Jedes Tier muss seinen Urin ausscheiden, um Abfallstoffe aus dem Körper zu entfernen. Obwohl der Urin eines gesunden Menschen eine deutlich gelbe Farbe aufweist, konnten Wissenschaftler jahrhundertelang nicht entschlüsseln, was ihm diese Farbe verleiht. Nun glaubt ein Forschungsteam der University of Maryland und der US-amerikanischen National Institutes of Health, dieses Rätsel gelöst zu haben, indem es ein mikrobielles Enzym identifiziert hat, das unseren Urin gelb färbt. Die Ergebnisse wurden letzte Woche in einer Studie im Fachmagazin Nature Microbiology detailliert veröffentlicht.
DARM-MIKROBIOM
Laut Brantley Hall, Mikrobiologe und Mitautor der Studie an der University of Maryland, haben die Forscher unter Rückgriff auf Studien, die bis in die 1960er Jahre zurückreichen, sowie nach einem dreieinhalbjährigen, anspruchsvollen Laborexperiment entdeckt, dass ein im Darmmikrobiom vorkommendes Enzym namens Bilirubin-Reduktase für die Farbe des Urins verantwortlich ist.
Wie Popular Science Türkçe berichtet, sagt Hall: „Das Darmmikrobiom ist voller unglaublicher Chemiker. All diese Moleküle, die Darmmikroben herstellen, sind für die menschliche Physiologie sehr wichtig. Je mehr wir die mikrobielle Chemie in unserem Darm verstehen, desto mehr werden wir auch wichtige Dinge begreifen. Aber zuerst müssen wir herausfinden, welche Enzyme für was verantwortlich sind. Wenn man nicht weiß, was passiert, kann man nicht einmal mit der Forschung beginnen.“
Wissenschaftler wussten bereits zuvor, dass diese gelbe Farbe aus der Art und Weise stammt, wie der Körper alte Blutzellen loswird.
Rote Blutkörperchen erreichen ihr Lebensende normalerweise nach etwa 120 Tagen und werden in der Leber abgebaut. Ein Nebenprodukt dieses Prozesses ist Bilirubin, eine leuchtend orangefarbene Komponente, die von der Leber in den Darm ausgeschieden wird. Darmbakterien wandeln Bilirubin anschließend in eine farblose Verbindung namens Urobilinogen um. Urobilinogen wird schließlich abgebaut und in ein gelbes Pigmentmolekül namens Urobilin umgewandelt, das für diese Färbung verantwortlich ist. Was die Wissenschaftler nicht wussten, war, welches bakterielle Enzym dafür verantwortlich ist.
Die Identifizierung dieses Enzyms blieb aus zwei Hauptgründen lange Zeit ein mikrobielles Rätsel. Laut Brantley bestand die erste Schwierigkeit darin, dass es historisch gesehen sehr schwierig und teuer war, anaerobe Mikroben im Labor zu züchten.
„Die Mikroben, die diese Funktion erfüllen, können nicht in atmosphärischem Sauerstoff überleben“, sagt Hall. „Sie sterben innerhalb von Minuten oder Sekunden ab. Und sie wachsen einfach nicht.“
Brantley und sein Forschungsteam konnten von den wissenschaftlichen Fortschritten der letzten 15 Jahre profitieren, die es ermöglichten, diese Mikroben, die ohne Sauerstoff überleben und sich vermehren, im Labor zu kultivieren.
Das zweite Hindernis war das Fehlen von Genomsequenzen der Darmmikrobiome. Jüngste Fortschritte in der Gensequenzierung bedeuten, dass dem Forschungsteam mehr Sequenzen zur Verfügung stehen, mit denen es arbeiten kann, um zu sehen, wie Darmmikroben funktionieren.
„In unserem Fall haben wir Mikroben, die Bilirubin abbauen, von solchen unterschieden, die dies nicht tun“, sagt Hall. „Dann haben wir eine umfassende Genomanalyse zwischen diesen beiden durchgeführt und die Kandidatengene identifiziert.“
ZUM DARM-MIKROBIOM
Das Forschungsteam verglich in der Studie die Genome von Arten, die im menschlichen Darm leben und Bilirubin in Urobilinogen umwandeln, mit Arten, die ebenfalls im Darm leben, diese Umwandlung jedoch nicht durchführen können. Auf diese Weise identifizierten sie das Gen, das für die Bilirubin-Reduktase kodiert. Anschließend testeten sie mithilfe des Bakteriums Escherichia coli (E. coli), ob das betreffende Enzym das Bilirubin im Bakterium genauso gut in Urobilinogen umwandeln würde wie in anderen Darmbakterien.
Nachdem sie in allen bekannten Bakterienarten nach diesem Gen gesucht hatten, entdeckten die Forscher, dass das Enzym hauptsächlich von einer Bakterienart produziert wird, die zu einer großen Bakteriengruppe namens Firmicutes gehört, welche im Darmmikrobiom dominiert. Die Wissenschaftler, die die Darmmikrobiome von über 1.000 Erwachsenen genetisch untersuchten, um das Gen für die Urinfärbung zu finden, stellten fest, dass 99,9 Prozent dieser Personen das Darmbakterium beherbergen, das das Bilirubin-Reduktase-Gen trägt.
„Für mich war das Überraschendste zu sehen, wie verbreitet diese Funktion bei erwachsenen Menschen ist“, sagt Hall. „Im Grunde ist der Urin eines jeden gelb und der Stuhl eines jeden braun, daher wussten wir, dass es Mikroben geben muss, die das tun. Tatsächlich gibt es gar nicht so viele Mikroben, die das tun, und sie sind im Grunde bei jedem Menschen verbreitet.“
MÖGLICHE ANWENDUNGEN IN DER MEDIZIN
Die Studie untersuchte auch, ob dieses Gen bei Erwachsenen mit entzündlichen Darmerkrankungen (IBD) und bei Säuglingen mit Gelbsucht vorhanden ist. Das Gen wurde bei nur etwa 68 Prozent der Personen mit IBD und bei etwa 40 Prozent der Säuglinge unter drei Monaten mit hohem Gelbsuchtrisiko gefunden. Obwohl weitere Forschungen erforderlich sind, könnte die Identifizierung dieser Enzyme und Gene dazu beitragen, bessere Behandlungen für IBD, Gelbsucht und sogar Gallensteine zu entwickeln.
„Die Menschen sind sehr begeistert von der Darmgesundheit, und ich spreche gerne mit Menschen darüber“, sagt Hall. „Jeder hat entweder ein Darmproblem oder kennt jemanden, der eines hat. Ich denke, es gibt eine enorme Chance, das Darmmikrobiom und die Darmgesundheit positiv zu regulieren.“
Nachrichtenquelle: 12punto
