Wie Bakterien bei unterernährten Kindern an Wachstumsstörungen gebunden sind

Wie Bakterien bei unterernährten Kindern an Wachstumsstörungen gebunden sindKinder im Flüchtlingslager Kutupalong in Cox's Bazar, Bangladesch, werden auf Unterernährung untersucht und behandelt. (Anerkennung: Maggie Moore / USAID / Flickr)

Unterernährung kann zu Wachstumsstörungen führen. Eine neue Studie an Kindern in Bangladesch impliziert 14 Arten von Bakterien im Dünndarm.

Viele Kinder, die in Entwicklungsländern wegen Unterernährung behandelt werden, erholen sich nie vollständig. Sie können auch eine Funktionsstörung des Immunsystems und eine schlechte kognitive Entwicklung erfahren, die typischerweise langfristige Gesundheitsprobleme bis ins Erwachsenenalter verursachen.

Die fraglichen Bakterien tragen zu Krankheiten in der Auskleidung des Dünndarms bei - ein Zustand, der als enterische Umweltfunktionsstörung bezeichnet wird -, der die Aufnahme von Nährstoffen aus der Nahrung beeinträchtigt und die für eine gesunde Entwicklung notwendigen Wachstumsfaktoren unterdrückt.

Die Forschung, veröffentlicht in The New England Journal of Medicinekann Wissenschaftlern helfen, neue Therapien für zu entwickeln unterernährte Kinder Forscher sagen, dass sie auch nach Erhalt therapeutischer Lebensmittel verkümmert und untergewichtig bleiben.

In einem Leitartikel Ramnick J. Xavier vom Massachusetts General Hospital und dem Broad Institute of MIT und Harvard, der die Studie begleitet, nannte die neue Forschung „erinnert an die Identifizierung von Helicobacter pylori als Ursache von Geschwüren. "

Laut Xavier bindet die Arbeit eine Krankheit an eine Gruppe von Bakterien, die eine bestimmte Region des Darms besiedeln, und zeigt die Vorteile der Integration der globalen Gesundheit in grundlegende mechanistische Studien der Krankheitsursachen auf.

Die wichtige Rolle des Dünndarms

Das Darmmikrobiom hat eine symbiotische Beziehung zu seinem menschlichen Wirt. Es gibt Hinweise auf seine entscheidenden Beiträge in den ersten Lebensjahren zu gesundem Wachstum und Entwicklung. Viel Forschung mit dem Darmmikrobiom hat sich auf Bakterien konzentriert, die in Stuhlproben gemessen wurden und nicht unbedingt repräsentativ für die mikrobiellen Gemeinschaften sind, die in verschiedenen Regionen entlang der Länge des Mikrobioms leben Magen-Darmtrakt.


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Bei der neuen Studie konzentrierten sich die Forscher auf den oberen Dünndarm - die Region des Darms unmittelbar nach dem Magen -, da dieser weitgehend nicht untersucht wurde und Hinweise darauf vorlagen, dass er bei Unterernährung eine wichtige Rolle spielen könnte.

"Ein Großteil der Nährstoffaufnahme des Körpers findet im Dünndarm statt", sagt der leitende Autor Jeffrey I. Gordon, Professor und Direktor des Edison Family Center für Genomwissenschaften und Systembiologie an der Washington University School of Medicine in St. Louis. „Der Dünndarm ist mit fingerartigen Vorsprüngen ausgekleidet, die als Zotten bezeichnet werden und die absorbierende Oberfläche des Darms vergrößern.

„Bei enterischen Umweltstörungen sind diese Zotten beschädigt und kollabieren, was zu Entzündungen in der Darmwand führt und die Fähigkeit zur Aufnahme von Nährstoffen verringert. Diese Störung war sehr schwer zu diagnostizieren, und ihre Ursache ist rätselhaft, ebenso wie ihre Beziehung zu den vielen Manifestationen von Unterernährung, einschließlich Kleinwuchs (Stunting).

„Unsere Studie wurde entwickelt, um diese Fragen zu beantworten. Die Ergebnisse haben uns geholfen, Krankheitsmechanismen zu entschlüsseln und eine Begründung für die Entwicklung neuer Therapien zu liefern, die auf das Dünndarm-Mikrobiom abzielen. “

Stunting und Unterernährung

Für die neue Studie begannen die Forscher mit einer Ernährungsintervention für 525 unterernährte Kinder, die im Durchschnitt 18 Monate alt waren und das Wachstum gebremst hatten. Sie erhielten eine Standardnahrungsergänzung, die Milch, Eier, Mineralien und Vitamine enthielt.

Die Ermittler erhielten von den Eltern jedes der 110 Kinder, die mit dieser Behandlung keine Besserung zeigten, die Erlaubnis, eine Endoskopie an ihrem Kind durchzuführen. Das Verfahren ermöglichte es den Forschern, Gewebebiopsien zu erhalten und mikrobielle Proben aus dem oberen Dünndarm der Kinder zu entnehmen.

"In der Vergangenheit hoffte man, dass die Bereitstellung nahrhafterer Lebensmittel und verbesserter sanitärer Einrichtungen ausreichen würde, um Stunts zu überwinden", sagt der Erstautor Robert Y. Chen, Doktorand in Gordons Labor. „Aber dieser Ansatz hat bei vielen Kindern nicht funktioniert.

"In dieser Studie konnten wir Moleküle und Mikroben im Dünndarm genauer untersuchen, um genauer zu verstehen, was bei diesen Kindern passiert, was ihren Zustand so resistent gegen ernährungsbedingte Eingriffe macht."

Die Forscher konzentrierten sich auf 80 der 110 Kinder, für die sie auch Blutproben hatten und bei denen sie durch Darmbiopsien Hinweise auf eine enterische Umweltfunktionsstörung gefunden hatten. Sie maßen die Häufigkeit von Tausenden von Proteinen in Blutproben und in Dünndarmbiopsien.

Die Ergebnisse zeigten niedrigere als normale Proteinspiegel, die an verschiedenen Aspekten des Wachstums beteiligt sind, höhere Proteinspiegel, die aus dem Abbau der Darmschleimhaut resultieren, und eine Hyperaktivierung des Darmimmunsystems. Proben des mikrobiellen Gehalts derselben Region des Dünndarms zeigten eine Gruppe von 14 Arten von Bakterien; Je höher die Spiegel dieser Organismen sind, desto schwerer ist die Verkürzung. Die Forscher haben auch die Spiegel dieser Organismen mit den Spiegeln von Darmproteinen in Verbindung gebracht, die an Entzündungen beteiligt sind, die den Darm schädigen können.

"Diese Kerngruppe von 14 Bakterien war bei 80% der unterernährten verkümmerten Kinder vorhanden", sagt Chen. „Auffällig ist, dass diese Bakterien in hohem Maße mit Proteinen korrelierten, die einen entzündungsfördernden Zustand verursachen, und mit Stunts. Die Entzündungsmarker könnten auch im Blut gemessen werden, was uns helfen könnte, diese Probleme bei Kindern ohne Endoskopie zu identifizieren. “

Eine "weitgehend unerforschte Wildnis"

Die Forscher fanden heraus, dass sie diese 14 Bakterienstämme in Stuhlproben dieser Kinder nachweisen konnten und dass sich ihre Spiegel von denen in den Stuhlproben gesunder Kinder unterschieden.

Die Forscher stellten auch fest, dass keiner der 14 Stämme typischerweise als krankheitserzeugende Krankheitserreger angesehen wird. Gordon und seine Kollegen konnten die Bakterienproben aus dem oberen Dünndarm der unterernährten Kinder nicht direkt mit denen gesunder Kinder in Bangladesch vergleichen, da es nicht ethisch vertretbar gewesen wäre, Endoskopien an gesunden Kindern durchzuführen.

Um festzustellen, ob die 14 Bakterienstämme im oberen Dünndarm eine kausale Rolle bei der enterischen Dysfunktion der Umwelt spielen - und beispielsweise nicht auf Unterernährung zurückzuführen sind -, untersuchten die Forscher keimfreie Mäuse, die mit einer für die Ernährung der Kinder in Bangladesch repräsentativen Ernährung gefüttert wurden in der Studie.

Die keimfreien Mäuse, die unter sterilen Bedingungen ohne eigene Mikrobiome geboren und aufgewachsen waren, erhielten eine Sammlung von Mikroben von unterernährten Kindern - einschließlich der Stämme, die mit Wachstumsstörungen verbunden waren. Sie fütterten auch Kontrollmäuse mit normalen Mäusedarmmikroben mit der gleichen Diät. Diejenigen, die die Darmmikroben aus dem oberen Dünndarm der unterernährten Kinder erhielten, entwickelten eine Störung der Dünndarmauskleidung und entzündliche Veränderungen, die für eine enterische Umweltfunktionsstörung charakteristisch sind.

„Unsere Studie liefert starke Beweise dafür, dass Stunting mehr beinhaltet als die konventionellen Schuldigen, die wir traditionell für das Problem verantwortlich machen - Nahrungsmittelknappheit, schlechte sanitäre Einrichtungen oder eine kontaminierte Wasserversorgung zum Beispiel“, sagt Co-Autor Michael J. Barratt, Executive Director von Zentrum für Darmmikrobiom- und Ernährungsforschung der Washington University.

Gordon fügt hinzu: "Die Dünndarm-Mikrobiota war eine weitgehend unerforschte Wildnis" - eine "Terra Incognita". Diese neuen Erkenntnisse belegen die wichtigen Beiträge der mikrobiellen Gemeinschaft des Dünndarms zum gesunden Wachstum von Kindern und wie Störungen in seiner Zusammensetzung und Funktion zu Unterernährung führen können.

„Es muss noch viel mehr getan werden, aber die Ergebnisse unseres Teams, einschließlich der Erstellung eines Tiermodells, das wichtige Merkmale der enterischen Umweltfunktionsstörung bei Kindern darstellt, ebnen den Weg für neue Methoden zur Diagnose dieser Krankheit und neue Behandlungen, die die Darmmikrobengemeinschaft reparieren . Diese Behandlungen - ob therapeutische Lebensmittel oder Probiotika - würden darauf abzielen, das Ausmaß und die Auswirkungen dieser schädlichen Bakterien im Dünndarm unterernährter Kinder zu verringern. “

Tahmeed Ahmed vom Internationalen Zentrum für Durchfallerkrankungen in Dhaka, Bangladesch, arbeitete an der Studie mit. Die Bill & Melinda Gates Foundation finanzierte die Arbeit.

Original-Studie

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