Neun Darmbakterien stehen im Zusammenhang mit dem Risiko für Typ-2-Diabetes in der Zukunft

Eine große prospektive Studie an älteren schwedischen Erwachsenen identifizierte spezifische Darmbakterien und mikrobielle Funktionen, die mit dem künftigen Risiko für Typ-2-Diabetes verbunden sind, wobei sich Ballaststoffe als potenzieller Modifikator einer der am genauesten beobachteten Arten des Mikrobioms erwiesen.

Studie: Die Zusammensetzung des Darmmikrobioms und das funktionelle Potenzial sind mit dem Auftreten von Typ-2-Diabetes bei 4.685 Erwachsenen aus einer schwedischen prospektiven Kohorte verbunden. Bildquelle: Anatomy Image/Shutterstock.com

Eine aktuelle Studie veröffentlicht in Zellberichte Medizin analysierten metagenomische Shotgun-Daten, um taxonomische und funktionelle Merkmale des Darmmikrobioms zu identifizieren, die mit dem zukünftigen Risiko für die Entwicklung von Typ-2-Diabetes (T2D) bei schwedischen Erwachsenen verbunden sind.

Darmmikroben erweisen sich als Schlüsselakteure bei Diabetes

Typ-2-Diabetes (T2D) ist eine chronische Stoffwechselstörung, die durch einen anhaltend erhöhten Blutzucker aufgrund einer beeinträchtigten Insulinsekretion, einer Insulinresistenz oder beidem gekennzeichnet ist. T2D ist ein wachsendes globales Gesundheitsproblem, dessen Prävalenz bis 2050 voraussichtlich stark ansteigen wird.

Neue Erkenntnisse belegen, dass das Darmmikrobiom eine Schlüsselrolle in der T2D-Pathophysiologie spielt. Querschnittsstudien berichten häufig über eine verringerte mikrobielle Diversität im Darm und eine geringere Häufigkeit von Butyrat-produzierenden Bakterien bei T2D; Ihr Querschnittsdesign schließt jedoch einen kausalen Rückschluss aus, und die Verwechslung mit mikrobiomverändernden Antidiabetika wie Metformin bleibt ein Problem.

Ballaststoffe spielen eine zentrale Rolle bei der Gestaltung des Darmmikrobioms und unterstützen ballaststofffermentierende Bakterien, die gesundheitsfördernde kurzkettige Fettsäuren (SCFAs) wie Butyrat produzieren. Umgekehrt verringert eine geringe Ballaststoffaufnahme die SCFA-Produktion und beeinträchtigt die Integrität der Darmbarriere, was systemische Entzündungen begünstigt und das T2D-Risiko erhöht.

Trotz des zunehmenden Interesses gibt es nach wie vor nur wenige prospektive Studien zur Untersuchung des Darmmikrobioms und des Auftretens von Typ-2-Diabetes. Die meisten bestehenden Arbeiten basieren auf kleinen Probengrößen und 16S-rRNA-Sequenzierung, was die Reproduzierbarkeit und Konsistenz einschränkt. Nur eine groß angelegte Studie mit Shotgun-Metagenomik hat bestimmte mikrobielle Spezies mit T2D in Verbindung gebracht, während nur wenige Darmmetaboliten oder die Mikrobiomfunktion in einem prospektiven Kontext umfassend untersucht haben. Diese Lücken verdeutlichen die Notwendigkeit großer, integrativer Studien, die taxonomische und funktionelle Analysen kombinieren, um die Rolle des Mikrobioms bei der T2D-Entwicklung zu klären.

Shotgun-Metagenomik kartiert Darmmikroben vor der Diabetesdiagnose

Die aktuelle Studie untersuchte die taxonomischen und funktionellen Merkmale des Darmmikrobioms, die mit der T2D-Inzidenz in einer medikamentennaiven Population verbunden sind. Die Daten stammen von der Swedish Infrastructure for Medical Population-Based Life-Course and Environmental Research (SIMPLER), einer umfassenden Plattform, die Informationen aus zwei großen, bevölkerungsbasierten Kohorten integriert: der schwedischen Mammographie-Kohorte (SMC) und der Kohorte schwedischer Männer (COSM). SIMPLER-Daten sind mit den nationalen schwedischen Gesundheits- und Bevölkerungsregistern verknüpft.

Zufällig ausgewählte Teilnehmer schlossen sich klinischen Unterkohorten an und lieferten erweiterte Gesundheitsinformationen und für einige biologische Proben, einschließlich Stuhlproben. Für 6.150 Teilnehmer, die Stuhlproben zur Verfügung stellten, lagen metagenomische Daten vor. Personen mit Darmkrebs, entzündlichen Darmerkrankungen, kürzlich erfolgter Antibiotikaeinnahme oder vorherrschendem Diabetes wurden ausgeschlossen, was zu einer endgültigen Analysestichprobe von 4.685 Teilnehmern führte.

Profilierung auf Belastungsebene von Akkermansia muciniphila wurde mit StrainPhlAn durchgeführt, wobei Proben und Marker gemäß festgelegten Parametern aufbewahrt wurden. Nach der Filterung wurden 2.425 Proben für die phylogenetische Analyse einbezogen. Kovariate-Informationen wurden aus Fragebögen, klinischen Messungen und Registerdaten gewonnen.

Neun Darmmikroben stehen im Zusammenhang mit dem zukünftigen Diabetesrisiko

Über eine mittlere Nachbeobachtungszeit von 5,3 Jahren wurden metagenomische Schrotflintendaten von 4.685 Teilnehmern aus der schwedischen SIMPLER-Kohorte analysiert. Die Kohorte hatte ein Durchschnittsalter von 73,9 Jahren, wobei 49 % Frauen waren. In diesem Zeitraum erkrankten 383 Teilnehmer, also 8,2 % der Studienpopulation, an Typ-2-Diabetes, wobei die Fälle auf drei nach Alter und Ort definierte Unterkohorten verteilt waren.

Die Diversität des Darmmikrobioms war nicht signifikant mit dem T2D-Risiko verbunden. Obwohl einige Muster in der mikrobiellen Zusammensetzung zunächst mit einem erhöhten Risiko verbunden zu sein schienen, blieben diese Zusammenhänge im Laufe der Zeit nicht bestehen. Auf Artenebene wurden 23 Darmbakterien als starke mögliche mikrobielle Marker identifiziert, die mit dem zukünftigen T2D-Risiko assoziiert sind, wobei 18 signifikante Assoziationen aufwiesen. Zehn waren mit einem höheren Risiko verbunden, hauptsächlich aus der Gruppe der Bacteroidetes, während acht, hauptsächlich aus der Gruppe der Firmicutes, mit einem geringeren Risiko verbunden waren.

Sechs Arten, Desulfovibrio-Schwein, Alistipes communis, Alistipes finegoldii, Akkermansia muciniphila, Ruminococcus gnavusund GGB3614_SGB4886 (Lachnospiraceae) waren am stärksten mit einem erhöhten T2D-Risiko verbunden. Drei Arten, Erysipelotrichaceae Bakterium, Coprococcus catusUnd Clostridien nicht klassifiziert SGB6317, zeigte durchweg eine Schutzassoziation. Diese Ergebnisse heben wichtige Bakterien hervor, die möglicherweise mit dem T2D-Risiko verbunden sind.

Bei den meisten Schlüsselarten nahm das T2D-Risiko linear mit der Häufigkeit zu oder ab. Allerdings nur in sehr geringen Mengen Coprococcus catus waren mit einem erhöhten Risiko verbunden, was darauf hindeutet, dass eine starke Dezimierung dieses Bakteriums besonders schädlich sein könnte.

Der Zusammenhang zwischen Akkermansia muciniphila und das T2D-Risiko war bei Teilnehmern mit geringer Ballaststoffaufnahme höher, bei höherer Ballaststoffaufnahme jedoch schwächer. was auf einen möglichen ernährungsabhängigen Effekt hindeutet; Formale statistische Tests bestätigten jedoch keinen signifikanten Zusammenhang zwischen der Ballaststoffaufnahme und dem T2D-Risiko. Insbesondere die Verbindung zwischen A. muciniphila und die Entzündung variierte auch je nach Ballaststoffaufnahme; Höhere Konzentrationen des Bakteriums erhöhten das Entzündungsrisiko bei ballaststoffarmen Diäten, verringerten es jedoch bei ballaststoffreichen Diäten. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die gesundheitlichen Auswirkungen von A. muciniphila hängen vom Ernährungskontext ab und hängen eher mit der Gesamthäufigkeit als mit bestimmten Stämmen zusammen.

Drei mikrobielle Stoffwechselwege im Darm zeigten einen starken Zusammenhang mit dem T2D-Risiko. Der Asparaginabbau war mit einem höheren Risiko verbunden, wohingegen der Mannoseabbau und der nichtoxidative Pentosephosphatweg mit einem geringeren Risiko verbunden waren. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass bestimmte mikrobielle Stoffwechselaktivitäten mit der Entstehung von Diabetes zusammenhängen könnten.

Die Sensitivitätsanalyse ergab, dass mehrere wichtige Zusammenhänge nach Bereinigung um Nüchtern-Plasmaglukose und konkurrierende Risiken weiterhin signifikant blieben, Allerdings behielten nicht alle mikrobiellen Merkmale ihre Bedeutung bei, was die Robustheit der Ergebnisse untermauert.

Wechselwirkungen zwischen Ernährung und Mikrobiom können eine personalisierte Prävention unterstützen

Die aktuelle Studie zeigt, dass mehrere Darmmikrobenarten mit der Entwicklung von Typ-2-Diabetes in Zusammenhang stehen, wobei einige dieser Zusammenhänge durch die Ernährung beeinflusst werden. Zeitliche Analysen deuteten außerdem darauf hin, dass funktionelle Pfade im Darmmikrobiom, beispielsweise im Zusammenhang mit dem SCFA-Metabolismus, dem Ausbruch von T2D um Jahre vorausgehen können.

Wenn diese Ergebnisse in zukünftigen Studien validiert werden, könnten sie die Risikostratifizierung verbessern und die Entwicklung personalisierter Interventionen unterstützen, die auf die Wechselwirkungen zwischen Ernährung und Mikrobiom abzielen. Da es sich jedoch um eine Beobachtungsstudie handelte, die an einer älteren schwedischen Bevölkerung durchgeführt wurde, können die Ergebnisse keine Ursache und Wirkung feststellen und sollten vor einer Verallgemeinerung in vielfältigeren Bevölkerungsgruppen validiert werden.

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Quellen: