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Studie untersucht Wechselspiel von Ernährungsfetten und der intestinalen Mikrobiota

Cholesterin wichtiges Puzzleteil der Fettverbrennung

In normal besiedelten Mäusen sind die Darm-Mikrobiota am Cholesterinmetabolismus beteiligt und unterstützen damit die effiziente Verwertung der tierischen Fette. (Foto: Fotolia/ norman blue)
In normal besiedelten Mäusen sind die Darm-Mikrobiota am Cholesterinmetabolismus beteiligt und unterstützen damit die effiziente Verwertung der tierischen Fette. (Foto: Fotolia/ norman blue)

Forschung

Beim Energiehaushalt spielen Darmbakterien eine wenig verstandene Rolle, die von der Ernährung beeinflusst wird. Die entscheidenden nutritiven Komponenten sind aber unbekannt. Ein Team der Technischen Universität München (TUM) konnte erstmals belegen, dass Mäuse ohne Darm-Mikrobiota mit pflanzlichen Nahrungsfetten dick werden, nicht aber mit tierischen. Dass das Cholesterin der tierischen Nahrungsfette entscheidend das intestinale Geschehen beeinflusst, ist ein wichtiges Ergebnis der Studie.

Adipositas, Diabetes und verwandte Erkrankungen zählen zu den weit verbreiteten Gesundheitsproblemen in westlichen Gesellschaften und zusehends leiden daran auch in Schwellenländern mehr und mehr Menschen. Laut einer Studie, die im Frühjahr im Fachmagazin 'The Lancet' veröffentlicht wurde, sind inzwischen mehr als 600 Millionen Menschen weltweit fettleibig.

Neben der Erkenntnis, dass Adipositas ein Ergebnis des Ungleichgewichts zwischen Kalorienaufnahme und Energieverwertung ist, war seit längerem bekannt, dass die Besiedelung des Darmes mit Bakterien (intestinale Mikrobiota) den Energiestoffwechsel ebenfalls beeinflusst. So konnten jüngere Studien belegen, wie Veränderungen der Darmbesiedelung bedingt durch die jeweilige Ernährung den Energiestoffwechsel beeinträchtigen und Adipositas sowie Diabetes begünstigen.

Für eine neue Studie, die in 'Molecular Metabolism' veröffentlicht wurde, sind deshalb Fette und deren Einfluss auf die Darm-Mikrobiota verglichen worden. Dabei sind keimfreie Mäuse, die keine Mikrobiota in ihrem Darm beherbergen, über vier Wochen lang mit einer fettreichen Kost gefüttert worden, die entweder auf Schweineschmalz oder auf Palmöl basierte. Zum Vergleich wurden dieselben Futtermittel an Mäuse mit normaler Besiedelung im Darm verabreicht.

Ernährung mit viel tierischem Fett führt nicht zwangsläufig zu Adipositas

Das Ergebnis brachte drei entscheidende Schlussfolgerungen mit sich: Dass keimfreie Mäuse, die mit viel tierischem Fett (Schmalz) gefüttert werden, nicht an Körperfett zunehmen, war eine erste Beobachtung. Zugleich zeigte eine andere Gruppe, die ihre Kost angereichert mit pflanzlichem Fett (Palmöl) erhielt, die volle Ausprägung der ernährungsbedingten Adipositas.

Hingegen wurden die Vergleichsgruppen mit normaler Darm-Mikrobiota fettleibig, egal ob Schmalz oder Palmöl gefüttert wurde. Allein die Art der Nahrungsfette machte also bei keimfreien Mäusen den entscheidenden Unterschied aus: Die ernährungsbedingte Adipositas trat nur bei pflanzlichen Fetten auf, nicht bei tierischen.

Beeinträchtigte Fettverdauung zieht geänderten Stoffwechsel nach sich

„Das Futter mit reichlich Schmalz stimuliert bei keimfreien Mäusen die Verbrennung im Körper“, erklärt Professor Martin Klingenspor vom Lehrstuhl für Molekulare Ernährungsmedizin am Else Kröner-Fresenius Zentrum (EKFZ) der TU München das zweite, zentrale Ergebnis. „Das bedeutet: Ein größerer Anteil der Nahrungsenergie wird beim Stoffwechsel verbrannt“, sagt Klingenspor. So war der Grundumsatz bei den keimfreien Mäusen dementsprechend erhöht.

Des Weiteren können tierische Fette weniger gut aufgenommen und verarbeitet werden: „Da sie das Futter mit dem Schmalz schlechter verwerten, stellen die keimfreien Mäuse ihren Stoffwechsel um, indem sie vermehrt Kohlenhydrate verstoffwechseln, weil Nahrungsfette nurmehr eingeschränkt verfügbar sind", folgert Klingenspor aus dem Studienergebnis.

Mikrobiota beeinflussen den Stoffwechsel des Cholesterins

Die beiden, für die Studie eingesetzten Nahrungsfette unterscheiden sich grundsätzlich: Palmöl ist nahezu frei von Cholesterin, Schmalz hingegen reich an Cholesterin. Da es mit einem erhöhten Herzinfarktrisiko in Zusammenhang gebracht wurde, ist Cholesterin negativ besetzt. Aber das in Verruf geratene Sterol Cholesterin ist auch lebensnotwendig, weil es ein Baustein der Zellmembran ist sowie eine Vorstufe von Steroidhormonen und Gallensäuren.

In den für die aktuelle Studie verfütterten pflanzlichen Fetten sind sogenannte Phytosterine, wie zum Beispiel Sitosterin enthalten, welche die Cholesterinaufnahme im Darm hemmen. Demgegenüber ist die Zufuhr und Verfügbarkeit des Cholesterins bei tierischen Fetten wiederum stark erhöht. Könnte also das Cholesterin im Schmalz bei den keimfreien Mäusen die Fetteinlagerung bremsen und den Grundumsatz steigern?  

Die dazu vorgenommene Analyse der Metaboliten, dies sind beim Stoffwechsel entstehende Zwischenprodukte, und der dazu gehörigen Stoffwechselwege im Darm der Mäuse ergab Unerwartetes: Steroide, Steroidhormone und Gallensäuren, die alle chemische Abkömmlinge des Cholesterins sind, zeigten auffällige Veränderungen, die mit der Fütterung des Schmalzfutters einhergingen

Steroidhormon Estradiol steigert Energieverbrennung

Erhöhte Konzentrationen von Steroidhormonen könnten den gesteigerten Grundumsatz erklären: So war der Spiegel des Estradiols erhöht, ein Steroidhormon, das beim Gewichtsverlust eine entscheidende Rolle einnimmt, denn es kurbelt den Energieverbrauch an. Gleichzeitig wirkt es am Gallensäuren-Stoffwechsel mit, so dass weniger Fett eingelagert wird. Tatsächlich war eine Absenkung der Gallensäuren im Darm messbar.

Diese Veränderungen im Cholesterin und seinen Stoffwechselprodukten ist durch das Fehlen der Mikrobiota erklärbar. Denn in normal besiedelten Mäusen sind die Mikrobiota am Cholesterinmetabolismus beteiligt und unterstützen damit die effiziente Verwertung der tierischen Fette, was jedoch zur Fettleibigkeit führt.

Deshalb hat das interdisziplinäre Team um Professor Klingenspor vom EKFZ, Professor Dirk Haller vom Lehrstuhl für Ernährung und Immunologie, Dr. Tom Clavel als Leiter der Junior-Forschergruppe „Intestinales Mikrobiom“ am Zentralinstitut für Ernährungs- und Lebensmittelforschung (ZIEL), Professorin Hannelore Daniel vom Lehrstuhl für Ernährungsphysiologie, Professor Karl-Heinz Engel vom Lehrstuhl für Allgemeine Lebensmitteltechnologie sowie Professor Philippe Schmitt-Kopplin vom Lehrstuhl für Analytische Lebensmittelchemie zum Abschluss der Studie untersucht, was sich innerhalb der Darmflora abspielt und wie das zusammen mit der Ernährungsart den Stoffwechsel (Metabolismus) beeinflusst.

Darm-Mikrobiota regeln Ernährung-Wirt-Interaktion

Dies führte die Wissenschaftler zum dritten Fazit: Bei den Versuchsgruppen mit normal besiedeltem Darm ergab der Vergleich von der Palmöl- mit der Schmalz-Fütterung subtile Unterschiede in der Bakterienzusammensetzung. Bei den mit Schmalz gefütterten Mäusen wurden einzelne Bakterienstämme gefunden, die die Gallensäurespiegel im Darm beeinflussten. Von einem dieser Stämme ist in der Tat bekannt, dass er Cholesterin umsetzen kann. Daraus kann die Schlussfolgerung gezogen werden, dass durch die Art der Nahrungsfette bedingte Änderungen der Mikrobiota Einfluss auf den Sterol- und Gallensäure-Stoffwechsel im Darm nehmen. Diese Cholesterin-Abkömmlinge ändern die Fettverdauung und die Fettverbrennung und sie entscheiden mit, ob ernährungsbedingte Adipositas entsteht – oder nicht.

Publikation:

Raphaela Kübeck, Catalina Bonet-Ripoll, Christina Hoffmann, Alesia Walker, Veronika Maria Müller, Valentina Luise Schüppel, Ilias Lagkouvardos, Birgit Scholz, Karl-Heinz Engel, Hannelore Daniel, Philippe Schmitt-Kopplin, Dirk Haller, Thomas Clavel, Martin Klingenspor: Dietary fat and gut microbiota inter-actions determine diet-induced obesity in mice, Molecular Metabolism 10/2016.
DOI: 10.1016/j.molmet.2016.10.001

Kontakt:

Prof. Dr. Martin Klingenspor
Technische Universität München
Else Kröner Fresenius-Zentrum
Lehrstuhl für Molekulare Ernährungsmedizin
Tel: +49 8161 71 2386
E-Mail: mk@tum.de