Revolution in der Medizin: Ein von Darmbakterien produziertes Molekül verursacht Arteriosklerose, die für Millionen von Todesfällen verantwortlich ist

Vor 15 Jahren machte ein Team spanischer Wissenschaftler eine bemerkenswerte Ankündigung: Sie suchten Tausende Freiwillige unter den Mitarbeitern der Banco Santander in Madrid, um diese jahrzehntelang eingehend zu untersuchen und so die Entstehung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen bei gesunden Menschen zu verstehen. Die Ergebnisse sind sogar noch überraschender. Forscher haben entdeckt, dass Darmbakterien ein Molekül produzieren, das Arteriosklerose – die Ansammlung von Fett und Cholesterin in den Arterien, die zu Herzinfarkten und Schlaganfällen führen kann – nicht nur hervorruft, sondern auch verursacht. Dieser unerwartete Zusammenhang zwischen Mikroben und Herz-Kreislauf-Erkrankungen – der häufigsten Todesursache der Menschheit – stellt einen Paradigmenwechsel dar. Die Arbeit wurde diesen Mittwoch in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht, einem Schaufenster der weltweit besten wissenschaftlichen Erkenntnisse.

Die eingehende Studie an Santander-Mitarbeitern mit modernsten medizinischen Bildgebungsgeräten brachte bald ein weiteres schockierendes Ergebnis zutage: Arteriosklerose war allgegenwärtig. Die Freiwilligen waren scheinbar gesund und zwischen 40 und 55 Jahre alt, doch 63 % der Teilnehmer zeigten Anzeichen der Krankheit. Die neuen Ergebnisse zeigen, dass einige Darmbakterien in bestimmten Zuständen Imidazolpropionat produzieren, ein einfaches Molekül mit sechs Kohlenstoffatomen, acht Wasserstoffatomen, zwei Stickstoffatomen und zwei Sauerstoffatomen (C₆H₈N₂O₂). Diese Verbindung gelangt ins Blut, interagiert mit unreifen weißen Blutkörperchen und löst eine Entzündungsreaktion in den Arterien aus, die die Bildung von Fettablagerungen fördert.

„Imidazolpropionat allein verursacht Arteriosklerose. Es besteht ein kausaler Zusammenhang“, fasst der Biologe David Sancho , Leiter der neuen Studie am Nationalen Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung (CNIC) in Madrid, zusammen. Sein Team verabreichte Mäusen das Molekül, woraufhin diese erkrankten. Darüber hinaus beobachteten die Wissenschaftler erhöhte Imidazolpropionat-Werte bei jedem fünften Freiwilligen mit aktiver Arteriosklerose. Bei dieser Form der Arteriosklerose neigen Fettablagerungen leichter zum Aufplatzen und zur Bildung von Blutgerinnseln, die Herzinfarkte und Schlaganfälle verursachen. Die neuen Ergebnisse zeigten, dass Arteriosklerose nicht nur eine durch Fett verursachte Erkrankung ist, sondern auch eine entzündliche und autoimmune Komponente hat, so Sancho, der vor 53 Jahren in Cartagena, Murcia, geboren wurde.

Die gute Nachricht ist: Wenn C₆H₈N₂O₂ bei einem erheblichen Prozentsatz der Patienten das Problem verursacht, können Maßnahmen ergriffen werden, um es zu verhindern. Forscher haben den Rezeptor identifiziert, an den das Molekül bindet, und es ist ihnen gelungen, ihn mit einem Medikament zu blockieren, wodurch das Fortschreiten der Arteriosklerose bei Mäusen, die mit einer cholesterinreichen Diät gefüttert wurden, reduziert wurde. „Mit diesem Hemmer verhindern wir die Entwicklung der Krankheit vollständig“, sagt Sancho, der die experimentelle Behandlung zusammen mit anderen Co-Autoren patentiert hat , darunter die italienische Pharmakologin Annalaura Mastrangelo , sein Kollege Iñaki Robles und der Kardiologe Valentín Fuster , Generaldirektor des CNIC in Madrid und Präsident des Mount Sinai Fuster Cardiac Hospital in New York, das seit zwei Jahren seinen Namen trägt .

Ein weiterer Autor der Studie, der schwedische Biologe Fredrik Bäckhed , entdeckte bereits 2018, dass Menschen mit Typ-2-Diabetes höhere Imidazolpropionat-Werte aufweisen. Und vor gerade einmal drei Monaten hat eine unabhängige Studie unter der Leitung des Kardiologen Arash Haghikia den Zusammenhang zwischen dem Bakterienmolekül und Arteriosklerose weiter untersucht. „Die Tatsache, dass zwei verschiedene Gruppen zum gleichen Schluss kamen, bestärkt uns in unserer Überzeugung, dass dies eine bedeutende und relevante Entdeckung ist“, argumentiert Haghikia von der Ruhr-Universität Bochum. „Besonders bemerkenswert ist, dass Imidazolpropionat Arteriosklerose offenbar auch dann fördert, wenn der Cholesterinspiegel normal ist. Dies könnte erklären, warum manche Menschen Herzerkrankungen entwickeln, obwohl sie nur wenige oder keine traditionellen Risikofaktoren wie hohen Cholesterinspiegel oder Bluthochdruck aufweisen“, betont er.

Herz-Kreislauf-Erkrankungen kosten jährlich 18 Millionen Menschen das Leben. Der Vorstandsvorsitzende der Banco Santander, Emilio Botín, starb vier Jahre nach der Unterzeichnung des Projekts an einem Herzinfarkt. Das Projekt ermöglichte die Analyse der Daten von über 4.000 freiwilligen Helfern , von denen 400 an dieser neuen Studie teilnehmen. Die Forschung, die mit teuren und komplexen Techniken wie der Computertomographie (CT) und der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) durchgeführt wurde, ermöglichte den Nachweis hoher Imidazolpropionat-Konzentrationen bereits im Frühstadium der Arteriosklerose. Dies könnte die Diagnose in diesem noch nicht bekannten Stadium, in dem eine Person unbewusst einem Risiko ausgesetzt ist, erheblich erleichtern.

David Sancho und seine Kollegen räumen ein, dass weitere Forschung nötig sein wird, um die spezifischen Bakterienstämme zu identifizieren, die das Molekül produzieren können, sie weisen jedoch auf „Veränderungen in der mikrobiellen Ökologie des Darms“ infolge von Ernährungsumstellungen hin, wobei Bakteriengattungen wie Escherichia , Shigella und Eubacterium zunehmen. Als der Kardiologe Valentín Fuster das Projekt 2010 vorstellte, scherzte er darüber, wie schwierig es sei, Herz-Kreislauf-Probleme frühzeitig zu diagnostizieren und wie einfach es sei, ihnen mit Maßnahmen wie Bewegung, gesunder Ernährung und Nichtrauchen vorzubeugen. Die neue Studie zeigt, dass der Imidazolpropionat-Spiegel im Blut bei Menschen niedriger ist, deren Ernährung reich an Gemüse, Obst, Vollkorn, Fisch, Tee und fettarmen Milchprodukten ist.

Der argentinische Mikrobiologe Federico Rey und der indische Pathologe Vaibhav Vemuganti begrüßen die „aufregenden Möglichkeiten“, die die neue Studie für die Prävention und Behandlung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen eröffnet. In einem ebenfalls am Mittwoch in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichten Kommentar betonen die beiden Experten, dass die Exposition gegenüber Imidazolpropionat die Plaquebildung in den Arterien von Mäusen verschlimmert. „Dieser Effekt tritt unabhängig von Veränderungen des Cholesterinspiegels auf, ein überraschendes Ergebnis angesichts der zentralen Rolle von Cholesterin bei der Entstehung von Arteriosklerose“, bemerken die beiden Spezialisten der University of Wisconsin-Madison in den USA. „Diese Entdeckung bietet einen interessanten Hinweis auf einen möglichen neuen Faktor, der an der Entstehung von Arteriosklerose beteiligt ist. Dies ist sehr relevant, denn obwohl eine Senkung des Cholesterinspiegels – beispielsweise durch Medikamente wie Statine – das Risiko von Herz-Kreislauf-Erkrankungen wirksam senken kann, erleidet ein beträchtlicher Teil der Menschen dennoch unerwünschte kardiovaskuläre Ereignisse wie Herzinfarkte oder Schlaganfälle“, warnen sie. Das CNIC selbst hat in einer Erklärung erklärt, dass die neue Studie die Diagnose und Behandlung von Arteriosklerose „revolutionieren könnte“.

Sancho betont, dass die Arbeit dank der Zusammenarbeit Tausender freiwilliger Mitarbeiter der Banco Santander in Madrid sowie der Unterstützung von 1 Million Euro durch die Stiftung „la Caixa“, 150.000 Euro durch den Europäischen Forschungsrat und 100.000 Euro durch die staatliche Forschungsagentur möglich war.

Die Entdeckung der entscheidenden Wirkung von Imidazolpropionat auf Arteriosklerose erfolgt zu einem Zeitpunkt, an dem die wissenschaftliche Gemeinschaft die bislang unbekannte Rolle von Darmmikroben bei einigen menschlichen Erkrankungen aufdeckt. Der spanische Biotechnologe Cayetano Pleguezuelos und seine Kollegen am Hubrecht-Institut (Niederlande) zeigten im Februar 2020, dass ein Stamm des Bakteriums Escherichia coli ein giftiges Molekül namens Colibactin produziert, das die DNA menschlicher Zellen schädigt und bösartige Tumore verursacht.

Aus unbekannten Gründen nehmen die Fälle von Dickdarmkrebs bei Menschen unter 50 Jahren rasant zu; in vielen Ländern hat sich die Zahl in den letzten zwei Jahrzehnten verdoppelt. Eine andere Studie unter der Leitung des Computerbiologen Marcos Díaz Gay legte erst vor drei Monaten nahe, dass das Escherichia coli- Toxin hinter dieser Dickdarmkrebsepidemie steckt. „Bei jungen Patienten bis zu 39 Jahren sehen wir dieses Colibactin-Muster in jedem dritten Fall“, betonte Díaz Gay vom Nationalen Krebsforschungszentrum, einer Einrichtung, die nur wenige Meter vom CNIC entfernt liegt.