Reconsidering the Use of Dimethyl Sulfoxide for Xenobiotic-Gut Microbiota Interaction Studies
Diese Studie zeigt auf, dass Dimethylsulfoxid (DMSO), das häufig als Lösungsmittel in der Xenobiotika-Darmmikrobiota-Forschung verwendet wird, unabhängig den mikrobiellen Metabolismus verändert und *Desulfovibrio desulfuricans* anreichert, wodurch die Interpretation experimenteller Ergebnisse bezüglich Toxinen wie Aflatoxin B1 und Fumonisin B1 potenziell verfälschen kann.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung eines Preprints, das nicht peer-reviewed wurde. Dies ist kein medizinischer Rat. Treffen Sie keine Gesundheitsentscheidungen auf Grundlage dieses Inhalts. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Im Inneren des menschlichen Körpers ist der Verdauungstrakt nicht bloß ein Schlauch zur Verarbeitung von Nahrung; er ist ein geschäftiges, dicht besiedeltes Ökosystem. Billionen mikroskopisch kleiner Organismen, kollektiv als Darmmikrobiota bekannt, leben dort und arbeiten in komplexen Gemeinschaften zusammen, um dem Wirt bei der Verdauung von Nährstoffen zu helfen, das Immunsystem zu trainieren und sogar mit dem Gehirn zu kommunizieren. Diese winzigen Bewohner sind empfindlich gegenüber ihrer Umgebung. Wenn fremde Chemikalien in den Körper gelangen – sei es durch Medikamente, Umweltverschmutzung oder Lebensmittelverunreinigungen – können sie dieses empfindliche Gleichgewicht stören, was potenziell zu Krankheiten führen kann. Um zu verstehen, wie diese Chemikalien den Darm beeinflussen, untersuchen Wissenschaftler die Mikrobiota oft im Labor. Sie züchten Proben menschlicher Darmbakterien in Glasbehältern und geben spezifische Chemikalien hinzu, um zu sehen, wie die Gemeinschaft reagiert. Viele dieser Chemikalien lösen sich jedoch nicht leicht in Wasser auf, weshalb Forscher sie zuerst in einem flüssigen Lösungsmittel mischen müssen, um sie in die Kultur zu bringen. Seit Jahrzehnten ist eine Chemikalie namens Dimethylsulfoxid, oder DMSO, die Standardwahl für diese Aufgabe. Es ist leistungsstark beim Lösen zäher Substanzen, und Wissenschaftler sind im Allgemeinen davon ausgegangen, dass es in kleinen Mengen chemisch inert ist, also nur als stiller Träger fungiert, der die Bakterien, die es eigentlich untersuchen soll, nicht stört.
Eine neue Studie stellt diese lang gehegte Annahme infrage und zeigt auf, dass das Lösungsmittel selbst die lauteste Stimme im Raum sein könnte. Forscher der Arizona State University gingen die Frage nach, wie die Darmmikrobiota auf zwei häufige Lebensmittelverunreinigungen reagiert: Aflatoxin B1 und Fumonisin B1. Dies sind toxische Substanzen, die von Schimmelpilzen produziert werden, welche häufig Nutzpflanzen wie Mais kontaminieren. Um diese zu untersuchen, züchtete das Team menschliche Darmbakterien in einer kontrollierten, sauerstofffreien Umgebung über sechzehn Tage lang. Sie fügten die Toxine in verschiedenen niedrigen Konzentrationen hinzu, gelöst in DMSO. Entscheidend war, dass sie auch eine Kontrollgruppe einbezogen, in der die Bakterien nur DMSO ohne jegliche Toxine ausgesetzt waren, sowie eine weitere Gruppe ohne DMSO überhaupt. Dieser Aufbau ermöglichte es ihnen, die Effekte der Toxine von den Effekten des Lösungsmittels zu trennen. Die Ergebnisse waren verblüffend. Während die Toxine selbst nur geringfügige, vorübergehende Veränderungen verursachten, löste die Anwesenheit von DMSO eine massive Verschiebung in der Bakteriengemeinschaft aus. Im Laufe der Zeit wirkte DMSO als starke Selektionskraft, die dazu führte, dass eine bestimmte Art von Bakterien, Desulfovibrio desulfuricans, schnell mutierte und die Kultur dominierte. Dieses Aufblühen geschah unabhängig davon, wie viel Toxin vorhanden war, was darauf hindeutet, dass das Lösungsmittel die biologischen Veränderungen vorantrieb, nicht die Kontaminanten.
Die Auswirkungen dieser durch das Lösungsmittel verursachten Verschiebung beschränkten sich nicht nur auf die Anzahl der Bakterien; sie veränderte auch die eigentliche Chemie der Darmumgebung. Die Bakterien in den DMSO-Gruppen produzierten andere Mengen an Gasen und Fettsäuren als jene ohne das Lösungsmittel. Speziell führte die Anwesenheit von DMSO zu einem signifikanten Rückgang der Methanproduktion und einem Anstieg von Kohlendioxid, während sich auch die Mengen an nützlichen Fettsäuren änderten, die die Zellen, die den Darm auskleiden, versorgen. Die Forscher fanden heraus, dass die Bakterien das DMSO wahrscheinlich als Nahrungsquelle oder Energiequelle nutzten, ein metabolischer Prozess, der das gesamte Verhalten der Gemeinschaft veränderte. Da diese Veränderung so tiefgreifend und konsistent über alle Toxingruppen hinweg war, maskierte sie effektiv jegliche spezifischen Effekte, die die Toxine gehabt haben könnten. Mit anderen Worten: Wenn ein Wissenschaftler nur auf die Bakterien in den DMSO-haltigen Röhren geschaut hätte, hätte er die Veränderungen fälschlicherweise den Toxinen zugeschrieben, obwohl in Wirklichkeit das Lösungsmittel die primäre Ursache war.
Dieser Befund legt nahe, dass viele vergangene Studien, die untersuchten, wie Chemikalien mit dem Darm interagieren, neu bewertet werden müssen. Wenn Forscher keine Kontrollgruppe ohne das Lösungsmittel einbezogen haben, haben sie möglicherweise die Effekte der Trägerflüssigkeit beobachtet statt der Substanz, die sie eigentlich untersuchen wollten. Die Studie behauptet nicht, dass DMSO in den für Experimente verwendeten Dosen gefährlich für die menschliche Gesundheit ist, aber sie hebt einen kritischen Fehler im experimentellen Design hervor: die Annahme, dass ein Lösungsmittel für das Mikrobiom unsichtbar ist. Die Forscher weisen darauf hin, dass der Körper in einem lebenden Tier oder Menschen das Lösungsmittel möglicherweise schnell verarbeitet, was solche Verschiebungen verhindert. In einem Glasgefäß jedoch, in dem das Lösungsmittel direkt mit den Bakterien verweilt, ist sein Einfluss unbestreitbar. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass Wissenschaftler, um wirklich zu verstehen, wie Schadstoffe oder Medikamente unsere internen Ökosysteme beeinflussen, ihre Lösungsmittel zuerst streng testen müssen. Sie müssen sicherstellen, dass das Werkzeug, das sie zur Verabreichung einer Chemikalie verwenden, nicht versehentlich die Geschichte umschreibt, die sie eigentlich erzählen wollen.
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