Ein gestörter Stoffwechsel während der Entwicklung kann dazu führen, dass sich der Darm in die falsche Richtung dreht

Im Inneren des Afrikanischen Krallenfrosches wachsen die Eingeweide wie beim Menschen: fein säuberlich gegen den Uhrzeigersinn aufgerollt. Experimente zeigen nun, wie dieser Prozess schief gehen kann.

Eine Störung des Stoffwechsels von Kaulquappen führt zu einer Kette von Zellstörungen, die dazu führen, dass ihr Darm in die falsche Richtung wächst, berichten Forscher der North Carolina State University in Raleigh am 19. Februar Entwicklung. Ihre Ergebnisse bieten neue Erkenntnisse darüber, wie eine ähnliche Geburtsanomalie beim Menschen, die sogenannte Darmmalrotation, auftreten kann.

„Alles, was Aufschluss darüber gibt, wie wir den Embryo und den Fötus in einem frühen Entwicklungsstadium schützen und jede Art von angeborenen Anomalien verhindern können, ist für mich faszinierend und aufregend“, sagt Mehul Raval, Kinderchirurg am Ann & Robert H. Lurie Children’s Hospital of Chicago, der nicht an dieser Studie beteiligt war.

Eine Darmfehlrotation kommt laut den Autoren der Studie bei bis zu 1 von 500 menschlichen Babys vor. Da eine Fehlrotation jedoch lange Zeit unentdeckt bleiben kann, sei es möglich, dass es noch mehr Fälle gebe, sagt Raval. Es wird am häufigsten erkannt, wenn sich der Darm so verdreht, dass es zu Verstopfungen kommt oder den Blutfluss blockiert.

„Stellen Sie sich den Darm wie einen Gartenschlauch vor“, sagt Nanette Nascone-Yoder, Entwicklungsbiologin an der NC State. „Man muss beim Aufwickeln sehr vorsichtig sein, um Knicke und Knoten zu vermeiden.“

Eine Fehlrotation kann in Verbindung mit anderen Anomalien auftreten, es gibt jedoch keine bekannte Ursache, sagt Janice Taylor, eine Kinderchirurgin an der University of Florida in Gainesville, die nicht an der Studie beteiligt war.

Nascone-Yoder und Kollegen wandten sich den Froschembryonen zu, weil die Därme der Tiere ähnlich wie die des Menschen lang und gewunden sind. Außerdem entwickeln sich die Embryonen außerhalb des Körpers ihrer Mutter und sind transparent, sodass ihr Wachstum leicht zu überwachen ist.

Bei Fröschen – und auch beim Menschen – windet sich der Darm während seiner Entwicklung typischerweise gegen den Uhrzeigersinn. Dies geschieht früh in der Entwicklung einer Kaulquappe, etwa zwischen dem dritten und vierten Tag. Die Forscher entlarvten Xenopus laevis Embryonen werden sowohl vor als auch während dieser Entwicklungsphase auf Atrazin, ein weit verbreitetes Herbizid und bekanntermaßen Hormonstörer beim Menschen, übertragen (SN: 21.01.15). Sie fanden heraus, dass sich die Därme vieler Frösche im Uhrzeigersinn aufrollten – also in die falsche Richtung.

In weiteren Tests stellten die Forscher fest, dass Atrazin den Stoffwechsel der Kaulquappen störte und so einen Dominoeffekt auslöste, der die vollständige Umwandlung von Glukose in Energie verhinderte. „Das können wir ableiten [this reaction] hemmt die Fähigkeit von Zellen, sich im wachsenden Darm anzuordnen“, sagt Nascone-Yoder. Bei den Fröschen war der Darm nicht nur im Uhrzeigersinn gewunden, sondern auch zu verkümmert, um den Raum auszufüllen, den er normalerweise hätte.

Dies bedeutet nicht, dass Atrazin beim Menschen eine Darmfehlrotation verursacht. Tatsächlich verwendeten die Forscher Atrazinkonzentrationen, die 1.000-mal höher waren als die, die normalerweise in der Umwelt vorkommen. Es bedeutet jedoch, dass Stoffwechselstörungen eine Rolle spielen könnten. „Es ist möglich, dass entweder ein Umweltproblem vorliegt [effect] oder eine Art genetischer Defekt, wie zum Beispiel ein angeborener Stoffwechselfehler, könnte die Verlängerung des Magen-Darm-Trakts auch beim Menschen subtil beeinflussen“, sagt Nascone-Yoder.

Die Forscher fanden auch erhöhte Mengen schädlicher Moleküle, sogenannter freier Radikale, bei Kaulquappen, die dem Herbizid ausgesetzt waren. Im Übermaß können diese freien Radikale Prozesse schädigen, die das Darmwachstum unterstützen. Sie können jedoch mit Antioxidantien bekämpft werden. Als die Kaulquappen mit Antioxidantien behandelt wurden, bevor sie dem Herbizid ausgesetzt wurden, wuchs bei über der Hälfte der Kaulquappen ein normaler, gesunder Darm.

Obwohl diese Studie keine Antwort auf die Frage liefert, was Darmfehlrotation bei menschlichen Föten verursacht, oder ob Antioxidantien sie verhindern können, ist sie doch einen Schritt näher. „Der Punkt ist, dass unsere Studie neue Betrachtungsmöglichkeiten eröffnet, denn davor gibt es wirklich [wasn’t] „Es gibt viele Erklärungen für Darmfehlrotationen“, sagt Nascone-Yoder.