Die Zusammensetzung des Darmmikrobioms während der Schwangerschaft hat langfristige Auswirkungen auf das Wachstum und die Entwicklung der Stammzellen der Nachkommen, berichten Forscher in der Fachzeitschrift Cell Stem Cell des Cell Press-Verlags. Die Behandlung trächtiger Mäuse mit einem gängigen Darmkeim führte bei den Nachkommen zu aktiveren Stammzellen sowohl im Gehirn als auch im Darmtrakt. Infolgedessen waren die Nachkommen weniger ängstlich und erholten sich schneller von einer Kolitis, und diese Unterschiede waren auch im Alter von 10 Monaten noch erkennbar.
Wechselwirkung zwischen Darmmikroben und fetalen Stammzellen
Wurden die Nachkommen nach der Geburt dem Mikroorganismus ausgesetzt, führte dies nicht zu derselben Stammzellaktivierung. Das Team zeigte, dass der Mikroorganismus das Stammzellwachstum beeinflusste, indem er die Häufigkeit anderer Darmmikroben veränderte und die mikrobielle Produktion von Metaboliten erhöhte, die die Plazenta passieren und das Wachstum und die Vermehrung von Stammzellen induzieren. „Dies ist ein großer Fortschritt bei der Entwicklung von auf Mikrobiota basierenden Interventionsstrategien zur Verbesserung der Gesundheit von Kindern“, sagt der leitende Autor Parag Kundu vom Institut Pasteur in Shanghai.
Die Forscher behandelten die trächtigen Mäuse mit Akkermansia muciniphila, einer häufigen Darmmikrobe, deren geringe Häufigkeit mit Fettleibigkeit, Diabetes und Lebersteatose in Verbindung gebracht wird. Frühere Studien haben gezeigt, dass das mütterliche Mikrobiom mit der Immunität, dem Stoffwechsel und der neurologischen Entwicklung der Nachkommen in Zusammenhang steht, aber wie Darmmikroben diese Prozesse beeinflussen, ist unklar. Da Stammzellen für die Steuerung von Wachstum, Entwicklung und Organreifung im frühen Leben verantwortlich sind, beschloss Kundus Team zu untersuchen, ob es während der Schwangerschaft eine Wechselwirkung zwischen Darmmikroben und fetalen Stammzellen gibt.
Zu diesem Zweck behandelten sie trächtige Mäuse mit Akkermansia muciniphila und stellten fest, dass die vorgeburtliche Exposition große Auswirkungen auf die Stammzellen der Nachkommen hatte. Die Nachkommen von Müttern, die Akkermansia ausgesetzt waren, hatten mehr Stammzellen im Gehirn und im Darm, und diese Stammzellen waren auch aktiver als die Stammzellen von Mäusen, die Akkermansia nicht in der Gebärmutter ausgesetzt waren. Diese Veränderungen in der Stammzellentwicklung hatten langfristige Auswirkungen auf das Verhalten und die Gesundheit der Mäuse. In Verhaltenstests waren die Nachkommen von Müttern, die Akkermansia ausgesetzt waren, weniger ängstlich und neugieriger. Sie erholten sich auch schneller von chemisch induzierten Darmentzündungen, da die Regeneration und der Umsatz der Darmepithelzellen schneller verliefen. Die Behandlung neugeborener Mäuse mit Akkermansia hatte nicht die gleiche Auswirkung auf die Stammzellentwicklung wie die pränatale Exposition.
Als sie die Nachkommen postnatal Akkermansia aussetzten, sahen die Forscher einige Unterschiede in der Differenzierung, aber nicht das gesamte Phänomen, das sie beobachteten, als die Mütter während der Schwangerschaft Akkermansia ausgesetzt waren. Deshalb glauben sie, dass diese Schwangerschaftsperiode entscheidend ist, und dass Mikrobiomveränderungen in dieser Zeit wirklich Wunder bewirken können. Die Wirkung scheint spezifisch für Akkermansia zu sein, da die Behandlung trächtiger Mäuse mit einer anderen Darmmikrobe, Bacteroidetes thetaiotaomicron, keinen Einfluss auf die Entwicklung der Stammzellen der Nachkommen hatte. Akkermansia konnte seine Wirkung jedoch nur in Gegenwart eines ansonsten komplexen Darmmikrobioms entfalten.
Übertragung dieser Erkenntnisse auf den Menschen ist von entscheidender Bedeutung
Das Team zeigte, dass Akkermansia die Häufigkeit anderer Arten von Darmmikroben veränderte und andere Darmmikroben dazu anregte, metabolisch aktiver zu werden, um größere Mengen an Stoffwechselprodukten wie kurzkettige Fettsäuren und Aminosäuren zu produzieren. Im Gegensatz zu Darmmikroben können diese Stoffwechselprodukte die Plazenta passieren, und sind dafür bekannt, das Zellwachstum und die Zellproliferation über ein Protein namens mTOR zu stimulieren. Als die Forscher trächtige Mäuse sowohl mit Akkermansia als auch mit Rapamycin, einem chemischen Stoff, der mTOR hemmt, behandelten, konnten sie keine Auswirkungen mehr auf die Stammzellen der Nachkommen feststellen. In Zukunft wollen die Forscher weiter untersuchen, wie Mikrobiom-Metaboliten Stammzellen beeinflussen.
Um zu testen, ob dieses Phänomen auch beim Menschen auftritt, planen sie, „humanisierte Mäuse“ zu erzeugen, indem sie menschliche Mikrobiota in Mäuse transplantieren, und menschliche Kohorten zu untersuchen, die während der Schwangerschaft Probiotika zu sich nehmen. Die Förderung der Gesundheit von Kindern ist weltweit eine große Herausforderung, und die Übertragung dieser Erkenntnisse auf den Menschen ist von entscheidender Bedeutung.
