Sushi-Verdauung dank Bakterien-Sex

Sushi_Maki-Rollen
Die schwarzen Hüllen der Maki-Rollen bestehen aus Rotalgen-Blättern. Ihre speziellen Ballaststoffe können nur von Meeresbakterien geknackt werden – oder japanischen Darmbakterien.

Dieser Text erschien – in ähnlicher Form – bereits bei web.de und gmx.

Es ging vor ein paar Jahren schon mal durch die Presse, ich stieß aber erst im November durch die Suche nach einem neuen Rätsel-Thema drauf. Weil das Thema so interessant ist, wollte ich unbedingt noch mal ausführlicher drüber schreiben. Ist schließlich ziemlich spannend, dass japanische Darmbakterien etwas können, was unsere nicht können: Algen-Ballaststoffe knacken nämlich. Und dass sie sich die Gene dafür durch Bakteriensex besorgten – von Mikroben-Verwandten aus dem Meer.

Herausgefunden hat das der deutsche Biochemiker Jan Henrik Hehemann als er die Enzym-Ausstattung eines neu sequenzierten Meeresbakteriums mit bekannten Genen in weltweiten Datenbanken verglich. 2010 erschien die erste Arbeit dazu, 2012 eine weitere große.

Aber wann und wo unterscheidet sich eigentlich, was mit der leckeren Maki-Rolle passiert, nachdem sie im Mund verschwunden ist? Anfangs läuft im japanischen Bauch doch alles genau wie im westlichen: Alle Enzyme in Speichel, Magen und Dünndarm arbeiten fleißig daran, möglichst viele der Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße der Maki-Rolle in ihre Bausteine zu zerlegen: in Zucker, Fettsäuren und Aminosäuren.

Wie in jeder pflanzlichen Nahrung, die wir aufnehmen, gibt es auch hier Kohlenhydrate, die von unseren Verdauungsenzymen nicht abgebaut werden können und die wir Ballaststoffe nennen. Bei Landpflanzen wären das Cellulose, Pektin oder Inulin. Bei Algen kommen zudem unverdauliche Kohlenhydrate wie Agar oder Carrageen vor.

Ballaststoffe bestehen aus langen Ketten von Zuckern. Sie sind für uns unverdaulich, weil unsere Enzyme die ungewöhnliche Art der Verknüpfung zwischen den Zucker-Einheiten nicht öffnen können. Bei Meerespflanzen kommt noch dazu, dass auch die Zucker-Bausteine selbst im Vergleich zu denen der Landpflanzen verändert sind.

Dass sich diese Ballaststoffe dem Zugriff unserer Verdauungsenzyme entziehen, heißt aber nicht, dass wir sie unverdaut ausscheiden. Denn auch wenn sie den Dünndarm unbeschadet überstehen, ist da noch der anschließende Dickdarm. Und dort sieht die Sache ganz anders aus. Hier treten unsere Symbiose-Partner, die Darmbakterien, auf den Plan und dürfen sich über die Reste hermachen.

Durch Fermentierung knacken unsere hilfreichen Untermieter so manches widerspenstige Kohlenhydrat doch noch. Dafür stehen Ihnen eine ganze Reihe von Spezial-Enzymen zur Verfügung, mit denen sie den ungewöhnlichen chemischen Bindungen der Ballaststoffen zu Leibe rücken.

Von dieser Resteverwertung haben wir durchaus auch etwas. Neben den berüchtigten Darmgasen entstehen bei der Fermentierung der Ballaststoffe auch Fettsäuren, die von den Darmzellen aufgenommen und verwertet werden können. Dabei kommt sogar einiges rum. Das kann bis zu einem Drittel unserer Energie-Versorgung ausmachen.

Hehemann und Kollegen haben herausgefunden, dass sich die japanische Verwertung von Maki-Rollen genau hier im Dickdarm unterscheidet. Nicht weil die Japaner selbst genetisch anders wären, sondern eben, weil ihre Darmbakterien eine andere genetische Ausstattung an Spezial-Enzymen haben.

Die schwarzen Algenblätter, die den Maki-Rollen ihre Form geben, nennen die Japaner Nori. Es sind die getrockneten und gerösteten Blätter der Rotalge Porphyra, die vor Japans Küsten in großem Stil angebaut wird. Nori wird auch als Suppen-Einlage verwendet oder gemahlen zu Gewürzmischungen gegeben.

Die in diesen Porphyra-Algen vorkommenden Ballaststoffe sind einzigartig. Sie gehören zur Agar-Familie und werden nach der Algen-Gattung als Porphyrane bezeichnet.

Enzyme für das Zerschnippeln dieser Ballaststoffe besitzen sonst nur einige marine Bakterien. Die ungewöhnlichen Zucker-Einheiten sind eine echte Herausforderung. Dass auch die Darm-Mikrobe Bacteroides plebeius diese Porphyrane knacken kann, war eine echte Überraschung. Allerdings fand sich das entsprechende Gen nur in den japanischen Darmbakterien, nicht in den europäischen oder nordamerikanischen.

Die Ähnlichkeit des Gens in Darmbakterien und freilebenden Meeresbakterien ist so frappierend, dass die japanischen Darmbewohner es nur aus einer Quelle erhalten haben können: durch Bakteriensex mit ihren Verwandten aus dem Meer, die einst mit den Algen selbst aufgenommen wurden und ins Verdauungssystem gelangt sind.

Ich finde: Ein faszinierendes Beispiel dafür, wie unsere Symbiose-Partner im Darm ihr Repertoire an Spezial-Enzymen erweitern können. Durch den Austausch von Genen mit freilebenden Bakterien gelingt es ihnen sich an die jeweilige Ernährung „ihrer“ Menschen besser anpassen. Ein schöner Einblick in eine Bakterien-Evolution, die dazu führte, dass Japaner diese von ihnen schon seit Jahrhunderten konsumierte Ballaststoff-Quelle vollständiger verwerten können als wir.

Quellen:

Hinter einer Paywall ist der erste Fachartikel in Nature:
http://www.nature.com/nature/journal/v464/n7290/full/nature08937.html
Aber der zweite ist Open Access verfügbar:
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3511707/

Auch interessant ist diese journalistisch geschriebene Pressemitteilung anlässlich einer Preisverleihung, die erklärt, wie’s zu der Entdeckung kam  (ebenfalls auf Englisch):
http://researchfund.axa.com/project/jan-hendrik-hehemann

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