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Lachnospiraceae sind ein aufstrebender Bakterienclan und die Anzahl ihrer Mitglieder steigt rasant. Im Jahr 2014 kannte man 24 Gattungen, neun Jahre später waren es schon 118 mit insgesamt knapp 2000 bekannten Arten. Lachnospiraceae sind eine Familie anaerober, Gram-positiver Bakterien, die den Clostridien nahestehen. Sie besiedeln verschiedene Ökosysteme, manche sind frei lebend, andere Darmbakterien in Menschen, Mäusen, Wiederkäuern oder Insekten. Beim Menschen machen sie 10%–45% der Bakterien im Stuhl aus. Sie besiedeln schon Säuglinge und fühlen sich im Darm von Höchstbetagten wohl. Blautia oder Roseburia sind bekannte Mitglieder des darmbewohnenden Zweigs dieser Familie.
Freilebende Lachnospiraceae leben in sauerstofffreien Bodenschichten, Abwasser, antarktischem grünem Schnee (ein Phänomen, bei dem mikroskopisch kleine Algen auf dem Schnee der antarktischen Halbinsel blühen und ihn grün färben) und heißen Quellen am Meeresboden.
Lachnospiraceaea mögen Polysaccharide
Lachnospiraceae leben vom Abbau von pflanzlicher Biomasse, aus der sie Polysaccharide, Proteine und aromatische Verbindungen beziehen und vergären. Sie können viele verschiedene Zuckerverbindungen abbauen, aber nicht jeder alles und so kann man sie auch ziemlich leicht aus ihrer Umgebung anreichern, wenn man ihnen ihren Spezialzucker anbietet.
Zellulose ist ein wichtiger Bestandteil von pflanzlicher Biomasse und Lachnospiraceae sind die Spezialisten, die sie im Boden oder Verdauungstrakt von Wiederkäuern abbauen. Manche von ihnen sind „pektinophil“ und fermentieren Pektin, ein pflanzliches Polysaccharid. Faecalibacterium prausnitzii schätzt besonders das Pektin aus Äpfeln.
Aber andere Familienmitglieder vergären Proteine, Kohlenwasserstoffe oder aromatische Verbindungen, wie beispielsweise Polyphenole.
Lachnospiraceae produzieren für die Industrie
Die Mitglieder dieser Bakterienfamilie produzieren verschiedene Substanzen, die für Medizin und Industrie interessant sind.
Manche vergären Cellulose zu Ethanol, andere produzieren mittelkettige Fettsäuren aus Pentosen. Das sind Zuckerstoffe, die in organischem Material reichlich vorkommen. Für die Fettsäuren interessiert sich wiederum die petrochemische Industrie als Brennstoff. Wasserstoff können Lachnospiraceae auch produzieren. Damit liefern sie ein Substrat für Methanbildner.
Im Darm liefern sie begehrte bakterielle Metabolite
Als Darmsymbionten fermentieren sie Ballaststoffe, aber auch andere Verbindungen, wie Aminosäuren, zu kurzkettigen Fettsäuren. Neben den Ruminokokken sind sie die wichtigsten Butyratproduzenten. Propionat können sie auch. Das macht satt und wirkt sich positiv auf den Cholesterinspiegel und viszerales Fett aus.
Aus verzweigtkettigen Aminosäuren entstehen verzweigtkettige Fettsäuren. Die sind in der Natur weit verbreitet, kommen zum Beispiel in der Zellmembran von Bakterien vor. Möglicherweise haben sie auch positive Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit. Ihre Wirkung ist noch nicht ausreichend erforscht.
Manche Lachnospiraceae fermentieren Prolin, eine Aminosäure. Dabei konkurrieren sie mit Clostridium difficile um Ressourcen verhindern so möglicherweise die Kolonisierung mit diesem Pathogenen. Damit könnten wiederkehrende C. dificile Infektionen verhindert werden. Die Forschung ist hier schon im klinischen Stadium. Blautia obeum produziert außerdem noch Nisin O, ein antibiotisches Peptid, das unter anderem das Wachstum von C. difficile und C. perfringens hemmt.
Lachnospiraceae fermentieren auch aromatische Aminosäuren, wie Tyrosin, und produzieren dabei Substrate für das AHR Protein, einen wichtigen Regulator unseres Stoffwechsels.
Lachnospiraceae verarbeiten Flavonoide, eine Gruppe von Polyphenolen, und bilden daraus Equol, eine hormonähnliche Substanz, die vor Krebs und altersbedingten Krankheiten schützen soll.
Manche produzieren auch Farnesol, eine Verbindung mit entzündungshemmenden und neuroprotektiven Eigenschaften.
Stroh zu Gold
Wegen ihrer Vielseitigkeit und ihrem Talent, billige Rohstoffe durch ihren Stoffwechsel zu veredeln und begehrte Produkte zu liefern, sind Lachnospiraceae für die Biotechnologie ziemlich interessant. Das gilt sowohl für frei lebende Vertreter, die wertvolle Rohstoffe liefern können, als auch für Darmbakterien, die sich in medizinischen Anwendungen nützlich machen könnten. Was Darmbakterien eben so tun: Pathogene fernhalten, Entzündungen hemmen, das Immunsystem modulieren, vor Krebs und Stoffwechselstörungen schützen oder beim Abnehmen helfen.
An manchen Probiotika werden schon klinische Studien durchgeführt, um Präparate gegen wiederkehrende C. difficile Infektionen (rCDI) oder das Metabolische Syndrom zu entwickeln.
Quelle:
Zaplana, Tom et al. “Lachnospiraceae are emerging industrial biocatalysts and biotherapeutics.” Frontiers in bioengineering and biotechnology vol. 11 1324396. 4 Jan. 2024, doi:10.3389/fbioe.2023.1324396
Bild: KI
