Allergien: D-Tryptophan erklärt probiotische Eigenschaften von Bakterien

Wissenschaftler entdeckten D-Tryptophan als immunologisch aktive Substanz in Bakterien der Gattung Lactobacillus. Foto: Dr_Kateryna - Fotolia
Wissenschaftler des Helmholtz Zentrums München haben zusammen mit Kollegen des Leibniz Zentrums in... Fünf Prozent aller Erwachsenen und sieben bis zehn Prozent aller Kinder leiden an Asthma bronchiale, Tendenz steigend. Wissenschaftler sprechen von einer multifaktoriellen Erkrankung. Sie haben unter anderem die genetische Disposition, den Lebensstil sowie Umwelteinflüsse, die insbesondere in kritischen frühen Lebensfenstern wirksam werden, als relevante Faktoren identifiziert. Da die Krankheit zwar behandelbar, jedoch nicht heilbar ist, ist die Entwicklung neuer Präventions- und Therapiemöglichkeiten dringend erforderlich. Der Einsatz bakterieller Produkte stellt hierfür einen neuartigen Ansatz dar.  „Man weiß heute, dass sich mit der Krankheit auch das Mikrobiom der betroffenen Organe ändert, die genauen Mechanismen sind allerdings noch wenig erforscht“, erklärt Prof. Dr. Michael Schloter. Er leitet die Abteilung Umweltgenomik am Helmholtz Zentrum München. Veränderungen am Mikrobiom führen zu einer Verschlimmerung des Krankheitsbildes. „Daher sind Substanzen, die helfen, unser Mikrobiom wieder zu stabilisieren, von großer Bedeutung, gerade auch im Hinblick auf eine personalisierte Medizin.“, ergänzt Schloter.   Spiegelbildisomer von Tryptophan im Focus   Wissenschaftler des HMGU haben mehrere probiotische Bakterienstämme auf Ihre  immunmodulatorischen Eigenschaften untersucht. Die Entdeckung des D-Tryptophan als immunologisch aktive Substanz einiger Gram-positiver Bakterien der Gattung Lactobacillus wurden zunächst im Projektverbund „Signalmoleküle in mikrobiellen Biofilmen“ unter Federführung von Prof. Dr. Susanne Krauss-Etschmann (früher Comprehensive Pneumology Center, heute Leibniz-Zentrum Borstel), Prof. Dr. Anton Hartmann (früherer Leiter der Abteilung Mikroben Pflanzen Interaktionen, HMGU) und Prof. Dr. Philippe Schmitt-Kopplin (Leiter der Abteilung Analytische Biogeochemie, HMGU) gemacht.  Der erfolgreiche Verbund wurde von Prof. Michael Schloter (EGEN, Abteilung für Umweltgenomik), Dr. Caspar Ohnmacht (ZAUM – Zentrum Allergie und Umwelt / TUM), und weiteren Kollegen fortgeführt und die Wirkung von D-Tryptophan auf Mikrobiome im Tiermodell untersucht.   „Die Entdeckung des seltenen D-Enantiomers* von Tryptophan als aktives Molekül war zuerst überraschend, da bekannt ist, dass nur L-Aminosäuren und D-Zucker die Grundbausteine des Leben bilden“, erklärt Prof. Schmitt-Kopplin. „D-Aminosäuren sind viel seltener als ihre L-Form, erfüllen aber eine wesentliche biologische Funktion in Gram positiven Bakterien und sind besonders in fermentierten Lebensmitteln vorhanden. Nur in interdisziplinärer Zusammenarbeit von Chemikern, Medizinern und Biologen konnte die rechtsdrehende D-Form dieser Aminosäure und eine ihrer biologischen Funktionen identifiziert werden“, ergänzt Schmitt-Kopplin. Das interdisziplinäre Team konnte nachweisen, dass dieser neue Metabolit im Asthma-Mausmodell die Zahl an regulatorischen T-Zellen erhöhte. Gleichzeitig wurde die Th2-Antwort verringert und die Entzündung und Funktionsfähigkeit der Lunge der Tiere verbesserte sich. Das bedeutet, der Asthma-Schweregrad ging zurück. Die Autoren um Krauss-Etschmann vermuten, dass diese Veränderungen auch mit einer Verschiebung des Mikrobioms von Darm und Lunge zu tun haben, die durch D-Tryptophan ausgelöst wird.   Das Mikrobiom gezielt verändern   In weiteren Experimenten soll untersucht werden, wie nachhaltig Veränderungen des Mikrobioms, die durch Spiegelbildisomere von Aminosäuren entstehen, tatsächlich sind. Darüber hinaus interessieren sich die Forscher für die Frage, welche Wirkmechanismen ablaufen und wie D-Tryptophan die Wirtszellen verändert. „Vielleicht lassen sich auf Basis der Substanz dieser Substanzen neue Präventions- oder Therapieformen bei allergischen Atemwegserkrankungen ableiten“, hoffen die Autoren.  

Weitere Informationen  

Originalpublikation: Kepert, I. et al. (2016): D-tryptophan is a probiotic compound that ameliorates allergic airway disease and maintains the gut microbiome. doi: 10.1016/j.jaci.2016.09.003 * Die Begriffe D und L beschreiben die Anordnung eines Moleküls im Raum. Dabei handelt es sich um Bild und Spiegelbild.   Das Helmholtz Zentrum München verfolgt als Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt das Ziel, personalisierte Medizin für die Diagnose, Therapie und Prävention weit verbreiteter Volkskrankheiten wie Diabetes mellitus und Lungenerkrankungen zu entwickeln. Dafür untersucht es das Zusammenwirken von Genetik, Umweltfaktoren und Lebensstil. Der Hauptsitz des Zentrums liegt in Neuherberg im Norden Münchens. Das Helmholtz Zentrum München beschäftigt rund 2.300 Mitarbeiter und ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, der 18 naturwissenschaftlich-technische und medizinisch-biologische Forschungszentren mit rund 37.000 Beschäftigten angehören.   Die selbstständige Abteilung Umweltgenomik (EGEN) untersucht Mikrobiome in unterschiedlichen Kompartimenten und deren Bedeutung für den jeweiligen Wirt. Dabei liegt der Fokus auf der Definition von  Kernmikrobiomen und der entsprechenden genetischen Potentiale sowie deren Induzierbarkeit. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten sind Interaktionen von Mikrobiomen aus der Umwelt mit dem humanen Mikrobiom und der Bedeutung für die menschliche Gesundheit.   Die selbstständige Abteilung Analytische Biogeochemie (BGC) untersucht molekulare Wechselwirkungen von Stoffen in Biogeosystemen. Hochauflösende Methoden der organischen Strukturaufklärung ermöglichen zusammen mit Trennverfahren und mathematischen Methoden eine präzise raum- und zeitauflösende Analyse. Ziel ist es, das Verständnis  der molekularen Abläufe in Ökosystemen und die Bestimmung von Biomarkern in Organismen zu verbessern.   Die selbstständige Abteilung Mikroben-Pflanzen Interaktionen (AMP) erforscht die molekularen Mechanismen von Signalstoffen zwischen Bakterien und Pflanzen im Wurzelbereich, aber auch in den Interaktionen mit Tier und Mensch. Ziel ist es, diese Signalstoffe als wichtige Kontrollfaktoren der Wechselwirkung zwischen humanpathogenen und probiotischen Bakterien mit ihren Wirten (Pflanze, Tier, Mensch) zu verstehen und anwendbar zu machen.   Das Institut für Lungenbiologie (iLBD) gehört dem Comprehensive Pneumoloy Center (CPC) an, einem Zusammenschluss des Helmholtz Zentrums München mit dem Universitätsklinikum der Ludwig-Maximilians-Universität München und den Asklepios Fachkliniken München-Gauting. Ziel des CPC ist die Erforschung chronischer Lungenerkrankungen, um neue diagnostische und therapeutische Strategien zu entwickeln. Das iLBD führt mit der Untersuchung zellulärer, molekularer und immunologischer Mechanismen von Lungenerkrankungen den Schwerpunkt der experimentellen Pneumologie an. Das CPC ist ein Standort des Deutschen Zentrums für Lungenforschung (DZL). Das Zentrum Allergie und Umwelt München (ZAUM) ist eine gemeinsame Einrichtung von Helmholtz Zentrum München und Technischer Universität München. Die in der deutschen Forschungslandschaft einzigartige Kooperation dient der fachübergreifenden Grundlagenforschung und Verknüpfung mit Klinik und klinischen Studien. Durch diesen translationalen Ansatz lassen sich Erkenntnisse über molekulare Entstehungsmechanismen von Allergien in Maßnahmen zu ihrer Vorbeugung und Therapie umsetzen. Die Entwicklung wirksamer, individuell zugeschnittener Therapien ermöglicht betroffenen Patienten eine bessere Versorgung. Die Technische Universität München (TUM) ist mit mehr als 500 Professorinnen und Professoren, rund 10.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern und 39.000 Studierenden eine der forschungsstärksten Technischen Universitäten Europas. Ihre Schwerpunkte sind die Ingenieurwissenschaften, Naturwissenschaften, Lebenswissenschaften und Medizin, ergänzt um Wirtschafts- und Bildungswissenschaften. Die TUM handelt als unternehmerische Universität, die Talente fördert und Mehrwert für die Gesellschaft schafft. Dabei profitiert sie von starken Partnern in Wissenschaft und Wirtschaft. Weltweit ist sie mit einem Campus in Singapur sowie Verbindungsbüros in Brüssel, Kairo, Mumbai, Peking, San Francisco und São Paulo vertreten. An der TUM haben Nobelpreisträger und Erfinder wie Rudolf Diesel, Carl von Linde und Rudolf Mößbauer geforscht. 2006 und 2012 wurde sie als Exzellenzuniversität ausgezeichnet. In internationalen Rankings gehört sie regelmäßig zu den besten Universitäten Deutschlands. Das Forschungszentrum Borstel verfolgt als das Lungenforschungszentrum der Leibniz-Gemeinschaft das Ziel, Ursachen und Mechanismen chronisch-entzündlicher Erkrankungen der Lunge aufzuklären, um daraus neue innovative Konzepte zu deren Diagnose, Prävention und Therapie abzuleiten. Im Fokus stehen dabei Asthma und Allergien, chronisch-obstruktive Lungenerkrankungen sowie Tuberkulose und andere infektionsbedingte Entzündungen der Lunge. Das Zentrum betreibt neben den Forschungslaboratorien eine Medizinische Klinik mit angeschlossener Pathologie und Medizinischem Versorgungszentrum sowie das Nationale Referenzzentrum für Mykobakterien. Das Forschungszentrum Borstel beschäftigt rund 550 Mitarbeiter und ist Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft, der derzeit 88 wissenschaftlich, rechtlich und wirtschaftlich eigenständige Forschungsinstitute und Serviceeinrichtungen in Deutschland mit über 18.000 Beschäftigten angehören.