XI. 2. Unterschiede des Mikrobioms zwischen Land und Stadt

Ob Sie auf dem Land oder in der Stadt leben, prägt die Mikroben, denen Sie begegnen: Ländliche Umgebungen unterstützen tendenziell eine reichere, vielfältigere Darmflora und ein besser geschultes Immunsystem.

Die Umwelt prägt die Mikrobiota – Leben auf dem Land und in der Stadt

Wo Sie leben – auf dem Land oder in der Stadt – prägt Ihre mikrobiellen Expositionen, Ihre Darmvielfalt und Ihre Immungesundheit [653] [459].

Die Divergenz zwischen ländlichem und städtischem Mikrobiom wurde epidemiologisch im Detail dokumentiert – durch eine Reihe von Studien an eingewanderten Bevölkerungsgruppen, die aus ländlichen in städtische Umgebungen gezogen waren, und durch Querschnittsvergleiche ländlicher und städtischer Bevölkerungen desselben Landes mit ähnlichen Ernährungsmustern. Eine 2014 in Nature Communications veröffentlichte Studie von Schnorr und Kollegen zur Mikrobiota der Hadza-Jäger und -Sammler in Tansania – eines der am umfassendsten charakterisierten Mikrobiome einer traditionellen Bevölkerung – fand eine signifikant höhere mikrobielle Vielfalt als bei nach Alter und Geschlecht abgeglichenen städtischen italienischen Kontrollen. [719] Unmittelbarer übertragbar war eine 2018 in Cell veröffentlichte Studie von Vangay und Kollegen zu Hmong- und Karen-Einwanderern, die aus Südostasien in die Vereinigten Staaten kamen, sowie zu in den USA geborenen Kontrollen. Innerhalb von Monaten nach der Ankunft zeigte die Darmmikrobiota der Eingewanderten messbare Verschiebungen hin zum westlichen Profil: Prevotella-dominierte Gemeinschaften gingen in Bacteroides-dominierte über, und die Vielfalt der Mikrobiota nahm im Vergleich zu Kontrollen im Herkunftsland ab. Der Verlust war über die Generationen fortschreitend: Eingewanderte der zweiten Generation zeigten eine stärker verwestlichte Mikrobiota als jene der ersten Generation. [675] Der Mechanismus hinter der Divergenz zwischen ländlichem und städtischem Mikrobiom umfasst mehrere zusammenwirkende Faktoren: Ernährungsumstellungen hin zu ballaststoffärmeren verarbeiteten Lebensmitteln, eine mit der Urbanisierung einhergehende geringere mikrobielle Umweltvielfalt, vermehrter Antibiotikaeinsatz sowie verringerter Kontakt zum Freien und zum Boden. Der Wegfall Prevotella-dominierter Enterotypen in urbanisierenden Bevölkerungen ist mit einer verringerten Kapazität zur Kohlenhydratfermentation, einer geringeren Bildung von fäkalem Butyrat (einer kurzkettigen Fettsäure, die die wichtigste Energiequelle der Kolonozyten ist) (einer kurzkettigen Fettsäure, die die Dickdarmzellen nährt und Entzündung verringert) und mit Verschiebungen des immunologischen Sollwerts hin zu einer stärkeren Entzündungsneigung assoziiert. [653] Die klinische Relevanz liegt darin, dass das westliche Muster der Darmmikrobiota keine artspezifische biologische Ausgangslage ist – es ist ein durch die Umwelt geprägter Zustand, der im Vergleich zu dem, womit sich das menschliche Immunsystem gemeinsam entwickelt hat, relativ verarmt sein könnte, mit Folgen für die mit der Urbanisierung verbundene Last chronischer Erkrankungen.

Den umfassendsten direkten Vergleich ländlicher und städtischer Darmmikrobiota innerhalb einer einzelnen Bevölkerung führten Sonnenburg und Kollegen in Stanford an den Hadza-Jägern und -Sammlern in Tansania durch – einer der wenigen verbliebenen Bevölkerungen weltweit mit vollständig traditioneller Ernährung und Lebensweise. Die 2017 in Science veröffentlichte Studie ergab, dass Hadza-Personen eine erheblich größere Vielfalt der Darmmikrobiota beherbergten als vergleichbare städtische westliche Kontrollen, darunter Taxa, die in westlichen Bevölkerungen nahezu fehlten – besonders nicht krankheitsassoziierte Treponema und Spirochaeten sowie eine Vielzahl von Prevotella und Ruminococcaceae. [676] Ein längsschnittlicher Teil der Studie fand, dass Vielfalt und Zusammensetzung der Hadza-Mikrobiota jahreszeitlich schwankten – passend zu den Zyklen der Nahrungsverfügbarkeit –, während die westliche Mikrobiota über die Jahreszeiten hinweg weit statischer blieb. Die Fähigkeit zur jahreszeitlichen mikrobiellen Umkonfiguration wurde als funktionelle Anpassung gedeutet, die die moderne westliche Mikrobiota verloren zu haben scheint. [676] Eine weitere Evidenzlinie stammt aus Studien an Eingewanderten: Hmong und Karen, die aus Thailand in die Vereinigten Staaten auswanderten, zeigten innerhalb von Monaten nach der Ankunft einen Verlust an Vielfalt und Funktion der Darmmikrobiota, wobei US-assoziierte Stämme die einheimischen fortschreitend verdrängten. Der Effekt verstärkte sich mit der Dauer des US-Aufenthalts und mit Adipositas und summierte sich über die Generationen: Das Profil der Eingewanderten der zweiten Generation lag näher an dem der in den USA Geborenen als jenes der ersten Generation. [675] Die klinische Deutung lautet nicht, dass das Landleben überlegen oder das Stadtleben ungesund wäre – sondern dass bestimmte Merkmale städtischer Umgebungen, die sich von ländlichen unterscheiden (geringere Ballaststoffzufuhr, verarbeitete Lebensmittel, verringerter Kontakt zur Umweltmikrobiota, Muster des Antibiotikagebrauchs), die wahrscheinlichen Treiber des Vielfaltsunterschieds sind. Diese Faktoren sind auch im städtischen Umfeld veränderbar [111].

Wo eine Person lebt, prägt ihren alltäglichen mikrobiellen Kontakt. Ländliche Umgebungen bringen in der Regel häufigeren Kontakt mit Erde, Pflanzen, Tieren und Außenluft mit sich, während das Stadtleben oft weniger regelmäßigen Kontakt mit natürlichen Umgebungen und mehr Zeit in Innenräumen bedeutet. Diese Unterschiede sind bedeutsam, weil das Immunsystem und unsere ansässigen Mikroben über viele Jahre hinweg auf wiederholte, niedrigschwellige Umweltsignale reagieren [111].

Im ländlichen Leben ist die mikrobielle Exposition oft breiter und abwechslungsreicher. Das bedeutet nicht, dass ländliche Mikroben den Darm auf einfache Weise "besiedeln", doch sie können die Neigung des Immunsystems beeinflussen, harmlose Reize zu tolerieren, statt mit übermäßiger Entzündung zu reagieren. Die stärkste Evidenz für dieses Muster stammt aus der Forschung zu allergischen Erkrankungen, besonders Asthma, wo bauernhofassoziierte Expositionen wiederholt mit einem geringeren Risiko im Kindesalter verknüpft werden.

Das Stadtleben schafft andere Belastungen. Begrenzte Grünflächen, abgedichtete Gebäude und weniger Kontakt zum Freien können die Bandbreite der mikrobiellen Umwelteinträge verengen. Zugleich sind Stadtbewohnerinnen und -bewohner mitunter Faktoren ausgesetzt, die die mikrobiotabezogene Gesundheit ebenfalls beeinflussen – Ernährungsmuster mit geringerer Ballaststoffzufuhr, eine höhere Luftschadstoffbelastung und mancherorts der häufigere Gebrauch antimikrobieller Reinigungsmittel. Keiner dieser Faktoren allein bestimmt die Gesundheit, doch zusammen können sie die Expositionen in eine Richtung verschieben, die die Immunbalance möglicherweise weniger unterstützt.

Studien, die auf Bauernhöfen aufgewachsene Kinder mit in Städten aufgewachsenen vergleichen, finden in den bauernhofexponierten Gruppen häufig niedrigere Raten von Heuschnupfen und Asthma. Diese Beobachtungen beweisen nicht, dass "das Landleben Allergien verhindert", legen aber nahe, dass die Umwelt in der frühen Lebensphase zur Immunentwicklung beiträgt. Bedeutsam ist, dass einige Studien Hausstaub und mikrobielle Innenraummuster als messbare Bindeglieder zwischen Wohnumfeld und Atemwegsergebnissen benennen.

Die Ernährung ist in beiden Umfeldern ein wesentlicher Modifikator. Ernährungsweisen mit mehr wenig verarbeiteten Lebensmitteln und Ballaststoffen unterstützen tendenziell mikrobielle Funktionen, die mit der Gesundheit der Darmbarriere und mit entzündungshemmender Signalgebung verbunden sind. Ernährungsweisen, die von hochverarbeiteten Lebensmitteln dominiert werden, können diese unterstützenden Funktionen verringern – unabhängig davon, ob eine Person in der Stadt oder auf dem Land lebt.

Wichtig ist auch, das Landleben nicht zu idealisieren. Ländliche Umgebungen können schädliche Expositionen einschließen, etwa bestimmte Agrarchemikalien, unsichere Wasserquellen oder spezifische Infektionen. Ebenso erhalten viele Menschen in Städten ihre Immun- und mikrobiotabezogene Gesundheit durch Ernährungsqualität, Zeit im Freien und vernünftige Hygienepraktiken.

Die praktische Botschaft lautet: Die Umwelt beeinflusst das Risiko, legt das Ergebnis für eine Person aber nicht fest. Auch im städtischen Umfeld können regelmäßiger Kontakt mit Grünflächen, Aufmerksamkeit für die Ballaststoffzufuhr und gezielte Hygiene statt routinemäßiger Sterilisation helfen, die täglichen Expositionen mit dem in Einklang zu bringen, was wir über Immunbalance und mikrobiotabezogene Gesundheit wissen.

Wie sich die mikrobielle Exposition im städtischen Umfeld verbessern lässt

Zeit in Grünflächen bietet natürlichen, niedrigschwelligen mikrobiellen Kontakt, der das Leben in Innenräumen ergänzen kann, ohne dass daraus eine direkte Darmbesiedlung folgt;

Die lokale Artenvielfalt kann dem Immunsystem als regelmäßiger Bezugspunkt dienen; Gemeinschaftsgärten, Flussufer und Wälder liefern komplexere Umweltsignale als eine rein bebaute Umgebung;

Die Ernährung bleibt der stärkste veränderbare Faktor; ballaststoffreiche und traditionell fermentierte Lebensmittel unterstützen mikrobielle Funktionen auch dann, wenn die Umweltexposition begrenzt ist;

Die Schadstoffbelastung zu verringern gehört zur Mikrobiotapflege; Luftverschmutzung und bestimmte synthetische Chemikalien können über indirekte Wege mit Entzündungen in Darm und Atemwegen zusammenwirken;

Aktivität im Freien im Kindesalter ist von besonderer Bedeutung, da die frühe Immunentwicklung empfindlicher auf Umweltvielfalt zu reagieren scheint als die Exposition im Erwachsenenalter;

Gelegentliche Aufenthalte außerhalb dicht bebauter Stadtgebiete können die Erfahrungen erweitern, doch langfristige Mikrobiotamuster werden vor allem von täglichen Gewohnheiten geprägt und nicht von kurzen Besuchen.

Wirkungen auf die Mikrobiota

• Ländliche Umgebungen sind oft mit einer breiteren mikrobiellen Umweltexposition assoziiert, doch das entspricht keiner direkten Darmbesiedlung; die Hauptwirkung liegt wahrscheinlich in der Immunmodulation und nicht in einer schlichten Übertragung von Organismen [675].
• Eine höhere Vielfalt der Darmmikroben wird in ländlichen Bevölkerungen häufiger beobachtet, doch dieser Zusammenhang wird stark von Ernährung, Antibiotikagebrauch und sozioökonomischen Faktoren beeinflusst, nicht vom Wohnort allein [111] [653].
• Prevotella-dominante Profile sind bei ballaststoffreichen, pflanzenbetonten Ernährungsweisen häufig, wie sie für manche ländlichen Ernährungsmuster typisch sind, während eine Bacteroides-Dominanz stärker mit westlichen Ernährungsmustern zusammenhängt als mit der "Urbanität" selbst.
• Bauernhofbezogene Expositionen korrelieren mit niedrigeren Raten von Allergie und Asthma, wobei die Evidenz eher auf eine Schulung der angeborenen Immunität durch Hausstaub und Umweltmikroben hinweist als auf bestimmte Darmtaxa.
• Das Stadtleben ist mit geringerem Kontakt zu Umweltmikroben verknüpft, doch Reichtum und Stabilität der Darmmikrobiota schwanken zwischen Personen erheblich und lassen sich nicht allein anhand des Wohnorts verallgemeinern.
• Schadstoffe und antimikrobielle Chemikalien können mikrobielle Ökosysteme beeinflussen, doch ihre Wirkungen auf den Darm sind indirekt und treten in Wechselwirkung mit Ernährung, Medikamenten und der Genetik des Wirts.
• Wesentliche funktionelle Gruppen, etwa SCFA^[G]-bildende Bacillota (früher Firmicutes) (z. B. Faecalibacterium, Roseburia), werden vor allem durch Ballaststoffe geprägt, während Land-Stadt-Unterschiede eher als Modifikatoren denn als primäre Treiber wirken.
• Pilzliche und virale Bestandteile (Mykobiom und Virom) unterscheiden sich zwischen den Umgebungen, doch die Evidenz für ihre direkte Rolle in der Darmgesundheit ist noch im Entstehen und weitgehend assoziativ.
• Interaktionen zwischen Mikrobiota und Körpersystemen betreffen die Darm-Lungen- und die Darm-Hirn-Achse und werden über Metabolite und Immunsignale vermittelt, nicht über das bloße Vorhandensein oder Fehlen einzelner Bakterien.

Hinweise für Patientinnen und Patienten

• Versuchen Sie, jede Woche Zeit in Grünflächen zu verbringen – Parks oder Natur in der Nähe genügen; Perfektion ist nicht erforderlich.
• Lassen Sie Kinder im Freien spielen, wann immer es sicher ist – der Kontakt mit natürlichen Umgebungen in der frühen Lebensphase zählt mehr als die Exposition im Erwachsenenalter.
• Betreiben Sie Gartenarbeit als Hobby, nicht als Therapie – genießen Sie sie, aber verlassen Sie sich nicht auf Pflanzen als medizinische Behandlung.
• Verwenden Sie Desinfektionsmittel nur, wenn es einen echten Grund gibt – in Küchen, Bädern oder bei Krankheitsfällen.
• Bauen Sie Ihre Mahlzeiten um Ballaststoffe und einfache fermentierte Lebensmittel herum auf – sie unterstützen zentrale mikrobielle Funktionen, unabhängig davon, wo Sie leben.
• Betrachten Sie kurze Landaufenthalte als Erlebnisse, nicht als "mikrobielle Neustarts".
• Denken Sie daran, dass tägliche Gewohnheiten Ihre Mikrobiota stärker prägen als einzelne Ereignisse.

Literatur

[111] Koh A, De Vadder F, Kovatcheva-Datchary P, Bäckhed F. From Dietary Fiber to Host Physiology: Short-Chain Fatty Acids as Key Bacterial Metabolites. Cell. 2016. Link

Mechanistische Übersichtsarbeit zu kurzkettigen Fettsäuren (SCFA), die bei der bakteriellen Fermentation von Ballaststoffen entstehen. Fermentierbare Ballaststoffe sind die primäre Energiequelle der Kolonmikrobiota; die wichtigsten Fermentationsprodukte sind **Acetat, Propionat und Butyrat**. **Butyrat ist das wichtigste Energiesubstrat der Kolonozyten**; SCFA beeinflussen zudem die Barriereintegrität, die Immunfunktion und — nach Übertritt in den Kreislauf — den Wirtsstoffwechsel, teils über G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPR41/43) und Histon-Deacetylase-Hemmung. Dieser Eintrag ist die Quelle für die Lehrbuchaussagen von III.2 (S-0302-01, -02). Wichtig: eine **Übersichtsarbeit**, keine eigenen experimentellen Daten.

[459] Sonnenburg JL, Bäckhed F. Diet–microbiota interactions as moderators of human metabolism. Nature. 2016. Link

Übersichtsarbeit zu den Mechanismen, die die Darmmikrobiota mit Adipositas und Typ-2-Diabetes verbinden, gestützt auf translationale Tiermodelle und Humanstudien. Die Mikrobiota erweist sich als Vermittler des Einflusses der Ernährung auf den metabolischen Status des Wirts; zunehmend wird angestrebt, kausale Zusammenhänge beim Menschen zu belegen und therapeutische Interventionen einschließlich personalisierter Ernährung zu entwickeln.

[653] Rook, G. A. Regulation of the immune system by biodiversity from the natural environment. Proc Natl Acad Sci USA. 2013. Link

Diese Übersichtsarbeit fasst Belege zusammen, wonach die Nähe zu natürlichen Umgebungen mit geringerer Mortalität sowie geringerer kardiovaskulärer und psychiatrischer Morbidität assoziiert ist. Die Autoren heben hervor, dass die zunehmende Last chronischer Erkrankungen in einkommensstarken Ländern mit einer gestörten Immunregulation und persistierender niedriggradiger Entzündung einhergeht, teilweise bedingt durch den Verlust der Exposition gegenüber evolutionär koadaptierten Old-Friends-Mikroorganismen. Die Hypothese verbindet biodiversitätsreiche Umgebungen mit einem immunregulatorischen Training, das vor chronisch-entzündlichen Erkrankungen schützt. Damit erscheint die Exposition gegenüber Grünflächen als immunologische und nicht rein psychologische Intervention.

[675] Vangay P, Johnson AJ, Ward TL et al. US immigration westernizes the human gut microbiome. Cell. 2018. Link

In dieser Studie wurden Stuhlproben, Ernährungsprotokolle und anthropometrische Daten von 514 Hmong- und Karen-Einwanderern der ersten und zweiten Generation in den USA, von 19 Karen-Personen vor und nach der Einwanderung sowie von 36 in den USA geborenen Europäisch-Amerikanern erhoben. 16S- und Shotgun-Metagenom-Sequenzierung zeigte, dass die Migration in die USA mit einem sofortigen Verlust an Diversität und Funktion des Darmmikrobioms einhergeht, wobei US-assoziierte Stämme und Funktionen die einheimischen verdrängen. Die Effekte nahmen mit der Aufenthaltsdauer in den USA zu und wurden durch Adipositas sowie über die Generationen hinweg verstärkt. Die Ergebnisse dokumentieren eine mikrobielle Verwestlichung als messbare Folge der Einwanderung.

[676] Smits SA, Leach J, Sonnenburg ED et al. Seasonal cycling in the gut microbiome of the Hadza hunter-gatherers of Tanzania. Science. 2017. Link

Diese Studie analysierte 350 longitudinale Stuhlproben tansanischer Hadza-Jäger-und-Sammler über mehr als ein Jahr. Die Daten zeigten eine jährliche zyklische Umgestaltung des Darmmikrobioms mit saisonal nicht mehr nachweisbaren und anschließend wieder auftretenden Taxa. Der Vergleich mit 18 Populationen aus 16 Ländern zeigte, dass die Zusammensetzung der Darmgemeinschaft dem Grad der Modernisierung folgt und dass die bei den Hadza saisonal volatilsten Taxa dieselben sind, die industrialisierte von traditionellen Populationen unterscheiden. Die Befunde dokumentieren den Verlust dynamischer mikrobieller Linien in modernisierten Populationen als wahrscheinliche Folge des verwestlichten Lebensstils.

[719] Schnorr SL, Candela M, Rampelli S et al. Gut microbiome of the Hadza hunter-gatherers. Nat Commun. 2014. Link

Die Autoren charakterisierten das Darmmikrobiom der Hadza-Jäger-und-Sammler in Tansania und verglichen es mit ländlichen afrikanischen Ackerbaupopulationen sowie italienischen städtischen Kontrollen. Die Hadza wiesen eine deutlich höhere mikrobielle Reichhaltigkeit und Biodiversität auf als die städtischen Kontrollen. Ihrer Mikrobiota fehlte Bifidobacterium; sie zeigte Geschlechtsunterschiede, die mit der geschlechtsspezifischen Arbeitsteilung beim Nahrungserwerb verknüpft sind, und war angereichert an Prevotella, Treponema und nicht klassifizierten Bacteroidetes sowie durch eine eigenständige Anordnung der Clostridiales gekennzeichnet. Diese Merkmale unterstützen wahrscheinlich die effiziente Nährstoffgewinnung aus faserreicher pflanzlicher Nahrung. Die Befunde veranschaulichen die Ko-Evolution der Mikrobiota mit der Subsistenzstrategie und stellen Annahmen über ein universelles gesundes Mikrobiom infrage.