Wissenschaftler der Goethe-Universität Frankfurt haben eine bislang unbekannte Funktion der Ameisensäure im menschlichen Darm beschrieben. Das Molekül dient offenbar als Transportmittel für Elektronen – innerhalb einzelner Bakterien und wahrscheinlich auch zwischen unterschiedlichen Mikroorganismen. Im Zentrum der Untersuchung steht das Darmbakterium Blautia luti, das Ameisensäure im Rahmen seines Stoffwechsels bildet und damit flexibel auf die jeweiligen Nährstoffbedingungen reagieren kann. Neben Kohlenhydraten kann es auch giftiges Kohlenmonoxid abbauen, das beim Abbau des roten Blutfarbstoffs Hämoglobin im Körper entsteht.
Blautia luti zählt zu den zahlreichen Mikroorganismen im menschlichen Darm, die unverdauliche Kohlenhydrate in kurzkettige Fettsäuren umbauen. Eine davon ist Essigsäure, die Darmzellen als Energiequelle dient und über die Darm-Hirn-Achse physiologische Prozesse beeinflusst. Da Blautia luti unter Sauerstoffabschluss lebt, erfolgt der Energiegewinn durch Gärung. Dabei entstehen Wasserstoff, Kohlendioxid und andere Stoffwechselprodukte. Überschüssiger Wasserstoff kann jedoch den Gärungsprozess stören und wird deshalb von methanbildenden Archaeen verwertet, die dadurch den Gasdruck im Darm regulieren.
Die Forscher konnten zeigen, dass Blautia luti anstelle der energieaufwändigen Wasserstoffproduktion Ameisensäure herstellt, in der Wasserstoff chemisch an Kohlendioxid gebunden ist. Ameisensäure übernimmt in diesem Prozess die Funktion eines Elektronenträgers. Für die Bildung nutzt das Bakterium das Enzym Pyruvat-Formiat-Lyase, das in dieser Form bei acetogenen Bakterien ungewöhnlich ist. Die in der Ameisensäure gespeicherten Elektronen werden anschließend über den sogenannten Wood-Ljungdahl-Weg zur Bildung von Essigsäure weiterverwendet.
Bemerkenswert ist, dass Blautia luti bei dieser Reaktionskette ohne das Enzym Formiat-Dehydrogenase auskommt, das bei anderen Bakterien für die Umwandlung von Kohlendioxid in Ameisensäure erforderlich ist. Stattdessen verwendet es die selbst produzierte Ameisensäure direkt weiter. Der Zuckerabbau und die Essigsäureproduktion sind damit eng miteinander gekoppelt, was dem Bakterium einen energetischen Vorteil verschafft.
Die Untersuchungen zeigten außerdem, dass Blautia luti im Darm nicht nur Ameisensäure ausscheidet, sondern sie in Anwesenheit anderer Gase wieder abbaut. So wird Ameisensäure insbesondere bei Vorhandensein von Wasserstoff vollständig umgesetzt. Diese Flexibilität ermöglicht es dem Bakterium, zusätzlich das im Körper entstehende Kohlenmonoxid zu entgiften. Auf diese Weise kann eine natürliche Gasregulation im Darm unterstützt werden.
Neben Essigsäure bildet Blautia luti auch Bernsteinsäure, die das Wachstum anderer nützlicher Bakterien fördert und positive Effekte auf das Immunsystem hat. Zudem gilt Bernsteinsäure als ein bedeutender Rohstoff für biotechnologische Prozesse. Die neuen Erkenntnisse verdeutlichen, wie differenziert die Stoffwechselstrategien der Mikroorganismen im Darm sind und welche Bedeutung sie für die Balance und Gesundheit des menschlichen Verdauungssystems besitzen.
Lesen Sie auch
