Ethnic differences in gut microbiota composition and functional capacity persist over six years in the HELIUS multi-ethnic longitudinal cohort

Im menschlichen Darm arbeitet ein riesiges und unsichtbares Ökosystem aus Bakterien, Viren und Pilzen unermüdlich daran, die Verdauung der Nahrung zu unterstützen, das Immunsystem zu trainieren und vor Krankheiten zu schützen. Diese Gemeinschaft, bekannt als Mikrobiom, ist nicht bei jedem Menschen gleich. Sie variiert von Person zu Person erheblich und wird durch eine komplexe Mischung aus Genetik, Ernährung, Lebensstil und dem Wohnort geformt. Jahrzehntelang haben Wissenschaftler beobachtet, dass Menschen aus unterschiedlichen ethnischen Hintergründen oft eine ganz eigene Sammlung dieser Mikroben tragen, selbst wenn sie in derselben Stadt leben und ähnliche Lebensmittel zu sich nehmen. Dieser Unterschied ist mehr als nur eine biologische Kuriosität; er könnte auch erklären, warum bestimmte ethnische Gruppen ein höheres Risiko für Herzkrankheiten und Diabetes haben. Eine kritische Frage blieb jedoch unbeantwortet: Wenn Menschen aus verschiedenen Hintergründen viele Jahre lang zusammen in derselben städtischen Umgebung leben, vermischen sich ihre Darmmikroben dann schließlich, oder bleiben sie unterscheidbar?

Um dies zu beantworten, wandten sich Forscher an eine Langzeitstudie in Amsterdam namens HELIUS, die Tausende von Menschen aus sechs verschiedenen ethnischen Gruppen verfolgt: Niederländer, afro-surinamische, südasiatische surinamische, ghanaische, türkische und marokkanische. Das Team sammelte zu Beginn der Studie Stuhlproben von fast 2.000 Teilnehmern und erneut sechs Jahre später. Durch die Analyse des genetischen Materials in diesen Proben konnten sie genau nachverfolgen, wie sich die mikrobiellen Gemeinschaften im Laufe der Zeit veränderten. Sie untersuchten die vorhandenen Arten von Bakterien, die spezifischen Stämme dieser Bakterien und die funktionellen Werkzeuge, die die Mikroben nutzen, um Nahrung abzubauen und Antibiotika zu resistieren. Das Ziel war es zu sehen, ob das Leben in derselben westlichen Stadt über ein halbes Jahrzehnt ausreichte, um die tief verwurzelten Unterschiede zwischen diesen Gruppen zu verwischen.

Die Ergebnisse zeigen, dass das Darmmikrobiom zwar dynamisch ist und sich ständig verändert, die Unterschiede zwischen den ethnischen Gruppen jedoch bemerkenswert hartnäckig sind. Über den Zeitraum von sechs Jahren beobachteten die Forscher, dass sich die Mikroben einiger Gruppen, insbesondere jene marokkanischer Herkunft, stärker veränderten als andere, während die niederländischen und südasiatisch-surinamischen Gruppen relativ stabil blieben. Trotz dieser individuellen Verschiebungen blieben die charakteristischen mikrobiellen Signaturen jeder ethnischen Gruppe bestehen. Selbst nachdem ein südasiatisch-surinamischer Teilnehmer Jahrzehnte in Amsterdam gelebt hatte, blieb das Darmbakterium dieser Person deutlich verschieden von dem eines niederländischen Teilnehmers. Die Studie berechnete, dass es etwa zwanzig Jahre dauern würde, bis die Gruppen – bei der beobachteten Rate der Veränderung – nur noch halb so unterschiedlich wären wie zu Beginn. Dies deutet darauf hin, dass die Kräfte, die das Mikrobiom formen – wahrscheinlich eine Mischung aus lang gehegten kulturellen Ernährungsgewohnheiten, Familientraditionen und vielleicht Faktoren wie Wohnsituation oder Erfahrungen in der frühen Lebensphase – weitaus stärker sind als der Einfluss einer gemeinsamen städtischen Umgebung über einen Zeitraum von sechs Jahren.

Die Forscher entdeckten auch, dass es bei der Frage, was die Veränderung im Darm eines Individuums antreibt, weniger um dessen Ethnizität geht, sondern vielmehr um die Gesundheit und die Medikamenteneinnahme. Teilnehmer, die an Typ-2-Diabetes erkrankten oder bestimmte Medikamente einnahmen, wie etwa Arzneimittel gegen Bluthochdruck oder Diabetes, zeigten viel größere Verschiebungen in ihren mikrobiellen Gemeinschaften im Laufe der Zeit. Beispielsweise erlebten Menschen mit Diabetes einen wesentlich dramatischeren Umschwung in ihrer Darmflora im Vergleich zu Menschen ohne diese Erkrankung. Dies deutet darauf hin, dass die Ethnizität zwar die Bühne bereitet, auf der das Aussehen des Darms eines Menschen stattfindet, aber große gesundheitliche Ereignisse und medizinische Behandlungen die eigentlichen Schauspieler sind, die das Stück maßgeblich verändern.

Bei einem tieferen Blick auf die spezifischen Arten von Bakterien konzentrierte sich das Team auf eine Spezies namens Alistipes putredinis, die das interessanteste Veränderungsmuster zeigte. Zu Beginn der Studie war dieses Bakterium bei niederländischen Teilnehmern häufig anzutreffen, bei südasiatisch-surinamischen Teilnehmern jedoch viel seltener. Über sechs Jahre hinweg begannen die südasiatisch-surinamischen Teilnehmer, dieses Bakterium häufiger zu erwerben, wodurch sich ihre Werte den der niederländischen Gruppe annäherten. Diese Annäherung beschränkte sich jedoch auf das Vorhandensein der Spezies selbst. Als die Forscher die genetische Zusammensetzung der Bakterien innerhalb dieser Spezies untersuchten, stellten sie fest, dass die Stämme unverändert blieben. Die südasiatisch-surinamischen Teilnehmer erwarben zwar neue Stämme, aber diese Stämme ersetzten die bestehenden nicht in einer Weise, die die ethnischen Unterschiede ausgelöscht hätte. Stattdessen beherbergten beide Gruppen weiterhin unterschiedliche genetische Versionen derselben Bakterien.

Die Studie untersuchte auch die funktionellen Fähigkeiten dieser Mikroben, insbesondere die Enzyme, die sie zur Aufspaltung von Nahrung produzend einsetzen. Die niederländischen Teilnehmer verfügten im Allgemeinen über eine höhere Kapazität zum Abbau komplexer Pflanzenfasern, während die südasiatisch-surinamischen Teilnehmer andere Muster zeigten. Im Laufe der Zeit verringerten sich einige dieser funktionellen Unterschiede leicht, doch die Gesamtlücke blieb groß. Ähnlich verhielt es sich bei den Antibiotikaresistenzgenen – den genetischen Anweisungen, die es Bakterien ermöglichen, der Einwirkung von Antibiotika zu widerstehen – wobei die Gesamtmenge dieser Gene in beiden Gruppen über die sechs Jahre sank, was vermutlich die allgemeine Abnahme des Antibiotikaverbrauchs in den Niederlanden widerspiegelt. Die spezifischen Arten der vorhandenen Resistenzgene blieben jedoch zwischen den Gruppen unterschiedlich, wobei die niederländischen Teilnehmer ein vielfältigeres Set an Resistenzgenen behielten als ihre südasiatisch-surinamischen Gegenüber.

Letztendlich zeichnet diese Forschung das Bild des menschlichen Darmmikrobioms als ein resilientes System, das die Prägung des Hintergrunds eines Menschen für eine sehr lange Zeit in sich trägt. Obwohl das Leben in einer modernen Stadt und das Teilen derselben Lebensmittelversorgung das Mikrobiom in neue Richtungen lenken kann, löscht es die tief verwurzelten Unterschiede, die durch Kultur, Genetik und Geschichte etabliert wurden, nicht schnell aus. Die Studie legt nahe, dass die Darmmikrobiome verschiedener ethnischer Gruppen, die in derselben Stadt leben, auch in absehbarer Zukunft unterscheidbar bleiben werden. Dies hat wichtige Auswirkungen auf die medizinische Forschung und erinnert Wissenschaftler daran, dass sie bei der Untersuchung der Darmgesundheit oder der Entwicklung von Behandlungen für Krankheiten wie Diabetes diese beständigen ethnischen Unterschiede berücksichtigen müssen, anstatt davon auszugehen, dass eine gemeinsame Umgebung alle biologischen Merkmale vereinheitlicht. Das Darmmikrobiom ist, wie es scheint, ein Langzeitgedächtnis dessen, wer wir sind und woher wir kommen.