Chronisch-entzündliche Darmerkrankungen (CED) wie Morbus Crohn und Colitis ulcerosa führen zu dauerhaft wiederkehrendem Durchfall, Fieber und Schmerzen sowie schwerwiegenden psychischen Belastungen. Trotz großer Fortschritte und moderner Medikamente bleibt die Behandlung schwierig. Nur ein Teil der Patient*innen spricht auf einzelne Medikamente an.

Die etablierten CED-Therapien zielen meist auf Prozesse im Immunsystem ab, da diesen Erkrankungen eine fehlgeleitete Immunreaktion zugrunde liegt. Aber weil viele Patient*innen auf diese Therapien nicht ausreichend ansprechen, ist es wichtig, auch Krankheitsmechanismen zu verstehen, die über das Immunsystem hinausgehen – etwa auf Ebene des Stoffwechsels. Diesen Weg ist das Forscherteam nun gegangen. Sie erklären: Ein zentrales Problem bei der Therapie von CED ist, dass der zugrundeliegende Stoffwechsel zwischen Körper und Mikrobiom, also der Gesamtheit der im Darm lebenden Mikroben, tiefgreifend gestört ist. Dies konnten die Wissenschaftler*innen nun erstmals im Detail anhand umfassender Datenanalysen zeigen.

Die Wissenschaftler*innen untersuchten Stuhl- und Blutproben von CED-Patient*innen vor und nach dem Therapiebeginn. Dazu kombinierten sie verschiedene molekulare Analyseebenen – darunter Metagenomik, Transkriptomik und Metabolomik – sowie detaillierte Netzwerkanalysen am Computer, um ein umfassendes Bild der biochemischen Abläufe im Stoffwechsel der Patient*innen zu erhalten. Ihr zentrales Ergebnis: Die Stoffwechselaktivität sowohl im Darmgewebe der Betroffenen als auch im Darmmikrobiom ist dramatisch reduziert und dabei eng miteinander verknüpft.

Energieversorgung und Kommunikation zwischen Wirt und Mikrobiom brechen zusammen

Sie konnten zeigen, dass es bei CED zu einem Zusammenbruch der metabolischen Wechselwirkungen zwischen Wirt und Mikrobiom kommt. Diese gestörte Kommunikation trägt dazu bei, dass wichtige Schutzmechanismen versagen und Entzündungen weiter verstärkt werden.

Das Team beobachtete unter anderem, dass bestimmte Stoffwechselprodukte – etwa Tryptophan und Cholin – im Blut der Patient*innen deutlich vermindert waren. Diese Substanzen sind notwendig für die Produktion wichtiger Energieträger der Zellen: NAD und ATP. Gleichzeitig veränderte sich auch die bakterielle Verwertung von Aminosäuren und Ballaststoffen, deren Abbauprodukte als Energielieferanten für die Darmzellen dienen.

Das Mikrobiom produziert durch die verringerte Stoffwechselleistung weniger essenzielle Nährstoffe, was dazu führt, dass die menschlichen Darm- und Immunzellen ihren eigenen Stoffwechsel umstellen müssen. Somit geraten sowohl der Stoffwechsel als auch das Immunsystem aus dem Gleichgewicht. Das mache eine Therapie dieser Erkrankungen besonders komplex, so die Studienautor*innen.

Individuelle Ernährung als Teil der Therapie

In einem explorativen Teil der Studie simulierten die Forschenden mithilfe von Computermodellen, ob sich gezielte Veränderungen in der Ernährung wie etwa die Reduktion von bestimmten Kohlenhydraten oder Aminosäuren positiv auf das gestörte Stoffwechsel-Gleichgewicht auswirken könnten. Ihre Modellierungen würden darauf hindeuten, dass eine gezielte Umstellung der Ernährung das Mikrobiom verändern und dadurch entzündungsfördernde Stoffwechselprozesse bremsen könnte. Die Ergebnisse zeigen aber auch: Es gibt nicht die eine Diät, die die Entzündung wirksam vermindern kann. Die Ernährung müsste individuell an den Stoffwechsel der jeweiligen Patientin bzw. des jeweiligen Patienten angepasst werden.

Originalpublikation

Taubenheim J, Kadibalban AS et al. Metabolic modeling reveals a multi-level deregulation of host-microbiome metabolic networks in IBD. Nat Commun 2015; 16: 5120 https://doi.org/10.1038/s41467-025-60233-2.

Quelle: Claudia Taubenheim und Frederike Buhse für das Exzellenzcluster Präzisionsmedizin für chronische Entzündungserkrankungen