9. Exposition gegenüber landwirtschaftlichen Pestiziden

Glyphosat blockiert den Shikimatweg, den Darmbakterien nutzen und der menschlichen Zellen fehlt, und unterdrückt so selektiv Bifidobacterium und Lactobacillus; die Wahl von Bioerzeugnissen senkt die Last.

Pestizide – stille Modulatoren der mikrobiellen Darmgesundheit

Pestizidrückstände auf Lebensmitteln und in der Umwelt betreffen nicht nur Schädlinge – sie verändern unmittelbar Ihre Darmmikrobiota, Ihre Immunfunktion und Ihr Stoffwechselgleichgewicht [39].

Die Wirkungen der Pestizidexposition auf die Darmmikrobiota wurden durch eine Verbindung aus Tierstudien, Kohortenstudien an landwirtschaftlich Beschäftigten und Studien in der Allgemeinbevölkerung belegt, die die Konzentrationen von Pestizidmetaboliten im Urin als Expositionsmaß nutzten. Das Herbizid Glyphosat zog besondere Forschungsaufmerksamkeit auf sich, nachdem Samsel und Seneff es 2013 in einer Arbeit in Entropy als möglichen endokrinen Disruptor mit vermuteten Wirkungen auf die Darmmikrobiota benannt hatten – eine Arbeit, deren Schlussfolgerungen umstritten waren, die aber umfangreiche experimentelle Folgearbeiten anstieß. [291] Robuster belegt ist die Wirkung von Chlorpyrifos, einem in der Landwirtschaft breit eingesetzten Organophosphatinsektizid, auf die Darmmikrobiota in Tiermodellen und bei Kindern mit dokumentierter Exposition. Eine Studie von Liang und Kollegen zeigte, dass Chlorpyrifos die Zusammensetzung der Darmmikrobiota bei Mäusen veränderte, Lactobacillus und Bifidobacterium verringerte und Clostridium erhöhte, verbunden mit Veränderungen der Darmpermeabilität und der Entzündungsmarker. In einer Humankohortenstudie an landwirtschaftlich Beschäftigten korrelierten die Konzentrationen von Chlorpyrifosmetaboliten im Urin mit Markern einer Dysbiose der Darmmikrobiota und mit erhöhten Biomarkern der Darmpermeabilität. [144] Der Mechanismus umfasst sowohl direkte antimikrobielle Wirkungen der Pestizidverbindungen im Darmlumen als auch indirekte Wirkungen über die Störung des Darmepithels und der Immunregulation. Viele landwirtschaftliche Pestizide haben breit wirksame antimikrobielle Eigenschaften, die Teil ihres Wirkmechanismus gegen Schädlinge im Anbau sind – Eigenschaften, die durch die Verstoffwechselung nicht beseitigt werden und die bei den über die Nahrung erreichten Darmkonzentrationen aktiv sein können. Für die Allgemeinbevölkerung stellt die Aufnahme von Pestizidrückständen über konventionell angebaute Erzeugnisse den wichtigsten Expositionsweg dar. Erzeugnisse zu waschen, wo machbar bei rückstandsreichen Kulturen Bioware zu wählen und ein vielfältiges Ernährungsmuster beizubehalten, das die Widerstandsfähigkeit der Mikrobiota unterstützt, sind praktische mikrobiotaschützende Strategien im Rahmen einer unvermeidbaren Hintergrundexposition gegenüber Pestiziden.

Die Wirkungen der Pestizidexposition auf die Darmmikrobiota gelangten über die Agrarepidemiologie in die Forschung. Eine 2019 in Environmental Science and Technology veröffentlichte Studie von Liang und Kollegen untersuchte die Darmmikrobiota bei ländlichen Bauernfamilien in China mit unterschiedlich hoher Pestizidexposition je nach Anbaupraxis. Eine höhere Pestizidexposition – besonders gegenüber Organophosphaten und Glyphosat – korrelierte mit einer deutlich geringeren mikrobiellen Vielfalt im Darm, mit spezifischen Rückgängen von Bifidobacterium und Lactobacillus und mit einer höheren relativen Häufigkeit von Enterobacteriaceae. [291] Glyphosat – weltweit das am breitesten eingesetzte landwirtschaftliche Herbizid, dessen Rückstände in konventionell angebauten Lebensmitteln nachweisbar sind – wurde besonders genau geprüft. Glyphosat hemmt den Shikimatweg, den Pflanzen für die Synthese aromatischer Aminosäuren nutzen. Darmbakterien, die einen bakteriellen Shikimatweg besitzen, sind für den Hemmmechanismus von Glyphosat unmittelbar empfänglich. Eine 2013 in Current Microbiology veröffentlichte Studie von Shehata und Kollegen zeigte, dass zu den hoch empfänglichen Stämmen unter den häufigen Darmbakterien Enterococcus faecalis und Bifidobacterium adolescentis zählten, während zu den weniger empfänglichen Stämmen Salmonella- und Clostridium-Arten gehörten – ein Selektivitätsprofil, das das Gleichgewicht zwischen Kommensalen und Pathobionten verschieben könnte. [2705] Die Übertragung auf die Exposition des Menschen über die Nahrung wird durch die Dosis verkompliziert: Die Glyphosatrückstände in Lebensmitteln liegen typischerweise weit unter den Konzentrationen, die in In-vitro-Studien zur bakteriellen Hemmung verwendet werden. Epidemiologische Studien an Bevölkerungen mit höherer Pestizidaufnahme über die Nahrung (Konsumierende konventioneller vs. biologischer Lebensmittel) zeigen bescheidene, aber konsistente Assoziationen mit einer verringerten Vielfalt der Darmmikrobiota. Die Effektstärke ist geringer als bei Antibiotika oder Ballaststoffen, doch angesichts des Umfangs des weltweiten Pestizideinsatzes und der Exposition über die Nahrung könnten Mikrobiotawirkungen auf Bevölkerungsebene relevant sein. Die praktische Anwendung ist auf individueller Ebene geradlinig: Biologisch angebauten Erzeugnissen bei rückstandsreichen Kulturen Vorrang zu geben verringert die pestizidassoziierte Störung der Mikrobiota, während eine hohe Ballaststoffzufuhr aus beliebiger Quelle jene SCFA-bildenden Taxa unterstützt, die die Pestizidexposition tendenziell unterdrückt.

Menschen stellen sich Pestizide üblicherweise als etwas vor, das zu Feldern und Landmaschinen gehört, nicht zu den täglichen Mahlzeiten. Doch winzige Rückstände können den Körper über Nahrung, Trinkwasser, Hausstaub und – in der Nähe landwirtschaftlicher Flächen – über die Luft erreichen. Da die Exposition oft wiederholt und langfristig erfolgt, ist die Darmmikrobiota eines der Systeme, die den Unterschied am ehesten bemerken [291].

Pestizide sind nicht inert. Sie sind darauf ausgelegt, in lebende Organismen einzugreifen, und einige der biologischen Wege, auf die sie wirken, finden sich auch in Mikroben. Das bedeutet nicht, dass jede Exposition Schaden verursacht, hilft aber zu erklären, warum das Darmökosystem auf niedrigschwelligen chemischen Druck reagieren kann.

Glyphosat wird häufig besprochen, weil sein Hauptangriffspunkt, der Shikimatweg, in vielen Bakterien vorhanden ist, in menschlichen Zellen jedoch nicht. In Labor- und Tierstudien kann dieser Mechanismus das mikrobielle Gleichgewicht verschieben, wenngleich Ausmaß und Richtung der Wirkung von Dosis, Ernährung und Ausgangsmikrobiota abhängen. Im wirklichen Leben ist die Exposition des Menschen meist gemischt und veränderlich, was klare Ursache-Wirkungs-Schlüsse erschwert.

Andere Pestizidklassen wirken anders. Organophosphate und verwandte Verbindungen können die Entzündungssignalgebung und den oxidativen Stress beeinflussen, was wiederum das Darmmilieu prägt, in dem Mikroben leben. Fungizide fügen eine weitere Ebene hinzu, denn der Darm enthält nicht nur Bakterien, sondern auch kleine Pilzgemeinschaften und Viren, die auf Veränderungen der Immunlage und der Schleimhautverhältnisse reagieren.

Klinisch zählt oft die Funktion und nicht ein einzelnes benanntes Bakterium. Wenn die mikrobielle Fermentation von Ballaststoffen zurückgeht, kann die Bildung kurzkettiger Fettsäuren sinken, und die Darmbarriere kann instabiler werden. Eine schwächere Barriere verstärkt tendenziell die Entzündung, und die Entzündung wiederum selektiert Mikroben, die Stress besser vertragen – wodurch eine allmähliche Verschiebung statt eines plötzlichen Zusammenbruchs entsteht.

Die Evidenz beim Menschen entwickelt sich noch. Manche Studien verknüpfen höhere Marker der Pestizidexposition mit Unterschieden mikrobieller Muster und fäkaler Metabolite, doch diese Befunde werden von Ernährung, Medikamenten, Geografie und weiteren Expositionen beeinflusst. Zutreffender ist es daher, Pestizide als einen Beitrag zur Belastung der Mikrobiota zu behandeln, besonders bei Menschen, die ohnehin eine gastrointestinale Empfindlichkeit haben.

Die Mikrobiota verändert auch, wie der Körper mit Chemikalien umgeht. Mikroben können bestimmte Verbindungen in Formen umwandeln, die weniger aktiv – manchmal aber auch reaktiver – sind, bevor sie den Blutkreislauf erreichen. Deshalb kann sich dieselbe Exposition für eine Person harmlos und für eine andere störend anfühlen, je nach Ausgangsfunktion der Mikrobiota, Ernährung und allgemeiner Widerstandsfähigkeit.

Aus Sicht der Patientinnen und Patienten ist das Ziel keine Perfektion, sondern Risikominderung. Erzeugnisse zu waschen, die Lebensmittelauswahl zu variieren und dort, wo es praktikabel ist, rückstandsärmere Optionen zu wählen, kann die wiederholte Exposition verringern. Eine ballaststoffreiche, abwechslungsreiche Ernährung bleibt der verlässlichste Weg, die mikrobielle Funktion zu unterstützen, während der Körper weiterhin in einer Welt lebt, in der sich chemische Expositionen nicht vollständig vermeiden lassen.

Wie sich die Pestizidexposition minimieren und die Darmgesundheit unterstützen lässt

Alltägliche Lebensmittelentscheidungen können die unnötige Pestizidexposition verringern, ohne Mahlzeiten zu einer Quelle von Angst zu machen – besonders indem die Herkunft der Erzeugnisse variiert und der saisonalen Verfügbarkeit gefolgt wird.

Sorgfältiges Waschen von Obst und Gemüse hilft, Oberflächenrückstände zu entfernen, kann jedoch keine Chemikalien beseitigen, die in das Pflanzengewebe selbst eingedrungen sind.

Schälen kann die Exposition bei bestimmten Erzeugnissen senken, entfernt aber auch einen Teil der Ballaststoffe, die nützliche Mikroben nähren, weshalb die Entscheidung individuell zu treffen ist.

Der eigene Gartenanbau oder die Wahl von Erzeugnissen aus bekannten lokalen Quellen bietet mehr Kontrolle über die Anbaupraxis und verbessert häufig die Ernährungsvielfalt.

Ernährungsweisen mit vielen schwefelhaltigen und pflanzlichen Lebensmitteln unterstützen die normale Stoffwechselverarbeitung in Leber und Darm und bieten damit einen physiologischen statt eines "Detox"-Ansatzes.

Polyphenolhaltige Lebensmittel können dem Darm helfen, mit oxidativem Stress umzugehen, und können mikrobielle Funktionen fördern, die mit Widerstandsfähigkeit assoziiert sind.

Fermentierte Lebensmittel können eine ballaststoffreiche Ernährung in Phasen höherer Exposition ergänzen, wenngleich ihre Verträglichkeit von Person zu Person unterschiedlich ist.

Ausreichende Flüssigkeitszufuhr und regelmäßiger Stuhlgang erleichtern die natürliche Ausscheidung von Metaboliten über die etablierten physiologischen Wege.

Moderate körperliche Aktivität unterstützt Kreislauf und allgemeine Stoffwechselgesundheit und kommt damit indirekt dem Darmökosystem zugute.

Hausstaub zu verringern und eine geeignete Luftfilterung zu nutzen kann in Regionen mit intensiver landwirtschaftlicher Ausbringung relevant sein.

Wirkungen auf die Mikrobiota

• Glyphosat und andere Pestizide können mikrobielle Stoffwechselwege beeinflussen, doch Rückgänge von Lactobacillus oder Bifidobacterium sind kontextabhängig und nicht allgemeingültig [144] [291].
• Unter Selektionsdruck kann es zur Ausbreitung opportunistischer Keime kommen, doch das Entstehen von Antibiotikaresistenz ist kein konsistentes oder unmittelbares Ergebnis [144].
• Experimentelle Modelle zeigen Wirkungen auf die Tight Junctions des Epithels, während die Evidenz beim Menschen für einen klinisch bedeutsamen "leaky gut" indirekt bleibt.
• Veränderungen der SCFA-Profile sind plausibel, doch Verschiebungen der Butyratbildung variieren mit der Ernährung und der Ausgangszusammensetzung der Mikrobiota.
• Eine chronische Exposition in geringer Dosis ist mit entzündlicher Signalgebung verknüpft, wenngleich die Kausalität beim Menschen weiterhin assoziativ ist.
• Berichtete Assoziationen mit IBS, IBD sowie metabolischen oder neuroinflammatorischen Erkrankungen spiegeln eine multifaktorielle Anfälligkeit wider und keine pestizidspezifische Erkrankung.
• Eine verringerte mikrobielle Widerstandsfähigkeit kann die Pufferkapazität gegenüber anderen Stressfaktoren wie Antibiotika oder schlechter Ernährung senken.
• Polyphenole und präbiotische Ballaststoffe können die mikrobielle Erholung unterstützen, mildern chemische Wirkungen aber eher ab, als dass sie sie neutralisieren.
• Interaktionen zwischen Darm und Leber können Pestizidmetabolite verändern, doch der Begriff "Entgiftungsachse" ist funktionell zu verstehen und nicht als ein einzelner Weg.
• Eine Exposition in der frühen Lebensphase könnte die Immunerziehung prägen, wenngleich die langfristigen Ergebnisse beim Menschen nicht abschließend belegt sind.

Hinweise für Patientinnen und Patienten

• Variieren Sie Ihre Lebensmittelquellen und wählen Sie rückstandsärmere Optionen, wenn sie verfügbar sind.
• Waschen Sie Obst und Gemüse sorgfältig, bevor Sie es essen.
• Essen Sie täglich ballaststoffreiche Mahlzeiten, um schützende Darmfunktionen zu unterstützen.
• Nehmen Sie fermentierte Lebensmittel auf, wenn Sie sie gut vertragen.
• Nutzen Sie Knoblauch, Zwiebeln und Kreuzblütlergemüse als Teil einer normalen Ernährung, um den Stoffwechsel zu unterstützen.
• Trinken Sie genug Wasser, um einen regelmäßigen Stuhlgang zu erhalten.
• Bleiben Sie an den meisten Tagen der Woche moderat körperlich aktiv.
• Wenn Sie zu Hause Lebensmittel anbauen, bevorzugen Sie nichtchemische Methoden der Schädlingsbekämpfung.
• Verringern Sie Hausstaub, besonders in Gebieten nahe landwirtschaftlicher Ausbringung.
• Denken Sie daran: Kleine, beständige Schritte senken den Druck auf Ihr Darmökosystem.

Literatur

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

[39] 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

[144] Cani PD, Amar J, Iglesias MA et al. Metabolic endotoxemia initiates obesity and insulin resistance. Diabetes. 2007. Link

[291] Liang Y, Zhan J, Liu D et al. Organophosphorus pesticide chlorpyrifos intake promotes obesity and insulin resistance through impacting gut and gut microbiota. Microbiome. 2019. Link

[2705] Mesnage R, Teixeira M, Mandrioli D, et al. Use of Shotgun Metagenomics and Metabolomics to Evaluate the Impact of Glyphosate or Roundup MON 52276 on the Gut Microbiota and Serum Metabolome of Sprague-Dawley Rats. . 2021. Link