Frühe epigenetische Veränderungen prägen die Entwicklung des Darmmikrobioms von Säuglingen

Das Darmmikrobiom und die Epigenetik – molekulare Schalter, die Gene ein- oder ausschalten – sind miteinander verknüpft und tragen beide zur neurologischen Entwicklung bei, heißt es in einer Studie, die am 10. April in der Fachzeitschrift Cell Press veröffentlicht wurde Zellpresse Blau. Die Forscher zeigten, dass epigenetische Veränderungen bei der Geburt Auswirkungen darauf haben können, wie sich das Darmmikrobiom eines Säuglings im ersten Lebensjahr entwickelt. Sie identifizierten auch spezifische epigenetische Veränderungen und Darmmikroben, die mit Anzeichen einer Autismus-Spektrum-Störung (ASS) und einer Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHS) verbunden waren, als die Kinder drei Jahre alt waren.

Bestimmte Bakterien scheinen Schutz zu bieten, was spannend ist, weil es darauf hindeutet, dass es in Zukunft Möglichkeiten geben könnte, die Entwicklung eines Kindes durch Ernährung oder Probiotika zu unterstützen.“

Francis Ka Leung Chan, leitender Autor und Gastroenterologe, The Chinese University of Hong Kong

Die ersten Lebensjahre sind entscheidend für die Entwicklung des Gehirns und die Reifung des Immunsystems. Obwohl frühere Studien gezeigt haben, dass sowohl frühe epigenetische Veränderungen als auch die Entwicklung des Darmmikrobioms Auswirkungen auf die Gesundheit im späteren Leben haben können, ist wenig darüber bekannt, wie diese beiden Systeme interagieren.

„Wir wollten sehen, wie das Epigenom und das Mikrobiom im frühen Leben interagieren und ob ihre Interaktion das Risiko eines Kindes beeinflussen könnte, neurologische Entwicklungsstörungen wie ASD und ADHS zu entwickeln“, sagt Co-Hauptautor und Forscher für öffentliche Gesundheit Hein Min Tun von der Chinese University of Hong Kong. „Wir haben festgestellt, dass eine Art Gespräch stattfindet: Die epigenetische Situation eines Babys bei der Geburt kann sein Risiko für neurologische Entwicklungsstörungen beeinflussen, aber das Vorhandensein bestimmter „guter“ Bakterien in seinem Darm kann eingreifen und das Risiko modifizieren.“

Die Forscher charakterisierten DNA-Methylierungsmuster – eine Art epigenetische Veränderung – aus dem Nabelschnurblut von 571 Säuglingen. Sie verglichen diese Informationen mit Darmmikrobiomdaten, die von 969 Säuglingen im Alter von 2, 6 und 12 Monaten sowie von ihren Eltern im dritten Schwangerschaftstrimester gesammelt wurden. Als die Kinder 36 Monate alt waren, verwendeten die Forscher einen Verhaltensfragebogen, um ihre neurologische Entwicklung zu beurteilen und Zusammenhänge zwischen dem Mikrobiom, dem Epigenom und frühen Anzeichen von ASD und ADHS zu untersuchen.

Sie fanden heraus, dass das Epigenom eines Säuglings bei der Geburt mit dem Geburtsmodus, der Schwangerschaftsdauer, der Geburt älterer Geschwister und mütterlichen Allergien zusammenhängt, jedoch nicht durch das Darmmikrobiom der Eltern beeinflusst wird. Die Entwicklung des Mikrobioms hingegen war mit dem Geburtsmodus, Antibiotika, der Geburt älterer Geschwister und dem Stillen verbunden. Säuglinge, die per Kaiserschnitt geboren wurden, zeigten unterschiedliche Muster der DNA-Methylierung für mehrere Gene, die an Immunreaktionen und der Gehirnentwicklung beteiligt sind.

Das Team zeigte außerdem, dass das Epigenom eines Säuglings bei der Geburt die Entwicklung seines Mikrobioms im ersten Lebensjahr beeinflusst. Insbesondere entwickelten Säuglinge im Alter von 12 Monaten weniger vielfältige Darmmikrobiome, da sie höhere DNA-Methylierungsraten in Immungenen aufwiesen, die an der Erkennung von Krankheitserregern beteiligt sind.

Die Verhaltensumfrage ergab, dass Anzeichen von ASD und ADHS bei Dreijährigen mit spezifischen epigenetischen Mustern und dem Vorhandensein bestimmter Darmmikroben verbunden waren. Allerdings schienen andere mikrobielle Spezies diese Auswirkungen abzumildern: Bei Säuglingen mit epigenetischen Mustern im Zusammenhang mit ASD oder ADHS war die Wahrscheinlichkeit geringer, dass sie Anzeichen der Störungen zeigten, wenn sie diese erwarben Lachnospira pectinoschiza Und Parabacteroides distasonisjeweils im ersten Jahr.

„Der Grundstein für die Gesundheit des Gehirns wird sehr früh gelegt, noch vor der Geburt“, sagt Tun. „Wir möchten jedoch nicht, dass die Leute denken, dass dies bedeutet, dass der Entwicklungspfad eines Kindes bei der Geburt festgelegt ist. Es handelt sich um komplexe Zustände mit vielen Ursachen, und wir haben nur einen kleinen Teil eines sehr großen Puzzles aufgedeckt.“

Die Forscher verfolgen weiterhin die Kinder, die an der Studie teilgenommen haben, um herauszufinden, wie sich diese frühen Lebensfaktoren auf ihre Gesundheit während ihres Heranwachsens auswirken. Sie weisen darauf hin, dass Laborexperimente erforderlich sind, um die Zusammenhänge zwischen Darmmikroben und der neurologischen Entwicklung zu bestätigen.

„Das ultimative Ziel besteht darin, sichere, nicht-invasive Frühinterventionen wie spezifische Probiotika oder lebende Biotherapeutika zu entwickeln, die dazu beitragen könnten, ein gesundes Darmmikrobiom zu fördern und möglicherweise das Risiko neurologischer Entwicklungsprobleme zu verringern“, sagt Erstautor und Gastroenterologe Siew Chien Ng von der Chinese University of Hong Kong.

Diese Forschung wurde durch Mittel von InnoHK, der Regierung von Hongkong, der DH Chen Foundation und der New Cornerstone Science Foundation unterstützt.

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