TMAO – und die Darmbakterien sind schuld

TMAO ist die jüngste Sau, die auf der Jagd nach den Ursachen für Herz-Kreislauf-Erkrankungen und andere Zivilisationskrankheiten durch’s Dorf gejagt wird. Und die Darmbakterien sollen einen nicht unerheblichen Beitrag zur Belastung mit dieser Verbindung leisten. Mal sehen.

Was ist TMAO?

TMAO steht für Trimethylamin – N – Oxid. Es ist ein sogenanntes Aminoxid. Es ist polar, gut wasserlöslich und dient in marinen Tieren als Osmolyt, hält also den Ionenhaushalt in Takt, oder Frostschutzmittel, wenn die Tiere in kalten Gewässern leben. Außerdem stabilisiert es Proteine bei hohem Druck und hält ihre Funktion aufrecht.

Man kennt das Molekül seit langem, hielt es aber für ein bedeutungsloses Abfallprodukt des Stoffwechsels. Und erst vor etwa zehn Jahren kam der Verdacht auf, es könne an der Entstehung oder dem Fortschreiten von Herz-Kreislauf – Erkrankungen beteiligt sein. Mittlerweile gibt es unzählige Studien, die Zusammenhänge zwischen hohem TMAO Werten und eben diesen Erkrankungen belegen.

Was macht TMAO?

Ein hoher TMAO Blutwert wird mit einer Menge gesundheitlicher Probleme in Verbindung gebracht: Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Bluthochdruck, Diabetes, Nierenerkrankungen, Krebs – oder einfach der allgemeinen Gesamtsterblichkeit.

Oft kennt man den Wirkmechanismus nicht. Im Fall von Herz-Kreislauf-Erkrankungen hat man aber ein genaues Bild davon, auf welche Weise TMAO sich auswirkt.

Es fördert die Umwandlung von Makrophagen, Fresszellen des Immunsystems, zu sogenannten Schaumzellen, die massenweise Cholesterin und andere fetthaltige Substanzen einlagern. Dadurch kommt es zu Verdickungen der Gefäßwand. Ein erster Schritt zur Arterienverkalkung.

Es aktiviert Angiotensin und führt dadurch zu einer Verengung der Gefäßwände.

TMAO stört den reversiven Cholesterintransport aus den Geweben in die Leber. Dadurch steigt das schlechte Cholesterin, meinen einige Autoren. Andere finden das gut, weil so mehr Cholesterin mit dem Kot ausgeschieden wird.

Mit dem TMAO Spiegel steigt die Ausschüttung entzündungsfördernder Zytokine, während die entzündungshemmender sinkt.

TMAO stört die Funktion der Mitochondrien im Herzen – und da gibt es besonders viele, weil es dort sehr viel zu tun gibt.

Indirekt stört es auch die Funktion der Nieren.

Kochsalz, heißt es, würde die Wirkung von TMAO noch verstärken.

Wo kommt es her?

Wie bereits erwähnt schützt TMAO Meerestiere vor den widrigen Umständen ihres Lebensraumes. In Seefisch und Meeresfrüchten ist es deshalb reichlich enthalten. Der gesunde Seefisch wäre dann vielleicht gar nicht mehr so gesund.

TMAO können wir aber oft ach selbst herstellen. Dazu benötigen wir die Vorstufe Trimtethylamin, oder kurz TMA, die von verschiedenen Darmbakterien aus bestimmten Vorstufen hergestellt wird. Dazu besitzen die Darmbakterien bestimmte Enzyme, mit deren Hilfe sie auf drei verschiedenen Wegen eine Vorstufe von TMAO, TMA herstellen. Insgesamt hat man in menschlichen Darm-Mikrobiomen an die 90 Arten gefunden, die über solche Enzyme verfügen. Die Bakterien benötigen dazu in erster Linie Cholin, Carnitin und Betain. Das sind sehr ähnliche Moleküle, die wir mit der Nahrung aufnehmen.

Cholin

Cholin ist ein Bestandteil tierischer Zellmembranen und kommt zum Beispiel als Teil des Emulgators Lecithin daher. Es ist in Fisch, Innereien, Eiern und rotem Fleisch reichlich enthalten. Cholin können wir zwar selbst herstellen, der Bedarf kann die Syntheseleistung aber leicht übersteigen. Deswegen wird Cholin als vitaminähnliche Substanz eingestuft. Es ist nicht lange her, da hat man noch den Verzehr cholinhaltiger Lebensmittel zum Schutz der Leber empfohlen. Manche Autoren meinen auch heute noch, dass Eier gar nicht so gefährlich sind, weil die Resorption von Cholin schon früh, im Dünndarm stattfindet und nach dem Verzehr von Eiern der TMAO Spiegel zwar steigt, die Effekte aber nicht lang andauern.

Carnitin

Carnitin erfüllt eine wichtige Funktion bei der Fettverbrennung, denn es transportiert freie Fettsäuren, die es nie alleine über eine Membran schaffen würden, in das Innere der Mitochondrien, wo die Verbrennung stattfindet. Carnitin ist reichlich in rotem Fleisch enthalten, weniger in weißem Geflügel. Wegen seiner Funktion im Fettstoffwechsel ist Carnitin ist auch als sogenannter Fatburner als Nahrungsergänzungsmittel erhältlich. Das könnte dann gefährlich sein, denn man würde damit auch die TMA Synthese steigern. Es gibt aber Experten, die meinen, Carnitin sei keine wichtige Quelle für TMA.

Ach ja – der letzte Schritt: TMA aus bakterieller Produktion wird resorbiert und in die Leber transportiert. Dort werden bestimmte Enzyme aktiv, die Flavin-Monooxygenasen (FMO), die das TMA zu TMAO umsetzen. Ob und wie viel TMAO dann wirklich entsteht, ist individuell sehr unterschiedlich. Es hängt zum einen von der Zusammensetzung der Darmflora ab. Wer viel Carnitin, Cholin oder Betain (das seinen Namen übrigens von der Rübe hat. Die Vorstufen kommen auch in pflanzlicher Nahrung vor), züchtet in seinem Darm TMA Produzenten.

Ein weiterer Faktor ist noch der persönliche Leberstoffwechsel, den die FMOs sind substratinduziert und werden nur produziert, wenn sie auch gebraucht werden.

Ein Test mit Veganern, die sich freundlicherweise dazu bereit erklärt hatten, Eier zu verspeisen, zeigte, dass bei ihnen der TMAO Spiegel im Blut, im Vergleich zu omnivoren „Allesfressern“, nicht anstieg.

Und dann gibt es schon eine Publikation, die meint, nicht TMAO, sondern TMA wäre die eigentlich gefährliche Substanz. Damit wären Seefisch und Meeresfrüchte, die TMAO enthalten, dann wieder aus dem Schneider.

Welche Darmbakterien machen TMA?

Darmbakterien synthetisieren TMA aus Cholin mithilfe des Cholin Utilization Clusters, CutC/D. Das sind vor allem Firmicutes, Actinobakterien und Proteobakterien.

Auch aus Carnitin können Darmbakterien TMA produzieren, wenn sie über CntA/B verfügen. Das können wohl nur Proteobakterien.

Über Proteobakterien wird wenig berichtet. Sie sind mengenmäßig unbedeutend und vermehren sich bei „westlicher Ernährung“.

Die wichtigsten TMA Produzenten im menschlichen Darm sind verschiedene Clostridien (die zu den Firmicutes gehören) und Gamma-Proteobakterien.

Bacteroidetes müssen hier übrigens passen. Sie können kein TMA bilden.

Die TMA Produzenten im Darm stellen mengenmäßig nur eine winzige Gruppe von etwa 0,15 % der gesamten Population, können den TMAO Spiegel im Blut aber ordentlich anheben.

Quellen:

Krueger, Emily S et al. “The Accumulation and Molecular Effects of Trimethylamine N-Oxide on Metabolic Tissues: It’s Not All Bad.” Nutrients vol. 13,8 2873. 21 Aug. 2021, doi:10.3390/nu13082873

Li, Doudou et al. “Gut microbiota-derived metabolite trimethylamine-N-oxide and multiple health outcomes: an umbrella review and updated meta-analysis.” The American journal of clinical nutrition vol. 116,1 (2022): 230-243.