Was für eine Rolle spielt die Darmflora bei COVID-19?

Im Newsletter der Firma Allergosan kam diese Woche ein interessanter Artikel über die Wichtigkeit der Darmflora im Bezug auf COVID-19 und Atemwegserkrankungen generell. Die Firma Allergosan war so freundlich uns die Veröffentlichung des Artikels zu genehmigen der nachfolgend zu lesen ist.


Die Autoren eines kürzlich in Virus Research erschienenen, wissenschaftlichen Artikels haben sich die Frage gestellt, welche Rolle die Darmflora bei COVID-19 spielen könnte. Dabei zeigen sie gleich mehrere Zusammenhänge auf, aus denen hervorgeht, dass es enge Beziehungen zwischen dem Zustand des Darm-Mikrobioms und der Wahrscheinlichkeit einer Erkrankung gibt. 
  Forscher haben den Einfluss von Darmbakterien auf eine Reihe von Krankheiten bereits nachgewiesen. Von Diabetes Typ 1 und 2 bis hin zur Depression wurden Verbindungen zwischen ganz unterschiedlichen Erkrankungen und jenen Organismen beobachtet, die in unserem Verdauungstrakt leben. Der jetzt erschienene Artikel fasst jene Forschungen zusammen, die einen engeren Bezug zwischen der Gesundheit der Lunge und den Darmbakterien nahelegt.
Oberflächlich betrachtet erscheint eine engere Beziehung zwischen Darm und COVID-19 unwahrscheinlich. Es gibt jedoch eine ganze Reihe von Gründen, wieso eine solche Beziehung angenommen werden kann. So sind beispielsweise gastrointestinale Symptome ein häufiges Merkmal einer Erkrankung an COVID-19. In einer zu diesem Thema durchgeführten Studie (1) gaben mehr als die Hälfte der Betroffenen ernste Verdauungsbeschwerden einschließlich Durchfall und Erbrechen an. Ein weiterer Zusammenhang zwischen dem neuen Coronavirus und dem Darm betrifft die ACE-2-Rezeptoren. Diese stellen die Eingangspforte von SARS-CoV-2 in die Zelle dar und werden in bestimmten Organen des Körpers wie den Lungen, aber auch dem Verdauungstrakt vermehrt exprimiert. Der Virus wurde auch schon wiederholt im Stuhl von Infizierten nachgewiesen (2), was beweist, dass er sich in allen Abschnitten des Darms aufhalten kann.
In dem soeben in der Zeitschrift Virus Research (Impact Factor: 2.736) erschienenen Artikel (3) legen die Autoren dar, wie unser Mikrobiom sowohl das Risiko, COVID-19 zu bekommen, als auch den Schweregrad der Erkrankung beeinflussen kann. Obwohl es dazu noch keine direkte Evidenz gibt, zeigen die Forscher doch sehr überzeugend auf, wie unterschiedliche Faktoren hier zusammenwirken und miteinander interagieren.  
Die Darm-Lungen-Achse
Eine engere Beziehung zwischen Lunge und Darm ist allerdings, wie die Autoren in ihrer Publikation zeigen, auch keine ganz neue Idee. Der anschauliche Begriff einer sogenannten „Darm-Lungen-Achse“ beschreibt schon seit längerem (4) jenen intensiven Informationsaustausch, wie er zwischen Darmflora und Lunge tatsächlich stattfindet. Diese Kommunikation geht in beide Richtungen. Endotoxine und Metaboliten, von Bakterien im Darm produziert, wandern durch das Blut und gelangen auf diese Weise in die Lungen. In ganz ähnlicher Weise können Entzündungsprozesse in der Lunge die im Darm lebenden Bakterien beeinflussen. Dieser Umstand macht es möglich, dass SARS-CoV-2 auch einen Einfluss auf die Darmflora haben kann. Tatsächlich wurde auch bereits in mehreren Studien nachgewiesen, dass Atemwegsinfekte mit einer deutlichen Veränderung der Mikrobiomzusammensetzung einhergehen.
Die Forscher betonen auch, dass inzwischen schon mehrere Studien (5) einen engeren Zusammenhang zwischen dem Auftreten eines plötzlich akuten respiratorischen Syndroms (SARS, sudden acute respiratory syndrome), wie es für ernste Verläufe von COVID-19 typisch ist, und der Zusammensetzung der Darmmikrobiota, belegt haben. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass bei Mäusen (6) die Entfernung kommensaler Darmbakterien mittels Antibiotika mit einer erhöhten Anfälligkeit für eine Infektion mit dem Influenza-Virus einhergeht. Darmbakterien und Immunsystem
Nach jahrzehntelanger Forschung (7) steht heute fest, dass das Mikrobiom eine wichtige Rolle in der Entwicklung des Immunsystems spielt. Wie die Autoren des Artikels erklären, helfen Bakterien dem Körper dabei, „Immunzellen auf ihre pro- sowie anti-inflammatorischen Reaktionen abzustimmen und auf diese Weise deren Anfälligkeit für verschiedene Erkrankungen zu beeinflussen.“ Dies bedeutet, dass eine ausbalancierte Zusammensetzung der Darmflora einen bedeutsamen Einfluss auf das Immungeschehen in der Lunge hat. Keimfrei aufgezogene Mäuse, die keine Bakterien in ihrem Darm beherbergen, zeigen aus diesem Grund eine reduzierte Abwehr von Krankheitserregern in der Lunge.
Andere Forscher haben wiederum gezeigt (8), dass die wiederholte Einnahme von Antibiotika mit einer erhöhten Wahrscheinlichkeit von Lungenkrebs und anderen Krebsformen in Verbindung steht, was die enorme Bedeutung einer funktionierenden Darm-Lungen-Achse veranschaulicht. Obwohl es der Wissenschaft bislang noch nicht gelungen ist, einen direkten Zusammenhang zwischen einer Infektion mit SARS-CoV-2 und der Zusammensetzung des Mikrobioms nachzuweisen, sind die Autoren der Studie davon überzeugt, dass die vorliegende Evidenz ausreichend ist, um weitere Untersuchungen zu rechtfertigen. Die Rolle der Ernährung
Die Autoren des Artikels erwähnen auch eine Untersuchung (9), die sich den Zusammenhang zwischen Darmflora, ballaststoffreicher Ernährung und allergischen Reaktionen in der Lunge näher anschauten. Dabei wurde festgestellt, dass die Konzentration an kurzkettigen Fettsäuren (SCFAs) im Blut anstieg, sobald die vorhandenen Mikroorganismen anfingen, die in der Nahrung enthaltenen Ballaststoffe zu metabolisieren. Ein schützender Effekt vor allergischen Entzündungsreaktionen in der Lunge war die Folge.  Veränderte Mikrobiota bei Covid-19 Patienten
Schließlich zeigte eine erst kürzlich erschienene Studie (10), dass Patienten mit COVID-19 eine deutlich veränderte Darmflora aufweisen, während Personen mit Lungenentzündung, aber ohne COVID-19, dies nicht tun. Zu diesem Zweck wurden während der Dauer des Spitalsaufenthalts 36 Corona-Patienten 2-3 Stuhlproben pro Woche entnommen. Die Wissenschaftler verglichen hierauf deren Daten mit Stuhlproben von 15 gesunden Personen und 6 Personen mit Lungenentzündung, aber ohne COVID-19. Das Ergebnis war, dass die Patienten mit COVID-19 zu jedem Zeitpunkt der Untersuchung eine deutlich andere Zusammensetzung der fäkalen Mikrobiota zeigten als die 21 Kontrollpersonen. Die Autoren schließen daraus, dass Versuche, die Darmflora positiv zu verändern, dazu beitragen können, den Schweregrad der Erkrankung zu reduzieren:  Abb. 1: Übersicht der Mikrobiomveränderungen durch COVID-19. In gesunden Individuen dominieren die kommensalen Spezies Eubacterium, Faecalibacterium prausnitzii, Roseburia und Lachnospiraceae. Die Darmflora von COVID-19-Patienten hingegen ist charakterisiert durch eine Vermehrung von opportunistischen Krankheitserregern. Insbesonders die Keime Coprobacillus, Clostridium ramosum und Clostridium hathewayi sind eng mit einem schweren Verlauf von COVID-19 assoziiert, während die Anwesenheit von Faecalibacterium prausnitzii einen leichten Verlauf anzeigte. Auch 4 Spezies aus der Gruppe der Bacteroidetes (B. dorei, B. thetaiotaomicron, B. massiliensis, B. ovatus), die bekannt dafür sind, die Exprimierung des ACE2-Rezeptors im Darm zu hemmen, gingen mit einer reduzierten Virenbelastung mit SARS-CoV-2 in infizierten Patienten einher (modifiziert nach Zuo et al. 2020). Quelle: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016508520347016   Was daraus gelernt werden kann 
Aus dem zurzeit verfügbaren Wissen kann abgeleitet werden, dass Darmbakterien sowohl die Anfälligkeit einer Person für COVID-19 als auch den Schweregrad der Erkrankung beeinflussen:  Abb. 2: Sowohl eine Unterreaktion (links) wie eine Überreaktion (rechts) des Immunsystems können zu einem schweren Verlauf von COVID-19 beitragen. Eine optimal zusammengesetzte Darmflora kann dem über Vermittlung der Darm/Lungen-Achse effizient entgegenwirken. ARDS … Acute Respiratory Distress Syndrome (akutes Lungenversagen) (modifiziert nach Dhar & Mohanty 2020)
Mehr Forschung in diesem Bereich ist notwendig und darf in Anbetracht des hohen Interesses sowohl am Mikrobiom wie an SARS-CoV-2 erwartet werden. Quelle: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7217790/
  Literatur: Pan L, Mu M, Yang P, et al. Clinical Characteristics of COVID-19 Patients With Digestive Symptoms in Hubei, China: A Descriptive, Cross-Sectional, Multicenter Study. Am J Gastroenterol 2020;115:766-773.Wu Y, Guo C, Tang L, et al. Prolonged presence of SARS-CoV-2 viral RNA in faecal samples. Lancet Gastroenterol Hepatol 2020;5:434-435.Dhar D, Mohanty A. Gut microbiota and Covid-19- possible link and implications. Virus Res 2020;285:198018.Cooke KR, Hill GR, Gerbitz A, et al. Hyporesponsiveness of donor cells to lipopolysaccharide stimulation reduces the severity of experimental idiopathic pneumonia syndrome: potential role for a gut-lung axis of inflammation. J Immunol 2000;165:6612-9.Dickson RP. The microbiome and critical illness. Lancet Respir Med 2016;4:59-72.Looft T, Allen HK. Collateral effects of antibiotics on mammalian gut microbiomes. Gut Microbes 2012;3:463-7.Negi S, Das DK, Pahari S, et al. Potential Role of Gut Microbiota in Induction and Regulation of Innate Immune Memory. Front Immunol 2019;10:2441.Boursi B, Mamtani R, Haynes K, et al. Recurrent antibiotic exposure may promote cancer formation–Another step in understanding the role of the human microbiota? Eur J Cancer 2015;51:2655-64.Trompette A, Gollwitzer ES, Yadava K, et al. Gut microbiota metabolism of dietary fiber influences allergic airway disease and hematopoiesis. Nat Med 2014;20:159-66.Zuo T, Zhang F, Lui GCY, et al. Alterations in Gut Microbiota of Patients With COVID-19 During Time of Hospitalization. Gastroenterology 2020;159:944-955 e8.
hr
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