Intestinales Mikrobiom und Innere Medizin

1. Dynamik und Struktur des intestinalen Mikrobioms 17
1.1. Mikrobiota und Mikrobiom - einige Fakten 17
1.2. Struktur der humanen bakteriellen Mikrobiota 18
1.3. Pilze und Viren als Bestandteile der intestinalen Mikrobiota 22
1.4. Intestinale Mikrobiota als Ökosystem 24
1.5. Dynamik der Mikrobiota im Lebenszyklus 25
1.6. Beeinflussung der Struktur der Mikrobiota durch Ernährung 25
1.7. Beeinflussung der Struktur der Mikrobiota durch Antibiotika 27
1.8. Beeinflussung der Struktur der Mikrobiota durch Rauchen 27
1.9. Beeinflussung der Struktur der Mikrobiota durch Entzündung 27
1.10. Fazit 28
2. Das intestinale Mykobiom 30
2.1. Charakteristika und Funktion des humanen intestinalen Mykobioms 30
2.2. Das Mykobiom bei entzündlichen Darmerkrankungen 31
2.3. Einfluss des Mykobioms auf Lebererkrankungen 32
2.4. Mykobiom und Tumorerkrankungen 33
2.5. Ausblick 33
3. Das intestinale Virom 36
3.1. Charakteristika des humanen intestinalen Viroms 36
3.2. Phagen - Hauptbestandteile des humanen intestinalen Viroms 38
3.2.1. Phagen bei Erkrankungen der Darmbarriere 39
3.3. Humane endogene Retroviren (HERV) 40
3.3.1. HERV: potentielle Bedeutung bei inflammatorischen und malignen Erkrankungen 41
3.4. Weitere Assoziationen des Viroms mit Verdauungs- und Stoffwechselerkrankungen 42
3.5. Ausblick: das intestinale Virom in der Diagnostik und Therapie von Verdauungs- und
Stoffwechselerkrankungen 43
4. Intestinales Mikrobiom und Schleimhautbarriere 45
4.1. Epithel und Mukus 45
4.2. Antibakterielle Peptide und angeborene Immunität 48
4.3. Adaptive Immunität 50
4.4. Fazit 51
5. Intestinales Mikrobiom und Schleimhautbarriere bei
chronisch entzündlichen Darmerkrankungen 53
5.1. Intestinales Mikrobiom bei CED 53
5.2. Die Schleimhautbarriere bei CED 56
5.2.1. Mukus 56
5.2.2. Antibakterielle Peptide und angeborene Immunität 57
5.3. Adaptive Immunität 59
5.4. Mikrobiom bei CED: Henne oder Ei? 60
5.5. Fazit 61
6. Intestinales Mikrobiom bei Reizdarmsyndrom 64
6.1. Definition und Epidemiologie des Reizdarmsyndroms 64
6.2. Pathogenese 64
6.2.1. Intestinales Mikrobiom 64
6.2.1.1. Postinfektiöse Genese und Antibiotikagabe 65
6.2.1.2. Dysbiose 65
6.2.1.3. Therapeutische Intervention 66
6.2.2. Intestinales Metabolom 67
6.2.3. Störung der intestinalen Barriere 67
6.2.4. Sekretion und Motilität 67
6.2.5. Viszerale Sensitivität 68
6.2.6. Störung des enteralen Immungleichgewichts 68
6.2.7. Störung neurologischer und neuroimmunologischer Prozesse 68
6.2.8. Vererbung und Geburtsmodus 68
6.2.9. Genetik 69
6.2.10. Mikrobiom-Darm-Hirn-Achse 70
6.2.11. Ernährung 70
6.3. Zusammenfassung 72
7. Intestinales Mikrobiom bei Lebererkrankungen 75
7.1. Die Darm-Leber-Achse 75
7.1.1. Zusammensetzung des intestinalen Mikrobioms 75
7.1.2. Darmbarrierefunktion und Immunologie 76
7.1.3. Metabolom und Leberpathologien 77
7.2. Metabolische Dysfunktion-assoziierte steatotische Lebererkrankung 78
7.3. Alkoholische Lebererkrankung 79
7.4. Akute Leberzellschädigung 79
7.5. Leberzirrhose und ihre Komplikationen 79
8. Mikrobiom und Gallenwegserkrankungen 83
8.1. Das intestinale und biliäre Mikrobiom 83
8.1.1. Das intestinale und biliäre Mikrobiom 83
8.1.2. Das biliäre Mikrobiom 83
8.2. Gallensäure-Synthese und enterohepatischer Kreislauf 84
8.3. Einfluss des intestinalen Mikrobioms auf den Gallensäurestoffwechsel 85
8.3.1. Mikrobielle Dekonjugation von Gallensäuren 85
8.3.2. Mikrobielle Hydroxylierung von Gallensäuren zu sekundären Gallensäuren 85
8.3.3. Faktoren, die den bakteriellen Gallensäurestoffwechsel beeinflussen 86
8.4. Rolle des Mikrobioms für die enterohepatische Rezirkulation 86
8.5. Einfluss des Mikrobioms auf primär sklerosierende Cholangitis 87
8.5.1. Definition und Krankheitsbild 87
8.5.2. Rolle des gastrointestinalen Mikrobioms in PSC 87
8.5.3. Mikrobielle Produkte: Rolle der Gallensäuren in PSC 88
8.5.4. Rolle des biliären Mikrobioms bei PSC 89
8.5.5. Das Mikrobiom als therapeutisches Ziel für die PSC 89
8.6. Einfluss des Mikrobioms auf primär biliäre Cholangitis 89
8.7. Einfluss des Mikrobioms auf das Cholangiokarzinom 90
8.8. Einfluss des Mikrobioms auf die Cholelithiasis 91
8.8.1. Klassifizierung und Epidemiologie der Cholelithiasis 91
8.8.2. Die Rolle des Mikrobioms für die Pathogenese von Gallensteinen 91
9. Intestinales Mikrobiom bei Autoimmunerkrankungen 94
9.1. Wechselwirkungen zwischen Mikrobiom und Immunsystem 94
9.1.1. Intestinales Mikrobiom und das angeborene Immunsystem 95
9.1.2. Intestinales Mikrobiom und das erworbene Immunsystem 97
9.2. Rolle des intestinalen Mikrobioms bei ausgewählten Autoimmunerkrankungen 98
9.2.1. Rheumatoide Arthritis 98
9.2.2. Diabetes mellitus Typ 1 99
9.2.3. Multiple Sklerose 101
9.2.4. Systemischer Lupus erythematodes 102
9.2.5. Hashimoto-Thyreoiditis 103
9.2.6. Autoimmunhepatitis 104
9.3. Zusammenfassung 104
10. Intestinales Mikrobiom und Ernährung 109
10.1. Mikrobielle Gene kodieren für Verdauungsenzyme 109
10.2. Das Mikrobiom ist Spiegelbild von Ernährung und Lebensstil 111
10.3. "Microbiota-targeted nutritional therapy" 112
11. Intestinales Mikrobiom bei Adipositas und Diabetes 116
11.1. Prävalenz von Adipositas und Typ 2-Diabetes mellitus 116
11.2. Definition von Adipositas und Diabetes 117
11.3. Insulinresistenz bei der Entwicklung von Typ 2-Diabetes 117
11.4. Der Einfluss des Mikrobioms auf Typ 2-Diabetes 118
11.5. Ernährung und die mikrobiellen Stoffwechselprodukte 120
11.6. Einsatz von Probiotika bei der Prävention und Behandlung von Typ 2-Diabetes 121
11.7. Bariatrische Chirurgie und Mikrobiom 122
11.8. Schlussfolgerungen 123
12. Intestinales Mikrobiom und Atherosklerose 125
12.1. Komposition des Darm-Mikrobioms bei Atherosklerose 125
12.2. Dysbiose und Antibiotika 126
12.3. Mikrobielle Mechanismen bei der Atherogenese 126
12.3.1. Modulation des Fettstoffwechsels 127
12.3.2. Darmflora-abhängige Metabolite 128
12.3.2.1. Kurzkettige Fettsäuren 128
12.3.2.2. Trimethylamin-N-oxid (TMAO) 128
12.3.2.3. Mikrobielle Tryptophan-Metabolite 129
12.3.2.4. Weitere mikrobielle Metabolite 130
12.3.3. Metabolische Endotoxinämie 130
12.3.3.1. Leaky-Gut-Syndrom 131
12.3.4. Modulation des Immunsystems 131
12.3.4.1. Regulatorische T-Zell-/Th17-Zell-Balance 131
12.3.4.2. Klonale Hämatopoese 132
12.4. Atherothrombotisches Potential 132
13. Intestinales Mikrobiom und Malignome 135
13.1. Bakterien und Tumorgenese 135
13.1.1. Streptococcus gallolyticus 135
13.1.2. Fusobacterium nucleatum 136
13.1.3. Genotoxische pks+ Escherichia coli 137
13.2. Chronische Entzündung und Karzinogenese am Beispiel des enterotoxischen
Bacteroides fragilis 137
13.3. Bakterielle Biofilme und kolorektales Karzinom 138
13.4. Sind mukosale Biofilme karzinogen? 138
13.5. Das Mikrobiom als Diagnostikum 139
13.6. Einfluss der intestinalen Mikrobiota auf die Tumortherapie 140
13.6.1. Immuntherapie 140
13.6.2. Chemotherapie 141
14. Antibiotika und intestinales Mikrobiom 144
14.1. Antibiotika-induzierte Veränderungen der Funktion und Komposition des intestinalen
Mikrobioms 144
14.1.1. Bedeutung der Kolonisationsresistenz 144
14.1.2. Spezifische Einflüsse verschiedener Antibiotikaklassen 147
14.2. Einfluss auf die Immunhomöostase (Darm-Immun-Achse) 148
14.3. Fazit 149
15. Therapie des intestinalen Mikrobioms: Mikrobiomtransfer 151
15.1. Medico-legale Einordnung 151
15.2. Spenderscreening 151
15.3. Spenderwahl und -screening 154
15.4. Technische Durchführung 154
15.5. Indikationen 155
15.5.1. FMT bei C. difficile-Infektion 155
15.5.2. Chronisch entzündliche Darmerkrankungen 156
15.5.3. Weitere Indikationen 156
16. Therapie des intestinalen Mikrobioms: Probiotika 159
16.1. Anforderungen und wünschenswerte Eigenschaften von Probiotika 159
16.2. Unerwünschte systemische Wirkungen und Verträglichkeit 160
16.3. Mechanismen der Wirkungen von Probiotika 161
16.3.1. Interaktionen zwischen Probiotika und dem autochthonen Mikrobiom des Wirts 161
16.3.2. Antibakterielle Eigenschaften von Probiotika und Schutz gegen Pathogene 161
16.3.3. Probiotika und die mukosale (epitheliale) Barriere 162
16.3.4. Probiotika und Immunmodulation 163
16.3.5. Sonstige Mechanismen probiotischer Aktivität 164
16.4. Klinische Indikationen für eine Therapie mit Probiotika 164
16.4.1. Chronisch entzündliche Darmkrankheiten 165
16.4.1.1. Colitis ulcerosa 165
16.4.1.2. Morbus Crohn 166
16.4.1.3. Pouchitis 166
16.4.1.4. Mikroskopische Kolitis (kollagene Kolitis/lymphozytäre Kolitis) 167
16.4.2. Reizdarmsyndrom/Funktionelle gastrointestinale Erkrankungen 167
16.4.3. Antibiotika-assoziierte Diarrhoe und C. difficile-Infektion 168
16.4.4. Divertikelkrankheit 168
16.4.5. Nicht-steroidale Antirheumatika (NSAR)-induzierte Enteropathie 169
16.4.6. Probiotika in der Pädiatrie 169
16.4.7. Extraintestinale Erkrankungen 170
16.5. Die Zukunft der Probiotika 170
17. Abkürzungsverzeichnis 173
Index 174