Zusammenfassung: Forscher entdeckten einen signifikanten Zusammenhang zwischen der Darmmikrobiota männlicher Mäuse und der Gesundheit und dem Überleben ihrer Nachkommen. Die Forschung zeigt, dass ein durch Antibiotika verursachtes Ungleichgewicht in der Darmmikrobiota zu niedrigeren Geburtsgewichten und höheren Sterblichkeitsraten in der nächsten Generation führen kann.
Die Ergebnisse weisen auf eine „Darm-Keimbahn-Achse“ hin, bei der Veränderungen in der Darmumgebung die Hodenmetaboliten und die Hormonsignalisierung beeinflussen und sich somit auf die Fortpflanzungsfähigkeit und die Gesundheit der Nachkommen auswirken. Wichtig ist, dass diese Effekte reversibel sind, was darauf hindeutet, dass die Wiederherstellung des Gleichgewichts der Darmmikrobiota diese negativen Folgen verhindern kann.
Wichtige Fakten:
- Einfluss der Darmmikrobiota: Eine durch Antibiotika verursachte Störung der Darmmikrobiota männlicher Mäuse wirkt sich erheblich auf das Geburtsgewicht und das Überleben ihrer Nachkommen aus, was die potenziellen generationsübergreifenden Auswirkungen der mikrobiellen Gesundheit verdeutlicht.
- Reversible Effekte: Die schädlichen Auswirkungen auf die Nachkommen, die durch veränderte väterliche Darmmikrobiota verursacht werden, sind reversibel und normalisieren sich wieder, sobald die Darmmikrobiota nach Beendigung der Antibiotikabehandlung wiederhergestellt ist.
- Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit: Obwohl diese Studie an Mäusen durchgeführt wurde, wirft sie wichtige Fragen zu möglichen ähnlichen Auswirkungen beim Menschen auf, insbesondere angesichts üblicher Praktiken wie der Verwendung von Antibiotika, die sich auf die Darmmikrobiota auswirken können.
Quelle: EMBL
Die Darmmikrobiota ist die mikrobielle Gemeinschaft, die den Magen-Darm-Trakt bewohnt. Es ist für die Produktion von Enzymen, Metaboliten und anderen Molekülen verantwortlich, die für den Stoffwechsel des Wirts und als Reaktion auf die Umwelt von entscheidender Bedeutung sind.
Folglich ist eine ausgewogene Darmmikrobiota in vielerlei Hinsicht wichtig für die Gesundheit von Säugetieren, beispielsweise indem sie bei der Regulierung des Immun- und Hormonsystems hilft. Dies wiederum wirkt sich auf die Physiologie der Gewebe im gesamten Körper aus.
Über den Einfluss der Darmmikrobiota auf die Fortpflanzung des Wirts und darüber, ob eine veränderte Mikrobiota eines Vaters die Fitness seines Nachwuchses beeinflussen könnte, war jedoch wenig bekannt.
Die Hackett-Gruppe am EMBL Rom machte sich in Zusammenarbeit mit den Bork- und Zimmermann-Gruppen am EMBL Heidelberg daran, diese Frage zu beantworten, und ihre Ergebnisse wurden jetzt in der Zeitschrift veröffentlicht Natur.
Die Wissenschaftler zeigten, dass eine Störung der Darmmikrobiota bei männlichen Mäusen die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass ihre Nachkommen mit geringem Gewicht geboren werden und mit größerer Wahrscheinlichkeit vorzeitig sterben.
Was an die nächste Generation weitergegeben wird
Um die Auswirkungen der Darmmikrobiota auf die männliche Fortpflanzung und ihre Nachkommen zu untersuchen, veränderten die Forscher die Zusammensetzung der Darmmikroben männlicher Mäuse, indem sie sie mit üblichen Antibiotika behandelten, die nicht in den Blutkreislauf gelangen. Dies führt zu einer sogenannten Dysbiose, bei der das mikrobielle Ökosystem im Darm aus dem Gleichgewicht gerät.
Anschließend analysierten die Wissenschaftler Veränderungen in der Zusammensetzung wichtiger Hodenmetaboliten. Sie fanden heraus, dass Dysbiose bei männlichen Mäusen die Physiologie der Hoden sowie die Zusammensetzung der Metaboliten und die hormonelle Signalübertragung beeinflusst.
Zumindest ein Teil dieses Effekts wurde durch Veränderungen im Spiegel des Schlüsselhormons Leptin im Blut und in den Hoden von Männern mit induzierter Dysbiose vermittelt. Diese Beobachtungen legen nahe, dass bei Säugetieren eine „Darm-Keimbahn-Achse“ als wichtige Verbindung zwischen dem Darm, seiner Mikrobiota und der Keimbahn existiert.
Um die Bedeutung dieser „Darm-Keimbahn“-Achse für die von Nachkommen vererbten Merkmale zu verstehen, paarten die Wissenschaftler entweder unbehandelte oder dysbiotische Männchen mit unbehandelten Weibchen. Mäusewelpen, die von dysbiotischen Vätern gezeugt wurden, wiesen ein deutlich geringeres Geburtsgewicht und eine erhöhte postnatale Sterblichkeitsrate auf.
Verschiedene Kombinationen von Antibiotika sowie Behandlungen mit dysbioseauslösenden Abführmitteln (die auch die Mikrobiota zerstören) wirkten sich ähnlich auf die Nachkommen aus.
Wichtig ist, dass dieser Effekt reversibel ist. Sobald die Antibiotika abgesetzt werden, erholt sich die väterliche Mikrobiota. Wenn Mäuse mit wiederhergestellter Mikrobiota mit unbehandelten Weibchen gepaart wurden, wurden ihre Nachkommen mit normalem Geburtsgewicht geboren und entwickelten sich ebenfalls normal.
„Wir haben beobachtet, dass generationsübergreifende Effekte verschwinden, sobald eine normale Mikrobiota wiederhergestellt ist. Das bedeutet, dass jede Veränderung der Darmflora, die zu generationsübergreifenden Auswirkungen führen könnte, bei künftigen Vätern verhindert werden könnte“, sagte Peer Bork, Direktor des EMBL Heidelberg, der an der Studie beteiligt war.
„Der nächste Schritt wird darin bestehen, im Detail zu verstehen, wie verschiedene Umweltfaktoren wie Medikamente einschließlich Antibiotika die väterliche Keimbahn und damit die Embryonalentwicklung beeinflussen können.“ Ayele Denboba, Erstautorin der Veröffentlichung und ehemalige Postdoktorandin in der Hackett-Gruppe, jetzt Gruppenleiterin am Max-Planck-Institut für Immunologie und Epigenetik in Freiburg, Deutschland, fügte hinzu
„Die Studie entstand, um die Umweltauswirkungen auf Väter zu verstehen, indem sie die Darmmikrobiota als Knotenpunkt von Wirt-Umwelt-Interaktionen betrachtete und so ein hinreichendes Ursachenmodell zur Bewertung generationsübergreifender Gesundheitsrisiken in komplexen ökologischen Systemen schuf.“
Väterlicher Einfluss auf das Risiko einer Schwangerschaftserkrankung
In ihrer Arbeit entdeckten Hackett und seine Kollegen außerdem, dass Plazentadefekte, einschließlich schlechter Vaskularisation und vermindertem Wachstum, bei Schwangerschaften mit dysbiotischen Männern häufiger auftraten.
Die defekte Plazenta zeigte Anzeichen einer häufigen Schwangerschaftskomplikation beim Menschen namens Präeklampsie, die zu einer Beeinträchtigung des Wachstums der Nachkommen führt und einen Risikofaktor für die Entwicklung einer Vielzahl häufiger Krankheiten im späteren Leben darstellt.
„Unsere Studie zeigt die Existenz eines Kommunikationskanals zwischen der Darmmikrobiota und dem Fortpflanzungssystem bei Säugetieren.
„Darüber hinaus erhöhen Umweltfaktoren, die diese Signale bei künftigen Vätern stören, das Risiko einer Beeinträchtigung der Gesundheit der Nachkommen, indem sie die Plazentaentwicklung verändern“, sagte Jamie Hackett, Koordinator des Forschungsprojekts und Gruppenleiter am EMBL Rom.
„Das impliziert, dass bei Mäusen die Umgebung eines Vaters kurz vor der Empfängnis die Merkmale der Nachkommen unabhängig von der genetischen Vererbung beeinflussen kann.“
„Gleichzeitig stellen wir fest, dass die Wirkung nur eine Generation betrifft, und ich sollte klarstellen, dass weitere Studien erforderlich sind, um zu untersuchen, wie weit verbreitet diese Auswirkungen sind und ob sie für den Menschen relevant sind.“ Bei der Übertragung von Ergebnissen aus Mausmodellen auf den Menschen sind wesentliche Unterschiede zu berücksichtigen.“
Hackett fuhr fort: „Aber angesichts der weit verbreiteten Verbreitung von Ernährungs- und Antibiotikapraktiken in der westlichen Kultur, von denen bekannt ist, dass sie die Darmmikrobiota stören, ist es wichtig, die väterlichen intergenerationellen Auswirkungen sorgfältiger zu berücksichtigen – und wie sie sich auf Schwangerschaftsergebnisse und das Krankheitsrisiko der Bevölkerung auswirken können.“ ”
Über diese Neuigkeiten zur Mikrobiom- und Neuroentwicklungsforschung
Autor: Lisa Vollmar
Quelle: EMBL
Kontakt: Lisa Vollmar – EMBL
Bild: Das Bild stammt von Neuroscience News
Ursprüngliche Forschung: Offener Zugang.
„Störungen des väterlichen Mikrobioms wirken sich auf die Fitness der Nachkommen aus“ von Peer Bork et al. Natur
Abstrakt
Störungen des väterlichen Mikrobioms wirken sich auf die Fitness der Nachkommen aus
Die Darmmikrobiota wirkt an der Schnittstelle von Wirt-Umwelt-Interaktionen und beeinflusst die Homöostase und Stoffwechselnetzwerke des Menschen.
Umweltfaktoren, die das mikrobielle Ökosystem des Darms aus dem Gleichgewicht bringen, können daher physiologische und krankheitsassoziierte Reaktionen im gesamten Körpergewebe beeinflussen.
Allerdings ist der systemische Einfluss des Darmmikrobioms auf die Keimbahn – und folglich auf die F1 Welche Nachkommen es hervorbringt, ist unerforscht.
Hier zeigen wir, dass die Darmmikrobiota als wichtige Schnittstelle zwischen der väterlichen Vorurteilsumgebung und der generationsübergreifenden Gesundheit bei Mäusen fungiert.
Störungen der Darmmikrobiota angehender Väter erhöhen die Wahrscheinlichkeit, dass ihre Nachkommen ein niedriges Geburtsgewicht, starke Wachstumseinschränkungen und vorzeitige Sterblichkeit aufweisen.
Die Übertragung des Krankheitsrisikos erfolgt über die Keimbahn und wird durch tiefgreifende Störungen des Darmmikrobioms, einschließlich nicht resorbierbarer Antibiotika oder osmotischer Abführmittel, hervorgerufen, kann jedoch durch die Wiederherstellung der väterlichen Mikrobiota vor der Empfängnis gerettet werden.
Dieser Effekt ist mit einer dynamischen Reaktion auf eine induzierte Dysbiose im männlichen Fortpflanzungssystem verbunden, einschließlich einer beeinträchtigten Leptinsignalisierung, veränderten testikulären Metabolitenprofilen und einer Neukartierung kleiner RNA-Nutzlasten in Spermien.
Infolgedessen besteht bei dysbiotischen Vätern ein erhöhtes Risiko für eine Plazentainsuffizienz im Uterus, was einen plazentaren Ursprung der generationsübergreifenden Auswirkungen bei Säugetieren erkennen lässt.
Unsere Studie definiert eine regulatorische „Darm-Keimbahn-Achse“ bei Männern, die empfindlich auf Umwelteinflüsse reagiert und die Fitness der Nachkommen durch Beeinflussung der Plazentafunktion programmiert.