:  Dr. Annett Braune
Mitarbeitende: Dr. Tobias Goris, Anke Gühler, Sabine Schmidt

Abb. 1: Uns ist es gelungen, das humane Darmbakterium Catenibacillus scindens erstmalig zu isolieren und detailliert zu beschreiben. Es besitzt die Fähigkeit, C- und O-gekoppelte Polyphenolglucoside zu spalten. Lichtmikroskopische Aufnahme nach Gram-Färbung. (© DIfE)

Polyphenole stellen eine bedeutende Klasse von sekundären Pflanzeninhaltsstoffen dar, die der Mensch mit pflanzenbasierten Nahrungsmitteln, Getränken und Nahrungsergänzungsmitteln aufnimmt. Epidemiologische, präklinische und klinische Studien sprechen dafür, dass polyphenolische Substanzen bei einer Reihe von stetig zunehmenden Krankheiten, wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Typ-2-Diabetes, Adipositas und Krebs, präventiv wirken können.

Der größte Teil der aufgenommenen Polyphenole wird im Dünndarm nur mäßig resorbiert oder gelangt nach der Resorption über den enterohepatischen Kreislauf wieder in den Darm. Demzufolge erreichen große Mengen dieser Substanzen den Dickdarm mit seiner hohen Bakteriendichte. Dort können die Polyphenole einerseits die Zusammensetzung der vorhandenen mikrobiellen Gemeinschaft beeinflussen, indem sie das Wachstum bestimmter Arten hemmen oder fördern. Andererseits besitzen Darmbakterien die Fähigkeit, polyphenolische Substanzen zu transformieren, was zu deren Bioaktivierung führen kann. Auf diese Weise können die beteiligten Bakterienarten zu den beschriebenen Wirkungen der aufgenommenen Polyphenole beitragen. Über die Bakterien, welche für die Umsetzung von Polyphenolen verantwortlich sind und ihre entsprechenden Enzyme ist bisher wenig bekannt, obwohl diese bakteriellen Aktivitäten zu unterschiedlichen Polyphenol-metabolisierenden Phänotypen des Wirts beitragen.

Unser Ziel ist es, Polyphenol-transformierende Bakterien in der menschlichen Darmmikrobiota zu identifizieren, was auch die Isolierung neuer Bakterienarten einschließt (Abb. 1). Weiterhin arbeiten wir an der Aufklärung der zu Grunde liegenden Umsetzungswege für relevante Polyphenole sowie an der Charakterisierung der beteiligten bakteriellen Enzyme. Unsere Untersuchungen sollen zeigen, welche Bakterienarten im menschlichen Darm für die Bioaktivierung der aufgenommenen Polyphenole verantwortlich sind und wie sie zur Ausprägung der beobachteten interindividuellen Unterschiede bei der Umsetzung dieser gesundheitsrelevanten Pflanzeninhaltsstoffe beitragen.

Weiterhin beschäftigen wir uns im Rahmen des EU-Verbundprojektes SynBio4Flav (Synthetic Biology for the Production of Flavonoids) mit der biotechnologischen Produktion von bioaktiven Flavonoiden. Die Flavonoide stellen eine bedeutende Gruppe innerhalb der Polyphenole dar. Wir untersuchen hauptsächlich Flavonoid-modifizierende Enzyme aus Bakterien, die im menschlichen Darm vorkommen. Diese neuartigen Enzyme sollen perspektivisch in synthetischen mikrobiellen Konsortien zur Produktion von hochwertigen Flavonoiden eingesetzt werden.