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Fast ein Jahr ist vergangen, seit Rebecca Knickmeyer die Teilnehmer ihrer neusten Studie zum ersten Mal traf. Die Neurowissenschaftlerin von der University of North Carolina School of Medicine in Chapel Hill untersucht die Entwicklung unseres Gehirns und beobachtet in einer Reihe von Tests zum Verhalten und Temperament, wie sich 30 Neugeborene innerhalb eines Jahres in krabbelnde, neugierige Kleinkinder entwickeln. Bei einem Experiment soll die Mutter erst aus dem Raum verschwinden, um anschließend mit einem Fremden zurückzukommen; bei einem anderem werden den Kindern nach und nach immer noch furchterregendere Halloweenmasken gezeigt. Wenn das überstanden ist, sollen die Kleinen friedlich schlafen, während ein lauter Kernspintomograf ihr Gehirn scannt.
"Wir versuchen, auf alles vorbereitet zu sein, und wissen genau, was zu tun ist, falls die Kinder eine Pause brauchen", sagt Knickmeyer. Neben den Vorgängen im kindlichen Gehirn interessiert sich die Forscherin aber auch für etwas ganz anders: Die Zusammensetzung des Mikrobioms im Stuhl, sprich die gesamte Darmflora mit all den Bakterien, Viren und anderen Mikroorganismen, die im Darm der Kinder leben. Ihr Projekt - liebevoll als "Scheiße-Studie" bezeichnet - beleuchtet die immer häufiger gestellte Frage, ob Mikroorganismen im Darm auch die Hirnentwicklung von Kindern beeinflussen. Das Projekt läuft genau zur richtigen Zeit, denn immer mehr Untersuchungen an steril und keimfrei gehaltenen Versuchstieren legen nahe, dass Mikroorganismen aus dem Darm nicht nur unser Verhalten beeinflussen, sondern auch die Physiologie und Neurochemie des Gehirns verändern.
"Im Moment sind es noch eher Spekulationen als verlässliche Daten" (Rebecca Knickmeyer)Für den Menschen gibt es bisher eher wenige Daten dazu. Zwar wurden mögliche Verbindungen von Erkrankungen des Gastrointestinaltrakts mit psychischen und neurologischen Störungen wie Angst, Depressionen, Autismus, Schizophrenie und neurodegenerativen Erkrankungen beschrieben - allerdings sind das alles nur Korrelationen, nicht aber Beweise.
"Das größte Problem bei Mikrobiomanalysen ist die Kausalität", erklärt der Mikrobiologe Rob Knight von der University of California in San Diego. "Oft ist es sehr schwer zu sagen, ob die Unterschiede im Mikrobiom die Ursache oder die Folge einer Erkrankung sind." Es gibt jede Menge brennende Fragen, und erste Daten weisen darauf hin, dass Darmbakterien mit dem Gehirn in Verbindung stehen. Welche Rolle sie aber bei unserer Entwicklung und Gesundheit spielen, ist noch völlig unklar.
Nichtsdestotrotz hat die Branche der Nahrungsergänzungsmittel schon lautstark behauptet, Probiotika - Bakterien, die angeblich die Verdauung unterstützen - würden auch unser Wohlbefinden beeinflussen. Daneben kämpfen etliche Pharmafirmen um die Marktanteile bei der Behandlung neurologischer Erkrankungen und investieren immer mehr Gelder in die Forschung zum Darmmikrobiom und den freigesetzten Substanzen. Die Wissenschaftler und Förderorganisationen wollen nun aber Klarheit haben. In den letzten zwei Jahren hat das US-amerikanische National Institute of Mental Health (NIMH) in Bethesda in Maryland sieben Pilotstudien jeweils mit bis zu einer Million US-Dollar finanziert, um die Erkenntnisse zur so genannten Darm-Hirn-Achse zu pushen. Darunter war auch Kickmeyers Studie.
Dieses Jahr hat das US Office of Naval Research in Arlington in Virginia zugestimmt, innerhalb der nächsten Jahre 52 Millionen US-Dollar in Projekte zur Rolle des Darms bei kognitiven Funktionen und der Stressantwort zu pumpen. Außerdem hat die Europäische Union 9 Millionen Euro in das Fünfjahresprojekt MyNewGut gesteckt, dessen Hauptinteresse der Entwicklung und Erkrankung des Gehirns gilt.
Die neusten Forschungsansätze sollen weit über reine Beobachtungsstudien und Korrelationen hinausgehen, und die ersten Ergebnisse lassen auch schon erahnen, wie komplex die Antworten sein werden. Die Wissenschaftler wollen nach und nach das riesige, komplizierte System erforschen, in dem die Darmflora mittels Hormonen, Immunmolekülen und ihren eigenen Metaboliten auf das Gehirn Einfluss nimmt. "Im Moment sind es noch eher Spekulationen als verlässliche Daten", gesteht Knickmeyer. "Unklar ist auch, welche Methoden als Goldstandard der Untersuchungen gelten sollen. Deshalb probieren wir vieles erst einmal aus."
Reaktionen des Darms
Lange Zeit dachte keiner daran, dass Mikroorganismen und Gehirn überhaupt interagieren könnten - außer, wenn Krankheitserreger die Blut-Hirn-Schranke überwinden, die als zelluläre Mauer das Gehirn vor Infektionen und Entzündung schützt. Wenn allerdings Pathogene ins Gehirn eindringen, kann das schlimme Auswirkungen haben: Das Tollwutvirus beispielsweise führt zu Aggressionen, Agitiertheit und sogar Furcht vor Wasser. Doch trotzdem sind bisher die wenigsten der ganz natürlich in unserem Körper lebenden Mikroorganismen charakterisiert. Der Gedanke von ihrem Einfluss auf neurobiologische Vorgänge war alles andere als Mainstream - doch das ändert sich nun langsam.
Untersuchungen zu Krankheitsausbrüchen innerhalb größerer Gruppen brachten mögliche Zusammenhänge ans Licht. Im Jahr 2000 wurde das öffentliche Trinkwassersystem der kanadischen Stadt Walkerton bei einer Flutwelle mit Erregern wie Escherichia coli und Campylobacter jejuni kontaminiert. Mehr als 2300 Bewohner litten an schweren Magen-Darm-Infektionen und viele von ihnen entwickelten anschließend ein chronisches Reizdarmsyndrom.
Der Gastroenterologe Stephen Collins von der McMaster University in Hamilton in Kanada leitete über acht Jahre hinweg eine entsprechende Datenerhebung bei den Bewohnern von Walkerton. Dabei erwiesen sich psychische Ereignisse wie Depressionen oder Angst als Risikofaktor für chronischen Reizdarm. Der ebenfalls an der McMaster University beschäftigte Gastroenterologe Premysl Bercik sieht hier wichtige Fragen: Werden psychische Symptome möglicherweise durch schwelende Entzündungen angetrieben oder gar durch ein aus dem Gleichgewicht geratenes Mikrobiom?
Die McMaster-Gruppe suchte zuerst im Mausmodell nach Antworten. Für die im Jahr 2011 veröffentlichte Arbeit übertrug das Team Proben der Darmflora zwischen verschiedenen Mäusestämmen, und wie sich zeigte, wurden hierdurch auch stammspezifische Verhaltensweisen weitergegeben.
Laut Berciks Daten werden relativ schüchterne Mäuse neugieriger, wenn sie das Mikrobiom von abenteuerlustigeren Mäusen erhalten. "Das ist doch erstaunlich. Die Mikroorganismen scheinen wirklich das Verhalten ihres Wirts zu bestimmen, und zwar ziemlich deutlich", erklärt er. In weiteren Versuchen haben die Forscher Stuhlbakterien eines Menschen mit Reizdarmsyndrom und Angstzuständen in Mäuse übertragen. Die noch unveröffentlichten Daten legen nahe, dass hierdurch ein angstähnliches Verhalten bei den Mäusen induziert wird, was bei der Übertragung von Bakterien aus gesunden Kontrollpersonen nicht auftrat.
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