Bacteroides, der Teamplayer

Das hat sich bestimmt schon rumgesprochen: Bacteroides sind die angesehenen Bürger im Darm. Sie machen einen Großteil der Bevölkerung aus, und das ist gut so. Zusammen mit den Firmicutes stellen sie etwa 90 % der Darmbakterien, wobei ein Überschuss an Bacteroidetes im Allgemeinen als positiv angesehen wird. Manch einer fragt sich sogar besorgt, wie er die Firmicutes loswerden kann. Das würde der bestimmt nicht wollen, wenn er wüsste, wer sich dahinter alles verbirgt – aber das ist ein anderes Thema.

Angehörige der für den Stamm namensgebenden Gattung sind willkommene Kommensale im Darm, die uns und ihren bakteriellen Mitbewohnern viel Gutes tun können.

Bacteroides erscheint wenige Tage nach der Geburt im Darm, wenn Bifidobakterien ihre Vorbereitungen abgeschlossen haben. Die BAkterien verfügen über ein großes Genom mit einer Enzymausstattung, die so reichhaltig ist, dass es angeblich keine noch so verzwickte Zuckerverbindung gibt, die es nicht spalten kann. Das hat es uns voraus. Unser Stoffwechsel scheitert an diesen komplexen Molekülen. Deswegen sind sie ja Ballaststoffe. Auch vielen anderen Bakterien fehlen die nötigen Enzyme, aber Bacteroides füllt diese Lücken. Vielleicht nicht ganz freiwillig, aber schließlich ist es doch so was wie ein großer Logistikpartner im Darm und versorgt andere mit wichtigen Nährstoffen.

Teamplayer im Darm

Bacteroides thetaiotaomicron kann beispielsweise kein Quercetin abbauen (das ist ein häufig vorkommendes Polyphenol), während Eubacterium ramulus an schnöder Stärke scheitert. B. thetaiotaomicron baut die Stärke zu Maltose und Glucose ab und füttert E. ramulus damit. Das baut das Quercetin dann ab und macht es für uns nutzbar und produziert b´nebenbei noch Butyrat, das Futter für die Dickdarmzellen.

Bacteroides ist darauf spezialisiert, Glycane abzubauen. Die können aus der Nahrung stammen, von anderen Darmbakterien, oder von der Mucosa des Wirtes. Wenn pflanzliche Glycane knapp sind, knabbern sie auch gerne an der Mucosa. Das tut er aber mit weniger Umsicht und verursacht dadurch größere Einschläge. Durch die können dann opportunistisch Pathogene, wie er selbst oder E. coli die Darmbarriere überwinden. Also besser, man hält für die Kameraden immer einen kleinen Snack bereit.

Bacteroides schnürt Care-Pakete

Bacteroides gehört zu den Gram-negativen Bakterien, die statt einer total festen, autoreifenähnlichen Zellhülle zwei dünnere besitzen, zwischen denen sich ein Raum befindet, der ähnlich wie ein Flur genutzt werden kann. Dort befindet sich allerlei Zeug. Aus der äußeren Membran schnürt es gelegentlich kleine Bläschen ab, sogenannte „äußere Membranvesikel“ OMV, outer membrane vesicles). Das machen viele pathogene Bakterien und befördern auf diese Weise Virulenzfaktoren.

Im Fall von Bacteroides sind diese OMVs ein Kommunikationsmittel zwischen ihm, anderen Bakterien oder auch dem Wirt, diese Vesikel enthalten Enzyme, mit deren Hilfe andere Bakterien komplexe Moleküle abbauen können. Diese sogenannten Hydrolasen spielen eine entscheidende Rolle im Ökosystem des Darms. Sie unterstützen das Wachstum anderer Bakterien und sorgen dafür, dass nicht aus dem Takt gerät. Vor allem B. thetaiotaomicron und B. fragilis senden solche Care Pakete durch die Gegend.

Care Pakete ohne Büchsenöffner

Ganz uneigennützig tut Bacteroides das nicht. Er selbst verfügt über alle nötigen Enzyme und kann teilweise abgebaute Makromoleküle in seinem periplasmatischem Raum, dem „Flur“, in Sicherheit bringen. Wem die nötigen Transportproteine fehlen, und das scheinen viele zu sein, hat nicht davon.

Außerdem produziert Bacteroides verschiedene Bacteriocine. Das sind Zellgifte, die wie Pfeile die Zellwand durchbohren und andere Bakterien quasi aufspießen. Sich selbst schützt Bacteroides, indem es die eigenen Pfeile praktisch wieder zurückfängt, bevor sie seine Zelle schädigen können.

Wann und wo findet man Bacteroides?

Bacteroides erscheint im Mikrobiom der Neugeborenen einige Tage nach der Geburt. Bei Säuglingen, die nicht gestillt werden, gibt es mehr von ihnen als bei gestillten Säuglingen. Aber irgendjemand müssen die Bifidobakterien, die mit der Muttermilch gepusht werden, ja verdrängen. Aber auch Bacteroides kann die Polysaccharide der Muttermilch gut abbauen. Das ist ja schließlich seine Kernkompetenz 😉 .

Im Darm-Mikrobiom eines gesunden Kindes macht Bacteroides etwa 40 % der anwesenden Bakterien aus. Im Erwachsenenalter hängt ihr Anteil von verschiedenen Faktoren ab. Bei einer Ernährung, die reich an Ballaststoffen und/oder tierischem Protein ist, können sie sich gut vermehren.

Die Anwesenheit der Gattung Bacteroides allgemein wird mit tierischer Ernährung in Verbindung gebracht. Bei Vegetariern und Veganern dominiert aber B. thetaiotaomicron, während bei ihnen B. fragilis nicht so stark vertreten ist, wohl aber bei Allesfressern.

Wie sich gezeigt hat, gedeiht Bacteroides bestens bei „westlicher Ernährung“, die reich an Fett und Eiweiß ist. In den Darm-Mikrobiomen Nordamerikas und Europas dominieren jedenfalls Bacteroides. Ich hab auch schon mal gelesen, dass Bacteroides für den etwas moppeligen Phänotyp seiner Träger verantwortlich ist. Das passt natürlich prima zu seinem sagenhaften Talent, alle möglichen Ballaststoff zu Zucker zu verarbeiten. Da bleibt auch was für den Wirt übrig.

(Im Allgemeinen wird das Überwiegen von Bacteroidetes, dem Stamm, dem auch Bacteroides angehört und der sogar nach ihm benannt ist, als erstrebenswert angesehen. Dafür scheinen dann wohl eher andere Angehörige verantwortlich zu sein. )

Bacteroides kann auch pathogen sein

Solange sie im Darm sitzen, sind Bacteroides freundliche Kommensale. Aber wenn sie es durch die Darmwand ins Körperinnere schaffen, sind sie nicht mehr ganz so freundlich und verwandeln sich in opportunistische Pathogene. B. fragilis ist das häufigste Isolat aus Abszessen im Darmbereich.

Ungünstige Ernährung kann das Wachstum von Bacteroides übermäßig fördern und die Konkurrenz bedrängen. Ansonsten können Alter, Antibiotikabehandlungen, chirurgische Eingriffe, ein geschwächtes Immunsystem und eine gestörte Darmbarriere den Übertritt erleichtern.

Bacteroides kann Virulenzfaktoren verbreiten. B. fragilis produziert ein Toxin, das große Ähnlichkeit mit dem Tetanus- und Botulinumtoxin haben. B. fragilis findet an häufig im Umfeld verschiedener Erkrankungen, wie Colitis ulcerosa, Durchfall oder Bakterämie (Bakterien im Blut). Es hat sich ah gezeigt, dass B. fragilis wesentlich an der Entstehung von Darmkrebs beteiligt ist.

Auch bei Autoimmunerkrankungen kann B. fragilis eine Rolle spielen. Die werden oft durch bakterielle oder virale Proteine ausgelöst, die körpereigenen Proteinen ähneln. Einen solchen Fall von molekularer Mimikry hat man auch im Genom von B. fragilis entdeckt.

Nun zu den guten Eigenschaften der Kameraden

Bacteroides scheint eine wichtige Rolle bei der Immunmodulation des Wirts zu spielen. Die werden durch seine Kapsel-Polysaccharide vermittelt.

Manche Bakterien hüllen sich in eine Schleimhülle, die verschiedene Polysaccharide auf der Oberfläche trägt. Bacteroides verwendet acht solche Zuckerstoffe und einer davon, PSA, ist mittlerweile gut untersucht.

Bacteroides fragilis bindet mithilfe dieses Proteins an bestimmte Rezeptoren, TLR2, dessen Aufgabe es ist, pathogene Strukturen zu erkennen und für deren Eliminierung zu sorgen, auf der Zelloberfläche des Wirts. Dadurch entkommt es einer Immunantwort und ermöglicht die Besiedlung seiner Nische auf der Darmschleimhaut. Fehlen den Wirtszellen diese Rezeptoren, wird statt der friedlichen Besiedlung eine Immunantwort ausgelöst.

Verschiedene Bacteroides Arten produzieren auch reichlich kurzkettige Fettsäuren (SCFA), nämlich Propionat und Acetat. SCFA stärken die Darmbarriere und wirken entzündungshemmend. Und nicht zuletzt ist Bacteroides der wichtigste Produzent von Vitamin K, das zur Mineralisierung der Knochen beiträgt und vor Osteoporose schützt.

Quelle:

Zafar, Hassan, and Milton H Saier Jr. “Gut Bacteroides species in health and disease.” Gut microbes vol. 13,1 (2021): 1-20. doi:10.1080/19490976.2020.1848158