Wissenschaftler entdecken, warum Urin gelb ist

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 klären, 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 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, und 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 Zusammenhänge 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, dass diese gelbe Farbe daher rührt, wie der Körper alte Blutzellen abbaut.

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 Verbindung, die von der Leber in den Darm ausgeschieden wird. Darmbakterien wandeln Bilirubin anschließend in eine farblose Verbindung namens Urobilinogen um. Urobilinogen wird schließlich weiter abgebaut und in ein gelbes Pigmentmolekül namens Urobilin umgewandelt, das für die Färbung verantwortlich ist. Was die Wissenschaftler jedoch nicht wussten, war, welches bakterielle Enzym dafür zuständig ist.

Die Identifizierung dieses Enzyms blieb lange Zeit ein mikrobiologisches Rätsel, und zwar aus zwei Hauptgründen. Laut Brantley bestand die erste Schwierigkeit darin, dass es historisch gesehen sehr schwierig und teuer ist, anaerobe Mikroben im Labor zu züchten.

„Die Mikroben, die diese Funktion ausführen, können nicht bei atmosphärischem Sauerstoff überleben“, sagt Hall. „Sie sterben innerhalb von Minuten oder Sekunden ab. Sie wachsen einfach nicht.“

Brantley und seinem Forschungsteam gelang es, von den wissenschaftlichen Fortschritten der letzten 15 Jahre bei der Kultivierung dieser Mikroben zu profitieren, die ohne Sauerstoff überleben und sich vermehren können.

Das zweite Hindernis war das Fehlen von Genomsequenzen der Darmmikrobiome. Jüngste Fortschritte in der Gensequenzierung bedeuten, dass dem Forschungsteam nun mehr Sequenzen zur Verfügung stehen, an denen es arbeiten kann, um die Funktionsweise der Darmmikroben zu untersuchen.

„In unserem Fall haben wir die Mikroben, die Bilirubin abbauen, von denen unterschieden, die dies nicht tun“, sagt Hall. „Dann haben wir eine umfassende Genomanalyse zwischen diesen beiden Gruppen durchgeführt und die Kandidatengene identifiziert.“

AUF DEM WEG ZUM DARM-MIKROBIOM

In der Studie verglich das Forschungsteam die Genome von Arten, die im menschlichen Darm leben und Bilirubin in Urobilinogen umwandeln, mit Arten, die im Darm leben, aber diese Umwandlung 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 effizient in Urobilinogen umwandeln kann 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 Gruppe von Bakterien namens Firmicutes gehört, welche im Darmmikrobiom dominieren. Die Wissenschaftler führten ein genetisches Screening des Darmmikrobioms von über 1.000 Erwachsenen durch, um das Gen für die Urinfärbung zu finden, und 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 jedes Menschen gelb und der Stuhl jedes Menschen braun, daher wussten wir, dass es Mikroben geben muss, die das tun. Tatsächlich sind diese Mikroben gar nicht so zahlreich, aber sie sind bei jedem Menschen weit verbreitet.“

MÖGLICHE ANWENDUNGEN IN DER MEDIZIN

Die Studie untersuchte auch, ob dieses Gen bei Erwachsenen mit chronisch entzündlichen Darmerkrankungen (CED) und bei Säuglingen mit Gelbsucht vorhanden ist. Das Gen wurde bei nur etwa 68 Prozent der Personen mit CED und bei etwa 40 Prozent der Säuglinge unter drei Monaten mit einem hohen Risiko für Gelbsucht gefunden. Obwohl weitere Forschungen erforderlich sind, könnte die Identifizierung dieser Enzyme und Gene dazu beitragen, bessere Behandlungen für CED, 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 selbst Darmprobleme oder kennt jemanden, der welche hat. Ich denke, es gibt eine enorme Chance, das Darmmikrobiom und die Darmgesundheit positiv zu beeinflussen.“

Nachrichtenquelle: 12punto

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