Darmmikrobiota des Vaters beeinflusst nächstes Generation

Die von Hacketts Gruppe am Europäischen Laboratorium für Molekularbiologie (EMBL) in Rom geleitete Studie ergab, dass die Störung des Darmmikrobioms bei männlichen Mäusen das Krankheitsrisiko bei ihren zukünftigen Nachkommen erhöht.

Das Darmmikrobiom ist die mikrobielle Gemeinschaft, die den Magen-Darm-Trakt bewohnt. Es ist verantwortlich für die Produktion von Enzymen, Metaboliten und anderen Molekülen, die für den Stoffwechsel des Wirts und seine Reaktion auf die Umwelt wichtig sind.

Folglich ist ein ausgewogenes Darmmikrobiom wichtig für die Gesundheit von Säugetieren und hilft, das Immun- und Hormonsystem zu regulieren. Dies wiederum beeinflusst die Physiologie von Geweben im gesamten Körper. Allerdings war wenig über den Einfluss des Darmmikrobioms auf die Fortpflanzungsfunktion des Wirts bekannt und darüber, ob ein verändertes väterliches Mikrobiom die Gesundheit seiner Nachkommen beeinträchtigen könnte.

Hacketts Gruppe am EMBL in Rom beschloss gemeinsam mit Borks und Zimmermanns Gruppen am EMBL in Heidelberg, diese Frage zu beantworten. Die Ergebnisse ihrer Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Nature, zeigten, dass eine Störung des Darmmikrobioms bei männlichen Mäusen die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass ihre Nachkommen mit niedrigem Geburtsgewicht geboren werden und einem erhöhten Risiko eines vorzeitigen Todes ausgesetzt sind..

Informationen an die nächste Generation weitergeben

Um den Einfluss des Darmmikrobioms auf die männliche Fortpflanzung und ihre Nachkommen zu untersuchen, veränderten die Forscher die Zusammensetzung der Mikroben im Darm männlicher Mäuse, indem sie sie mit gängigen Antibiotika behandelten, die nicht in den Blutkreislauf gelangen. Dies führt zu einem Zustand namens Dysbiose, bei dem das mikrobielle Ökosystem im Darm aus dem Gleichgewicht gerät.

Die Wissenschaftler analysierten dann Veränderungen in der Zusammensetzung wichtiger Hodenmetaboliten. Sie fanden heraus, dass Dysbiose bei männlichen Mäusen die Hodenphysiologie sowie die Metabolitenzusammensetzung und die hormonelle Signalgebung beeinflusste. Zumindest ein Teil dieses Effekts war auf Veränderungen des Schlüsselhormonspiegels Leptin im Blut und in den Hoden von Männchen mit induzierter Dysbiose zurückzuführen.

Diese Beobachtungen legen nahe, dass es bei Säugetieren eine „Darm-Keimbahn-Achse“ gibt, die eine wichtige Verbindung zwischen dem Darm, seiner Mikrobiota und der Keimbahn darstellt.

Um die Bedeutung dieser „Darm-Keimbahn-Achse“ für vererbbare Merkmale zu verstehen, kreuzten Wissenschaftler entweder unbehandelte oder dysbiotische Männchen mit unbehandelten Weibchen. Mäuse von dysbiotischen Vätern zeigten deutlich geringere Geburtsgewichte und eine erhöhte Sterblichkeit nach der Geburt. Verschiedene Kombinationen von Antibiotika sowie die Behandlung mit Abführmitteln, die Dysbiose verursachen (die auch die Mikrobiota stören), hatten ähnliche Auswirkungen auf die Nachkommen.

Es ist wichtig zu beachten, dass dieser Effekt reversibel ist. Nach dem Absetzen der Antibiotika wird das Mikrobiom der Väter wiederhergestellt. Wenn Mäuse mit wiederhergestelltem Mikrobiom mit unbehandelten Weibchen gepaart wurden, wurden ihre Nachkommen mit normalem Gewicht geboren und entwickelten sich normal.

„Wir haben beobachtet, dass intergenerationelle Effekte verschwinden, sobald das normale Mikrobiom wiederhergestellt ist. Das bedeutet, dass jede Veränderung des Darmmikrobioms, die intergenerationelle Effekte verursachen könnte, bei werdenden Vätern verhindert werden kann“, sagte Peer Bork, Direktor des EMBL Heidelberg, der an der Studie teilnahm.

„Der nächste Schritt besteht darin, im Detail zu verstehen, wie verschiedene Umweltfaktoren, wie Medikamente, einschließlich Antibiotika, die väterlichen Keimbahnen und damit die Embryonalentwicklung beeinflussen können.“

Aile Denboba, Erstautor der Veröffentlichung und ehemaliger Postdoktorand in Hacketts Gruppe, jetzt Gruppenleiter am Max-Planck-Institut für Immunologie und Epigenetik in Freiburg, Deutschland, fügte hinzu: „Die Studie entstand aus dem Wunsch, den Einfluss der Umwelt auf Väter zu verstehen, indem wir das Darmmikrobiom als Bindeglied zwischen Wirt-Umwelt-Interaktionen betrachten und ein ausreichendes Ursachenmodell für die Bewertung generationsübergreifender Gesundheitsrisiken in komplexen ökologischen Systemen erstellen.“

Der Einfluss von Vätern auf das Krankheitsrisiko während der Schwangerschaft

In ihrer Arbeit stellten Hackett und seine Kollegen auch fest, dass Plazentadefekte, einschließlich schlechter Gefäßversorgung und langsamem Wachstum, bei Schwangerschaften mit dysbiotischen Männern häufiger auftraten. Die defekten Plazenten zeigten Anzeichen einer bei Menschen häufigen Schwangerschaftskomplikation namens Präeklampsie, die zu schlechtem Wachstum der Nachkommen führt und ein Risikofaktor für eine Vielzahl von Krankheiten im späteren Leben ist.

„Unsere Forschung zeigt die Existenz eines Kommunikationskanals zwischen dem Darmmikrobiom und dem Fortpflanzungssystem bei Säugetieren. Darüber hinaus erhöhen Umweltfaktoren, die diese Signale bei werdenden Vätern stören, das Risiko einer gesundheitlichen Beeinträchtigung der Nachkommen, indem sie die Entwicklung der Plazenta verändern“, sagte Jamie Hackett, Koordinator des Forschungsprojekts und Gruppenleiter EMBL Rom.

„Dies bedeutet, dass bei Mäusen die väterliche Umgebung unmittelbar vor der Empfängnis die Merkmale der Nachkommen unabhängig von der genetischen Vererbung beeinflussen kann.“

„Gleichzeitig haben wir festgestellt, dass dieser Effekt nur in einer Generation beobachtet wird, und ich muss betonen, dass mehr Forschung erforderlich ist, um zu untersuchen, wie weit verbreitet diese Effekte sind und ob sie bei Menschen von Bedeutung sind. Es gibt angeborene Unterschiede, die bei der Übertragung von Mausstudien auf Menschen berücksichtigt werden müssen.“

Hackett fuhr fort: „Aber angesichts Angesichts der weit verbreiteten Verwendung von Ernährungspraktiken und Antibiotika in der westlichen Kultur, von denen bekannt ist, dass sie das Darmmikrobiom stören, ist es wichtig, die generationsübergreifenden Auswirkungen von Vätern und deren möglichen Einfluss auf Schwangerschaftsergebnisse und Krankheitsrisiken in der Bevölkerung genauer zu untersuchen.“ "