Das Darmmikrobiom von Säuglingen oszilliert in einem circadianen Rhythmus, auch wenn es außerhalb des Körpers kultiviert wird. Forscher berichten in der Zeitschrift Cell Host & Microbe, dass dieser Rhythmus bereits zwei Wochen nach der Geburt nachweisbar ist, aber mit zunehmendem Alter ausgeprägter wird. Die Ergebnisse stammen aus einer randomisierten, kontrollierten Studie, die auch zeigte, dass die Ernährung weniger Einfluss auf die Entwicklung und Zusammensetzung des Mikrobioms von Säuglingen hat als bisher angenommen.

Ernährung hat kaum Auswirkungen auf das Wachstum der Säuglinge oder die Unterschiede in ihrem  Darmmikrobiom

Die Forscher rund um Erstautor und Mikrobiomexperte Dirk Haller von der Technischen Universität München haben herausgefunden, dass das mikrobielle Ökosystem diese circadiane Rhythmik schon in einem sehr frühen Alter der Besiedlung entwickelt. Die Experten haben diese Rhythmen bereits bei Erwachsenen nachgewiesen, aber waren nicht sicher, wann diese Mechanismen zum ersten Mal auftreten. Während die Ernährung nur einen geringen Einfluss auf die Entwicklung des kindlichen Darmmikrobioms hatte, zeigten die Forscher, dass das Alter eine wichtigere Rolle spielt. Die Ernährung spielt eine Rolle, aber weniger als die Alterung des Darms. Als sie gestillte und Säuglinge, die Pre-Nahrung erhielten, verglichen, waren die Unterschiede in der Mikrobiom-Besiedlung marginal.

Die Forscher verglichen in einer randomisierten, kontrollierten Studie die Entwicklung des Mikrobioms von Säuglingen, die ausschließlich gestillt wurden, mit Säuglingen, die verschiedene Arten von Säuglingsnahrung erhielten: Säuglingsnahrung ohne Nahrungsergänzungsmittel, Säuglingsnahrung mit aus der Muttermilch stammenden Bakterien (Bifidobakterien), Säuglingsnahrung mit die Muttermilch imitierenden Zuckern (Galakto-Oligosaccharide, GOS) oder Säuglingsnahrung mit Bifidobakterien und GOS. An der Studie nahmen insgesamt 210 Säuglinge teil. Um das Mikrobiom der Säuglinge in Längsrichtung zu verfolgen, entnahm das Team Stuhlproben im Alter von 0,5 Monaten, 1 Monat, 3 Monaten, 7 Monaten und 12 Monaten sowie bei einer Untergruppe der Säuglinge auch nach 24 Monaten. Sie notierten auch die Tageszeit, zu der die Stuhlprobe entnommen wurde.

Die Forscher fanden heraus, dass die Ernährung kaum Auswirkungen auf das Wachstum der Säuglinge oder die Unterschiede im Mikrobiom der Säuglinge hatte. Obwohl es große Unterschiede gab, zeigten alle Säuglinge eine allmähliche Zunahme der Vielfalt der Darmmikroben, und nach 24 Monaten gab es keinen erkennbaren Unterschied zwischen den Gruppen. Als sie die verschiedenen Arten von Säuglingsnahrung verglichen, stellten sie fest, dass mit GOS angereicherte Säuglingsnahrung im Vergleich zu Säuglingsnahrung, die Bifidobakterien enthält, eine bessere Wirkung bei der Förderung eines dauerhaften Niveaus von Bifidobakterien hat.

Darmbakterien verfügen über einen intrinsischen Mechanismus, der eine Art Anpassung an den Tag- und Nachtzyklus ermöglicht

Allerdings gab es einen signifikanten Unterschied im Metabolitenprofil im Darm zwischen ausschließlich gestillten und mit Säuglingsnahrung gefütterten Babys. Das Metabolitenmilieu im Darm unterscheidet sich dramatisch zwischen Säuglingen, die ausschließlich gestillt werden, und Säuglingen, die Säuglingsnahrung erhalten, was sich grundlegend auf die Stoffwechselvorbereitung und viele nachgelagerte Effekte auswirken könnte. Daraus kann man schließen, dass die Muttermilch etwas völlig anderes im Stoffwechsel im Darm des Säuglings bewirkt.

Die Forscher beobachteten auch rhythmische 24-Stunden-Schwankungen in der Häufigkeit der verschiedenen Mikrobiomarten. Wenn sie Mikroben von Säuglingen nahmen und sie in einer kontinuierlichen Kultur im Labor züchteten, stellten sich die Bakterien auf denselben circadianen Rhythmus ein – selbst wenn kein Licht von außen oder keine Hinweise des Wirts vorhanden waren. Obwohl circadiane Rhythmen schon früher in Mikrobiomen von Erwachsenen beobachtet wurden, ist dies der erste Beweis dafür, dass Bakterien diese Rhythmen unabhängig voneinander beibehalten. Wenn sie herausgenommen werden, behalten sie diese tageszeitabhängigen Oszillationen bei. Laut den Forschern ist das ziemlich überraschend, denn es deutet darauf hin, dass die Bakterien über einen intrinsischen Mechanismus verfügen, der eine Art Anpassung an den Tag- und Nachtzyklus ermöglicht, was ihnen möglicherweise einen Vorteil bei der Besiedlung des menschlichen Darms verschaffen könnte.

Die Wissenschaftler planen, die circadianen Rhythmen des Mikrobioms in zukünftigen Studien weiter zu untersuchen. Insbesondere wollen sie eruieren, ob einzelne Bakterienarten ihre Rhythmen beibehalten, wenn sie isoliert und nicht in komplexen Gemeinschaften gezüchtet werden, und nach den Genen suchen, die diese Rhythmen steuern. Die nächste Frage für sie ist, ob sie Mechanismen in Bakterien identifizieren können, die ihr zirkadianes Verhalten steuern.