XIII.5.

5. Intergenerationelle Übertragung

Die Mikrobiota wird entlang der mütterlichen Linie vererbt – bei der Geburt und über das Stillen –, sodass die Pflege der eigenen Darmgemeinschaft zugleich ein lebendiges Erbe für die nächste Generation ist.

Das unsichtbare Erbe: wie Mikroorganismen über Generationen weitergegeben werden

Die Mikrobiota wird nicht nur von unserem Lebensstil geprägt, sondern über die mütterliche Linie auch durch vertikale Übertragung weitergegeben [39].

Anekdote

Im Jahr 2006 veröffentlichte das Labor von Jeffrey Gordon an der Washington University in St. Louis in Nature ein Experiment, das eine komplexe Argumentation zu einem einzigen übertragbaren Ergebnis verdichtete. Das Team hatte Zwillingspaare untersucht, die hinsichtlich Adipositas diskordant waren – eine Person adipös, eine schlank – und dabei durchgängige Unterschiede in der Zusammensetzung ihrer Darmmikrobiota dokumentiert. Die Frage war, ob der Mikrobiotaunterschied eine Ursache des Stoffwechselunterschieds war oder dessen Folge. Um das zu beantworten, übertrug das Team Mikrobiota von adipösen und von schlanken menschlichen Spenderinnen und Spendern auf keimfreie^[G] Mäuse, die ohne eigene Mikrobiota aufgezogen worden waren. Die Mäuse, die Mikrobiota von adipösen Spenderinnen und Spendern erhielten, nahmen bei gleicher Ernährung deutlich mehr Fettmasse zu als die Mäuse, die Mikrobiota von schlanken Spenderinnen und Spendern erhielten. Der metabolische Phänotyp war mit der Mikrobiota übertragen worden. Gordons Experiment handelte nicht von Vererbung im herkömmlichen genetischen Sinn. Doch es zeigte etwas mit unmittelbaren Folgen für die intergenerationelle Dimension der Mikrobiomforschung: dass die mikrobiellen Gemeinschaften, die bei der Geburt, über das Stillen und über das gemeinsame häusliche Umfeld von der Mutter auf das Kind übergehen, funktionelle Stoffwechselinformation tragen. Wovon das Mikrobiom einer Mutter geprägt wurde – ihre Ernährung, ihre Antibiotikaexpositionen, ihre eigene Geburtsgeschichte –, ist zum Teil das, was sie weitergibt. Das Erbe ist real. Es liegt nur nicht vollständig im Genom.

Die intergenerationelle Übertragung der Darmmikrobiota – die Weitergabe mikrobieller Gemeinschaften und funktioneller Kapazität von Eltern an Kinder über Generationen – wurde in einer Studie von Yassour und Kolleginnen und Kollegen beschrieben, die metagenomisches Stamm-Tracking in Mutter-Kind-Paaren untersuchte. Die Studie zeigte, dass bestimmte Bakterienstämme, die den mütterlichen Darm besiedeln, in den ersten Lebensmonaten im Darm des Säuglings nachweisbar waren, wobei die Übertragungseffizienz je nach Stamm und Geburtsmodus variierte: Vaginal geborene Säuglinge zeigten einen höheren und vielfältigeren Erwerb mütterlicher Stämme als kaiserschnittgeborene Säuglinge. [302] Die mehrgenerationalen Folgen einer Mikrobiotastörung wurden in einer wegweisenden, 2016 in Nature veröffentlichten Mausstudie von Sonnenburg und Kolleginnen und Kollegen untersucht. Mäuse, die eine ballaststoffarme Kost erhielten, zeigten innerhalb einer Generation Veränderungen der Darmmikrobiota – verringerte Vielfalt und Verlust bestimmter ballaststoffabbauender Taxa. Als diese Mäuse verpaart und ihre Nachkommen mit einer normalen ballaststoffhaltigen Kost gefüttert wurden, erholte sich die Mikrobiota nicht vollständig: Bestimmte in der Elterngeneration verlorene Taxa kehrten auch mit Ernährungskorrektur nicht zurück. Nach vier Generationen ballaststoffarmer Fütterung zeigte die Mikrobiota kumulative Auslöschungen, die sich durch eine Wiedereinführung von Ballaststoffen nicht umkehren ließen. [303] Die klinische Folgerung lautet, dass die über Generationen westlicher Ernährungsmuster und antimikrobieller Expositionen angehäufte "Aussterbeschuld" der Mikrobiota nicht allein durch individuelle Ernährungsmaßnahmen vollständig auszugleichen ist. Die für eine vollständige Wiederherstellung nötigen Organismen sind im westlichen Darmökosystem möglicherweise nicht mehr in ausreichender Häufigkeit vorhanden, um selbst unter günstigen Ernährungsbedingungen wieder zu besiedeln. Das ist eine Begründung für FMT von Spenderinnen und Spendern, deren Mikrobiota von traditionellen Ernährungsmustern geprägt ist, und für die laufenden klinischen Studien zur Wiederherstellung der Mikrobiota durch die gezielte Zufuhr von Organismen, die im westlichen Darm derzeit nicht verbreitet sind. [24] Für den Einzelnen legt die intergenerationelle Perspektive nahe, dass die Optimierung der Mikrobiota nicht nur eine persönliche Gesundheitsmaßnahme ist, sondern eine Investition in das mikrobielle Erbe, das über die mütterliche Besiedlung bei der Geburt, das Stillen und den frühen Umweltkontakt an die folgenden Generationen weitergegeben wird.

Die Mikrobiota wird vom Lebensstil geprägt, doch sie beginnt auch mit dem, was ein Kind von der Mutter erhält. Dieses "Erbe" ist kein genetischer Code. Es ist eine Gesamtheit lebender Organismen und Signale, die helfen, die erste Darmgemeinschaft zu etablieren und die frühe Immunentwicklung zu lenken [24].

Der größte Teil der mikrobiellen Übertragung geschieht bei und nach der Geburt. Während der Entbindung bringt der enge Kontakt mit mütterlichen Körperregionen den Säugling mit Mikroorganismen in Berührung, die den Darm besiedeln können. In den darauffolgenden Wochen liefern das Stillen und der alltägliche Körperkontakt weiterhin Exposition und unterstützen die Auswahl säuglingsangepasster Organismen.

Mehrere mütterliche Quellen tragen bei, aber nicht in gleichem Maß. Mikroorganismen aus dem Darm der Mutter bleiben im Säuglingsdarm häufig eher bestehen, während Stämme von der Haut oder aus der vaginalen Nische eher vorübergehend sein können. Was bleibt, wird durch eine starke Selektion in den ersten Tagen und Wochen geprägt, wenn sich das Milieu im Säuglingsdarm rasch verändert.

Der Geburtsmodus kann dieses frühe Muster verschieben. Studien zeigen wiederholt, dass die Kaiserschnittgeburt mit einer verringerten frühen Übertragung mütterlicher Bacteroides-Stämme und einem höheren relativen Vorkommen krankenhaus- und hautassoziierter Organismen einhergeht. Diese Unterschiede sind meist früh am deutlichsten und können durch peripartale Antibiotika sowie dadurch, ob das Stillen etabliert wird, weiter beeinflusst werden.

Das Stillen fügt eine zweite Ebene des Erbes hinzu. Es liefert Immunfaktoren wie sekretorisches IgA und selektive Substrate, die säuglingsangepasste Bakterien begünstigen, besonders bestimmte Bifidobakterien. Das "garantiert" keine bestimmte Mikrobiota, unterstützt aber ein verbreitetes Muster der frühen Lebensphase, das sich von der ausschließlichen Ernährung mit Säuglingsnahrung unterscheidet.

Das mütterliche Exposom^[G] ist weiterhin bedeutsam, vor allem weil es den mikrobiellen Pool und den biologischen Kontext der Übertragung verändert. Ernährung, Medikamenteneinnahme, Schlaf und Stress können allesamt die mikrobielle Zusammensetzung und den immunologischen Grundton beeinflussen. Diese Faktoren sind veränderbar, weshalb das mikrobielle Erbe besser als Ausgangsverlauf denn als feststehendes Ergebnis beschrieben wird.

Wichtig ist auch, die klinische Deutung ausgewogen zu halten. Zwischen frühen mikrobiellen Mustern und späteren immunologischen oder metabolischen Verläufen bestehen Assoziationen, doch diese Zusammenhänge werden von vielen zusammenwirkenden Variablen geprägt. Die Mikrobiota ist einer von mehreren Beiträgen neben Genetik, Umwelt, Infektionen und medizinischer Versorgung.

Aus praktischer Sicht ist die Kernbotschaft einfach: Wer die mütterliche Gesundheit vor und nach der Geburt unterstützt, unterstützt die Bedingungen für eine gesunde mikrobielle Übertragung. Die Säuglingsmikrobiota entwickelt sich über das gesamte erste Lebensjahr und darüber hinaus weiter, und alltägliche Faktoren können sie mit der Zeit umgestalten.

Ein positives mikrobielles Erbe unterstützen

Die Darmgesundheit der Mutter während der Schwangerschaft gilt als wichtiger Hintergrund für die mikrobielle Übertragung, wobei ballaststoffreiche und abwechslungsreiche Ernährungsweisen Substrate für nützliche Gemeinschaften liefern;

Der Antibiotikaeinsatz in der Schwangerschaft und rund um die Entbindung wird sorgfältig abgewogen, weil er die mikrobiellen Muster von Mutter und Kind vorübergehend verändern kann;

Die vaginale Geburt bietet, wo medizinisch möglich, einen Weg zur frühen Exposition gegenüber mütterlichen Darm- und Vaginalmikroorganismen, während nach einer Kaiserschnittentbindung alternative Wege an Bedeutung gewinnen;

Der unmittelbare Haut-zu-Haut-Kontakt nach der Geburt dient als nichtinvasive Brücke für den mikrobiellen Austausch zwischen Mutter und Kind;

Das Stillen setzt diesen Prozess nach der Geburt fort, indem es HMOs, Immunfaktoren und mikrobielle Signale liefert, die die säuglingsspezifische Sukzession lenken;

Die mütterliche Aufnahme fermentierter Lebensmittel und präbiotischer Ballaststoffe kann die Milchmetabolite beeinflussen und so das Ökosystem des Säuglings indirekt prägen;

Stressbewältigung in der Schwangerschaft gilt als bedeutsam, weil neuroendokrine Veränderungen mit dem mikrobiellen Gleichgewicht der Mutter zusammenwirken können;

Regelmäßiger Kontakt mit Umgebungen im Freien und im Haushalt liefert für Mutter und Kind alltägliche mikrobielle Zufuhr;

Die Vermeidung übermäßiger Desinfektion unterstützt einen normalen mikrobiologischen Hintergrund auf der Haut und im Zuhause, der mit der frühen Entwicklung vereinbar ist;

Probiotische Ansätze in der Schwangerschaft bleiben fall- und evidenzabhängig und erfordern eine individuelle klinische Beurteilung.

Wirkungen auf die Mikrobiota

Die mütterliche Exposition prägt die Erstbesiedlung des Säuglingsdarms durch Bifidobacterium und Bacteroides [302].
Vertikale Signale tragen zur Reifung des GALT und zur Immuntoleranz bei [303].
Aus der Milch stammendes sekretorisches IgA selektiert und stabilisiert mukosale Gemeinschaften.
Antibiotika oder eine Kaiserschnittgeburt sind mit einer veränderten frühen Sukzession verbunden, nicht mit einem dauerhaften Schaden.
Ein frühes Überwiegen von Pseudomonadota (früher Proteobacteria) kann ökologische Unreife widerspiegeln.
Kurzkettige Fettsäuren unterstützen die Regulation der Epithelbarriere.
Zum Ökosystem gehören Phagen, Pilze (Candida) und gelegentlich Archaeen.
Die Kommunikation zwischen Darm und Gehirn erfolgt über immunologische und metabolische Mediatoren.
Mütterliche Darmstämme zeigen eine höhere Persistenz als von der Haut stammende Mikroorganismen.
Das Stillen erhält das HMO-getriebene Wachstum der Bifidobakterien aufrecht.
Das Zusammenleben liefert mikrobielle Zufuhr aus der Umgebung.
Die Dynamik lässt sich mit 16S- und Metagenomik verfolgen.

Hinweise für Patientinnen und Patienten

Streben Sie bereits vor und während der Schwangerschaft eine ballaststoffreiche, wenig verarbeitete mütterliche Ernährung an.
Setzen Sie Antibiotika in der Schwangerschaft und nach der Geburt nur ein, wenn eine Ärztin oder ein Arzt sie eindeutig indiziert.
Wählen Sie die vaginale Entbindung, wenn sie medizinisch sicher ist, und wissen Sie, dass nach einer Kaiserschnittgeburt andere Wege helfen können.
Praktizieren Sie den Haut-zu-Haut-Kontakt bald nach der Entbindung und regelmäßig in den ersten Wochen.
Planen Sie nach Möglichkeit ausschließliches Stillen in den ersten Monaten.
Nehmen Sie fermentierte Lebensmittel und natürliche Ballaststoffe in die mütterliche Ernährung auf, um die Milchqualität zu unterstützen.
Begrenzen Sie den routinemäßigen Gebrauch antimikrobieller Haushaltsprodukte, um die alltägliche Mikrobiota zu schützen.
Erlauben Sie dem Kind sichere Expositionen im Freien und zu Hause statt steriler Umgebungen.
Vermeiden Sie eine unnötige Übersterilisation von Spielzeug und Geschirr; die übliche Hygiene genügt.
Denken Sie daran, dass kleine tägliche Entscheidungen die mikrobielle und immunologische Entwicklung Ihres Kindes nach und nach unterstützen.

Klinische Perle

Zusammenlebende Personen teilen Darmmikrobiotastämme mit 5× höherer Häufigkeit als zufällig gepaarte Personen – ein Beleg dafür, dass das soziale Mikroumfeld die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft über täglichen Kontakt und gemeinsame Expositionen unmittelbar prägt. Mehrgenerationenhaushalte zeigen zwischen ihren Mitgliedern eine messbar größere Überschneidung der Mikrobiotavielfalt als Einzelgenerationenhaushalte. Diese intergenerationelle mikrobielle Übertragung bedeutet, dass Maßnahmen auf Ebene des Lebensstils, die ein Familienmitglied betreffen, potenziell ökologische Wirkungen auf alle Mitbewohnenden haben.

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

[302] Yassour M, Vatanen T, Siljander H et al. Natural history of the infant gut microbiome and impact of antibiotic treatment on bacterial strain diversity and stability. Sci Transl Med. 2016. Link

[303] Sonnenburg ED, Smits SA, Tikhonov M, Higginbottom SK, Wingreen NS, Sonnenburg JL. Diet-induced extinctions in the gut microbiota compound over generations. . 2016. Link