Wählen Sie Ihre Nachrichten​

„HuMiX“ : Verdauung im Mini-Format
Panorama 3 Min. 23.05.2016

„HuMiX“ : Verdauung im Mini-Format

Im HuMiX-Modell: Die Forscher suchten mithilfe verschiedener Bakterienstämme, wie sich die Genaktivität und der Stoffwechsel der Darmepithelzellen verändern.

„HuMiX“ : Verdauung im Mini-Format

Im HuMiX-Modell: Die Forscher suchten mithilfe verschiedener Bakterienstämme, wie sich die Genaktivität und der Stoffwechsel der Darmepithelzellen verändern.
Foto: Universität Luxemburg
Panorama 3 Min. 23.05.2016

„HuMiX“ : Verdauung im Mini-Format

Manon KRAMP
Manon KRAMP
Eines der komplexesten Organe des Menschen ist der Verdauungstrakt. Forscher der Universität Luxemburg simulieren die Funktion des menschlichen Darms mit einem patentierten Modell.

Eines der komplexesten Organe des Menschen ist der Verdauungstrakt: Hier kommt der Körper mit allen möglichen Bestandteilen der verdauten Nahrung sowie mit zahllosen Bakterien in Kontakt. Wissenschaftler des Luxembourg Centre for Systems Biomedicine (LCSB) der Universität Luxemburg haben ein Modell des menschlichen Darms entwickelt, das die dortigen Vorgänge sehr genau wiedergibt: HuMiX.

Mit HuMiX können die Forscher die komplexen Wechselwirkungen zwischen menschlichen Zellen und Bakterien analysieren, deren Auswirkungen auf die Gesundheit oder auf die Entstehung von Krankheiten prognostizieren sowie die Wirkung von Probiotika und Medikamenten untersuchen. Die Untersuchungen fanden in Zusammenarbeit mit Forschern des Luxembourg Institute of Health (LIH) und der US-amerikanischen Universität von Arizona statt. Ihre Erkenntnisse veröffentlichen die Wissenschaftler heute im renommierten britischen Fachjournal „Nature Communications“.

Modell in Bierdeckelgröße

In HuMiX, dem „Human Microbial Cross-talk“-Modell, lassen sich menschliche Darmzellen sowie Bakterien auf engstem Raum unter repräsentativen Bedingungen gemeinsam kultivieren. Die Apparatur von der Größe eines Bierdeckels hat drei Kammern. In der obersten Kammer liegt die Versorgungsebene, aus der kontinuierlich Nährflüssigkeit in die darunter liegenden Zellkulturen strömt.

Die menschlichen Zellen wachsen auf einer sehr dünnen Membran in der mittleren Ebene, die Bakterien in der unteren. „Mit HuMiX können wir die Kommunikation der Bakterien mit menschlichen Darmzellen, also ihre Interaktion live beobachten“, sagt Prof. Dr. Paul Wilmes, Leiter der LCSB-Ökosystembiologie-Gruppe und Erfinder von HuMiX.

In ihren Tests, in denen sie die Aussagekraft von Versuchen mit HuMiX überprüft haben, setzten die Forscher verschiedene Bakterienstämme in Reinkultur ein. „Mit Hilfe modernster, am LCSB etablierter Analysemethoden konnten wir anschließend untersuchen, wie sich die Genaktivität und der Stoffwechsel der Darmepithelzellen in Abhängigkeit vom eingesetzten Bakterienstamm in HuMiX verändern“, so Wilmes. „Der Vergleich unserer Daten mit den Ergebnissen anderer Forschergruppen, die diese am Menschen oder an Tieren erzielt hatten, ergab hohe Übereinstimmungen.“

Das heißt: HuMiX liefert ein sehr genaues Abbild von den zellulären und molekularen Prozessen im menschlichen Darm. „Wir können mit HuMiX aber auch Prozesse untersuchen, die mit bisherigen Techniken experimentell nicht zugänglich waren“, so Wilmes.

Kommunikation mit dem Gehirn

Ein Beispiel für einen Stoffwechselprozess, den die LCSB-Forscher entdeckt haben, nennt Dr. Pranjul Shah, Erstautor der Publikation und Miterfinder des HuMiX-Devices: „Bei der gemeinsamen Kultur von Darmzellen mit einem bestimmten Stamm der Bakteriengattung Lactobacillus rhamnosus konnten wir feststellen, dass die Bildung eines Botenstoffes des Nervensystems, nämlich des Neurotransmitters Gamma-Aminobuttersäure, kurz GABA, in den Darmzellen angeregt wird. Das deutet auf einen Mechanismus hin, in dem der Darm mit dem Gehirn kommunizieren könnte.“

Dank HuMiX können Verdauungsprozesse untersucht werden, die mit bisherigen Techniken experimentell nicht zugänglich waren.
Dank HuMiX können Verdauungsprozesse untersucht werden, die mit bisherigen Techniken experimentell nicht zugänglich waren.
Foto: Shutterstock

Hinweise auf diesen Effekt hatten Wissenschaftler schon vor einigen Jahren in Gehirnen von Mäusen beobachtet, die vollkommen steril geboren wurden und deshalb keine Darmflora besaßen. Der Effekt trat auf, wenn im Darm ähnliche Lactobacillus-Stämme angesiedelt wurden. „Dass wir mit HuMiX solche Aussagen machen können, beruht auf der Tatsache, dass wir in dem Instrument anaerobe, also Sauerstoff meidende Bakterien zusammen mit menschlichen Darmzellen kultivieren können“, hebt Shah hervor.

Verschiedene Nutzungsformen

„Solche und ähnliche Effekte können wir dank HuMiX jetzt extrem genau untersuchen“, ergänzt Paul Wilmes. „Es gibt zum Beispiel Hinweise darauf, dass Entzündungsprozesse bei der Entstehung von neurodegenerativen Erkrankungen wie Parkinson eine Rolle spielen können. Wir können unterschiedliche Bakterienarten oder ganze Gemeinschaften unterschiedlicher Arten in das künstliche Darmmodell bringen und untersuchen, ob diese Organismen Entzündungen anfeuern oder abbremsen. Genauso können wir auch Immun- und Nervenzellen gemeinsam mit den Bakterien in HuMiX untersuchen.“

In ihrer Publikation bringen die Wissenschaftler den Nachweis, dass HuMiX ein geeignetes Instrument ist, um eine ganze Reihe molekularer Prozesse zu verstehen, die an der Interaktion zwischen menschlichen Darmzellen und Bakterien beteiligt sind.

Wilmes sieht zudem einen Nutzen für die klinische Anwendung: „Mit HuMiX können wir jetzt analysieren, wie Probiotika, Bestandteile der Nahrung oder Wirkstoffe von Medikamenten auf den menschlichen Körper wirken. Davon versprechen wir uns konkrete Hinweise darauf, wie diese Therapeutika weiterentwickelt werden müssen, um zukünftig besser zu wirken.“

Ein Beitrag der Universität Luxemburg


Lesen Sie mehr zu diesem Thema

Im Kopf noch im Büro?: Das hilft beim Abschalten
Eigentlich ist längst Feierabend. Doch statt dem Partner oder den Kindern zuzuhören, ist man in Gedanken noch bei der Arbeit. Doch Herunterkommen lässt sich ganz bewusst erlernen. Ein Arbeitspsychologe erklärt, wie das geht.