Ab dem frühsten Dasein bekommen Kinder das mikrobielle Ökosystem der Mutter mit auf den Weg. In der mütterlichen Eizelle befinden sich zunächst sogenannte Endosymbionten, ehemals selbstständig lebende Minibakterien, die menschliche Zellen mit Sauerstoff versorgen: die Mitochondrien. Der Fötus wächst dann in einer keimfreien Atmosphäre auf, erhält aber über die Plazenta Aminosäuren, Peptide und Vitamine, die von den Darmbakterien der Mutter stammen. Das Kind benötigt diese für seinen Stoffwechsel. Während der Schwangerschaft verändert sich die Zusammensetzung der mütterlichen Darmflora. Sie ähnelt schließlich der von Patientinnen mit gering ausgeprägten Zucker- und Fettstoffwechselstörungen. Beispielsweise entwickelt sich eine leichte Insulinresistenz. Die veränderte Stoffwechsellage der gesunden Frauen wird offenbar benötigt, um ein erhöhtes und spezifisches Nahrungsangebot für den Fötus zu sichern (Koren 2012).

In der Scheide schwangerer Frauen wandelt sich die Vielfalt der Bakterien (Aagaard 2012). Es ist so, als bereite sich der Körper der Frau auf eine „Verimpfung“ oder „Transplantation“ ganz bestimmter Bakterien vor. Während der Geburt werden dann noch wenig erforschte Bakterienmischungen auf das Kind übertragen, die sich von denen nicht-schwangerer Frauen sehr deutlich unterscheiden.

Antibiotikagaben stören die Prozesse mikrobieller Veränderung in der Schwangerschaft erheblich und nachhaltig (Fouhy 2012, Stokholm 2013). Bei der Geburt durch einen Kaiserschnitt bleibt das Neugeborene von den mütterlichen Keimen der Scheide und des Darmes isoliert und nimmt zunächst die Hautkeime der Mutter auf. Zusätzlich wird es mit Bakterien besiedelt, die trotz aller Hygienemaßnahmen im Krankenhaus vorkommen und die sein Immunsystem noch nicht von normalen Bakterien differenzieren kann (Song 2013). Diese Zusammenhänge werden zurzeit intensiv untersucht, um zu klären, warum Kinder nach Kaiserschnitt ein höheres Risiko haben, später an Diabetes 1 zu erkranken, als Kinder, die vaginal geboren wurden (Cardwell 2008).

Eine weitere Übertragung natürlicher Keime erfolgt nach der Geburt über die Muttermilch, die etwa 700 Bakterienspezies enthält (Cabrera-Rubio 2012). Die meisten dieser Kleinlebewesen stammen nicht, wie ursprünglich vermutet, von der Haut der Mutter und rühren auch nicht von Verunreinigungen her. Vielmehr wurden sie, wahrscheinlich zum Teil schon in der Schwangerschaft, aktiv aus dem Darm der Frau in die Brustdrüsen transportiert (Fernándeza 2012).

Die Anwesenheit bestimmter Bakterien im Körper während eines eng begrenzten Zeitrahmens kann also offenbar physiologisch sein. Das scheint mit den klassischen Vorstellungen von Infektionen, die Bakterien im Körper mit der Vorstellung einer Sepsis verbinden, nicht vereinbar zu sein. Es mehren sich aber die Hinweise, dass die Darmbakterien von Epithelzellen im Darm aufgenommen und aktiv in oder an Immunzellen gebunden in die Brust transportiert werden und dort in einem Zustand verharren, in dem sie sich nicht vermehren. Wie das genau geschieht, ist noch unklar (Jeurink 2012).

Veränderungen der Immunreaktion, beispielsweise durch Stress, können bei der Besiedlung der laktierenden Brust zu Dysbiosen führen. Eine Mastitis ist also nicht zwangsläufig mit der Besiedlung externer pathogener Keime assoziiert (Fernández 2013).
Die Zusammensetzung der Mikroflora beeinflusst sowohl das Wachstum Neugeborener (White 2013) als auch die Ausprägung des Immunphänotyps (Wenig 2013). Es ist daher möglich, dass Störungen der Entwicklung der frühen Mikroflora im späteren Lebensalter die Risiken von Stoffwechsel­erkrankungen (wie Adipositas) und von Fehlreaktionen des Immunsystems erhöhen. Menschen verfügen über etwa 25.000 Gene – doppelt so viele wie der Regenwurm. Allerdings besitzt ein primitiver Lungenfisch hundertmal mehr DNS-Basenpaare als wir. Offensichtlich hat weder die Anzahl der aktiven Gene noch die Masse der Erbsubstanz, die überwiegend funktionslos zu sein scheint, etwas mit der Komplexität eines Organismus zu tun. Die Art der Musik, die einen Konzertsaal erfüllt, hängt auch nicht nur davon ab, wie die gespielten Instrumente beschaffen sind.

Der Kontext, in dem sich genetische Informationen entfalten, ist offenbar von ebenso großer Bedeutung, wie die Information selbst. Trotzdem müssen die 300.000 Eiweißstoffe, die den Menschen ausmachen, irgendwo durch Gene kodiert worden sein. Diese Frage führte nach Abschluss des menschlichen Genomprojektes 2004 zum Mikrobiomprojekt: der Erforschung der Bakterien, die auf und in Menschen wohnen, die sich mit ihnen über Jahrmillionen gemeinsam entwickelt haben, und die zehnmal zahlreicher sind als die Anzahl der Körperzellen. Ein Großteil unseres Genoms, das für die Herstellung unserer Eiweiße erforderlich ist, befindet sich also außerhalb unserer Zellgrenzen.

Superorganismus

Bis vor einigen Jahren noch hielt man diese Bakterien für zwar nützliche, aber belanglose Lebewesen, die mit uns gemeinsam Nahrungsstoffe verdauen. Man vermutete, sie seien eher zufällig aus der Umwelt in den Menschen gelangt. Je mehr aber diese scheinbar unbedeutenden Keime untersucht werden, desto stärkere Eigenarten fallen auf. Zum Beispiel, dass sie außerhalb des menschlichen Organismus nur schwer oder gar nicht kultiviert werden können. 80 Prozent der beteiligten Mikroorganismen sind daher noch nicht untersucht, und noch weniger ihr Zusammenspiel untereinander und die Interaktionen mit den Wirtszellen. Diese menschentypischen Bakterien tragen Gene, die im menschlichen Genom nicht vorkommen, aber notwendig sind, um bestimmte, lebensnotwendige Nahrungsbestandteile aufzuschlüsseln. Die Zusammensetzung dieser Flora ist für jeden einzelnen Menschen typischer und unverwechselbarer als ein Fingerabdruck.

Wissenschaftler sprechen daher zunehmend von einem menschlichen Superorganismus (Hattori 2009), der aus zwei bisher für getrennt gehaltenen Bereichen besteht, den Körperzellen und der sie umgebenden ebenso menschentypischen Mikroflora. Die Erbsubstanz des Menschen setzt sich demnach aus zwei Bereichen zusammen und wird jetzt als Ganzes Metagenom oder Human Microbiom genannt. Das Mikrobiom des Menschen wird über die Mutter vererbt: die Mitochondrien als intrazelluläre Symbionten über die Eizelle und die essenziellen und für die Mutter charakteristischen Darmbakterien während der normalen Geburt und durch das Stillen.

Gut und Böse verschwimmen

Inzwischen ist uns die Unterscheidung in gute und böse Bakterien nicht mehr so einfach möglich wie im 19. Jahrhundert, als Robert Koch und Louis Pasteur die „Keimtheorie“ der Krankheitsentstehung verkündeten. Die Grenzen zwischen untrennbaren Partnern, Nützlingen, Schädlingen, Räubern oder harmlosen Trainingspartnern werden mit zunehmendem Wissen verwaschener: Sie scheinen zu fließen. Das ist auch für unser Verständnis von uns selbst eine Zumutung: Selbst die klaren Linien zwischen Ich („innen“) und Umwelt („da draußen“) sind offenbar weniger eindeutig als bislang vermutet. Die Grenzmembranen des Darmes und der Haut ähneln demnach weniger den verminten Sperrzonen zwischen Kriegsparteien, sondern eher den Stadtmauern mittelalterlicher Städte. Diese dienten in normalen Friedenszeiten mit ihren großen, offenen Stadttoren als Umfriedung von Marktplätzen, an denen Begegnung und reger Austausch stattfand. Aber sie konnten auch im Falle von Bedrohung als Schutzwälle gut verteidigt werden.

Wir beginnen langsam zu begreifen, wie diese Bakterien untereinander und mit Körperzellen, Organen und auch dem Gehirn kommunizieren. Und wir erahnen, dass Gesundheit und Krankheit ohne Wissen um die Art dieser Zwiesprache nicht verstanden werden kann.

Krankheit kann manchmal aus einer eher zufälligen, aber katastrophalen Begegnung mit einer Mikrobe entstehen, die kooperativ an ein anderes Ökosystem oder einen anderen Wirt angepasst war, wie zum Beispiel Tetanus oder Milzbrand. Oder die Immunabwehr reagiert falsch auf eine unbekannte, aber im Prinzip beherrschbare Störung, wie beispielsweise das Enterohämorrhagische Escherichia Coli – kurz EHEC genannt. Oder die Immunabwehr bekämpft Harmloses als etwas Gefährliches (Allergien). Oder es wird ein sinnlos-gefährlicher Großalarm ausgelöst, obwohl die Störung im Prinzip beherrschbar wäre, so beim Systemischen Inflammatorischen Response-Syndrom (SIRS) (Bejjani 2012).

Vor diesem Erkenntnishintergrund verändern sich nicht nur die Grundannahmen der Infektiologie, sondern auch die alte Vorstellung spezifischer Medikamentenbehandlung: „Ein Gen – ein Rezeptor – ein Medikament – eine Wirkung“ muss einer neuen systembiologischen Sicht Platz machen (Zhao 2012). Selbst die Hirnforschung ist von dem Wissenswandel betroffen, da der Zustand des Mikrobioms im Darm die Hirnaktivitäten beeinflusst und umgekehrt.

Bakterien und die Zellen ihrer Wirte kooperieren in vielfältiger Weise untereinander, in Formen ausgewogenen Miteinanders, gegenseitigen Nutzens und einer moderaten, abgewogenen Antwort auf Reize. Ein solches gesundes System kehrt nach einer Störung wieder flexibel in seine Ausgangslage zurück (Resilienz). Kippt dieser Gleichgewichtszustand, entsteht Krankheit und damit die Chance, dass sich Infektionserreger ausbreiten können. Bei einer Kommunikationsstörung zwischen Mikroorganismen und Immunsystem kann eine Infektion also ebenso Folge wie Ursache von Krankheit sein (Lee 2012).

Im Krankheitsfall reicht es demnach nicht aus, etwas zu bekämpfen. Vielmehr muss versucht werden, einen flexiblen Gleichgewichtszustand wiederherzustellen. Die Kriegsführung gegen Bakterien mit Antibiotikabomben gerät dagegen zunehmend in eine Sackgasse, weil selbst Bakterien, die sich so völlig fremd sind, wie Klebsiella (gramnegative Stäbchenbakterien) in der Lunge und Enterobakterien im Darm, miteinander zu „reden“ scheinen. Sie tun das in Laboren, auf Türklinken und an den Händen der Ärzte. Dabei werden winzige Plasmaverbindungen (Nanobrücken) ausgebildet, über die Botenstoffe (Plasmide) weitergegeben werden, die einen Schutz gegenüber vielen oder auch allen bekannten Antibiotika vermitteln.

Mikrobiom und Zentralnervensystem

Die Erforschung des Zusammenhangs, der Kommunikation von Hirnfunktionen, Darmepithel, Immunzellen und Mikroflora hat sich dynamisch entwickelt („Psycho-neuro-endokrino-Immunologie“). Zum Beispiel scheinen Störungen der Schmerzwahrnehmung, der emotionaler Stimmungslage und der Darmfunktion bei vielen Krankheiten miteinander verwoben zu sein (Rhee 2009, Del Chierico 2012).

Das Zentralnervensystem ist mit der Immunreaktion direkt hormonell und durch Nervenbahnen verschaltet und wirkt steuernd auf alle Organe des Immunsystems ein. Umgekehrt beeinflusst die Immunreaktion und die Art, wie mit Mikroben kommuniziert wird, die Funktionen des Zentralnervensystems. Ein Ansteigen der Botenstoffe, die eine Auseinandersetzung signalisieren, lösen Stress im Gehirn aus, da eine Notsituation zu bestehen scheint. Botenstoffe, die für Entzündungen typisch sind, führen daher zu Erscheinungen, die Rückzugsverhalten erzwingen, damit sich der Organismus in Ruhe erholen kann, wie Fieber, Schlappheit, Müdigkeit, Appetitlosigkeit. Umgekehrt greift Stress, der durch äußere Überlastung ausgelöst wurde, direkt und störend in die Immunreaktion ein. Wenn eine Belastung bewältigt, und Stress gedämpft wird, beruhigt das Zentralnervensystem auch die Immunfunktion. Diese Beruhigung aufgrund einer begründete Gewissheit, dass „alles gut werde“ und man „es schon schaffe“ sorgt über den Reflexregelkreis zwischen Mittelhirn-Stammhirn, Nebennierenrinde und Milz für eine Normalisierung des Immunsystems, die den Krankheitsverlauf entscheidend günstig beeinflussen kann (siehe DHZ 10/2011, Seite 55ff.). Deshalb ist die Pflege für Heilungsprozesse so wichtig und oft entscheidender für die Genesung als die Behandlung.

Die optimalen Einstellungen und Anpassungen des Körpers auf die jeweils gegebenen Situationen erfolgt durch Mittel- und Stammhirnregionen. Je nach Ruhe, Belastung, Störung von mikrobiellem Gleichgewicht oder Stress müssen unter anderem Stoffwechsel, Temperatur und Wasserhaushalt anders ausgerichtet werden. Dazu bestehen zahlreiche Rückkopplungsschleifen zwischen dem Gehirn und allen anderen Körperzellen. Eine davon hat eine ganz besondere Bedeutung für das Verständnis der Kommunikation zwischen Immunzellen und Mikroben: die des Vagusnervs.

Vagusnerv als Stressbremse

Wenn die Konzentration von Entzündungsbotenstoffe ansteigt, weil zum Beispiel die Darmflora gestört ist oder sich ein Schädling im Darm vermehrt, muss die Produktion weiterer Entzündungsstoffe gedämpft werden, sonst käme es zu einer Immunüberreaktionen, die zu Organschäden führen könnte.

Der dafür nötige, besänftigende Reflex hat seinen Ursprung in einem Stammhirnteil, der in der Nähe der Atmungssteuerung liegt, und der über den Vagusnerv geleitet wird. Die Signale des Vagusnervs erreichen nahezu alle inneren Körperorgane und haben dabei eine meist ähnliche Auswirkung: Beruhigung. Man könnte den Vagus daher auch als eine Stressbremse bezeichnen, die im Rhythmus der Atmung tätig wird. Über den Vagusnerv laufen unter anderem Impulse, die überschießende Funktionen des Herzens regulieren oder auch unnötige Abwehrreaktionen des Immunsystems verhindern: Ausatmen beruhigt also doppelt. Im Prinzip signalisieren Vagusimpulse, dass trotz Belastung Kommunikation noch möglich ist, weil sich der Organismus in relativer Sicherheit befindet, oder die Verteidigung hoch-kompetent und selbstsicher erfolgt. Brutale Gewalt oder Flucht wären deshalb gleichermaßen unsinnig und schädlich (Thayer 2011).

Wie aber erreicht das Signal aus dem Vagus-Kabel die herumschwimmenden Immunzellen? Signale, die Immunzellen beruhigen, werden über den Neurotransmitter Acetylcholin vermittelt, der sich an einen „nikotin-artigen“ Alpha-7-Rezeptor bindet. Das erklärt nebenbei, warum so viele gerne rauchen: Sie teilen ihren Immunzellen durch Nikotin mit, dass „alles o.k.“ sei, obwohl „nichts o.k.“ ist. Die Aktionspotenziale des hinteren Vagus-Ursprungskerns werden über eine Nerven-Umschaltstation auf die Milz übertragen. Dort wird Acetylcholin unter anderem von spezialisierten T-Zellen ausgeschüttet und seine Freisetzung unterdrückt die Produktion von Entzündungsbotenstoffen (Tracey 2007, 2009, Houston 2012, Rosas-Belina 2011).

Resümee

Gesundheit auf zellulärer Ebene könnte also als eine Balance zwischen regulierenden und aktivierenden Immunzellen beschrieben werden (Matteloni 2012, Maynard 2012). Krankheit entsteht, wenn zu viele Feinde auftauchen, die Aktivität herausfordern, oder wenn zu viele Freunde des Mikrobioms verschwinden, und daher regulatorische T-Zellen zu selten stimuliert werden, um bremsen zu können (Cho 2012).

Seit wir immer „steriler“ aufwachsen und oft auch unnötig viel Antibiotika zu uns nehmen, sinkt die Chance einer Ausein­andersetzung mit zwar ärgerlichen, aber nicht lebensbedrohlichen Allerweltfeinden. Damit steigt das Risiko für das Auftreten allergischer Reaktionen, bei denen die Abwehr aggressiv auf ein ziemlich unwichtiges Fremdeiweiß oder Allergen reagieren. Gleichzeitig steigt die Zahl chemischer Stoffe in der Umwelt, in Nahrung und Medikamenten, die sich irritierend auf Immunabläufe auswirken können.
Mütterliche Bakterien sind erforderlich für die Ausreifung des kindlichen Immunsystems. Kinder, die auf natürlichem Wege geboren und anschließend gestillt wurden, haben daher eine größere Chance, eine normale Keimbesiedlung zu entwickeln. Das Zusammenspiel von Mikroflora und Körperzellen beeinflusst das Risiko im späteren Leben, an Stoffwechsel- und Immunstörungen zu erkranken (Tremaroli 2012) ebenso wie die Hirnentwicklung (Grenham 2011). Psychische Belastungen und Stressstörungen nehmen zu, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, an Immunstörungen zu erkranken. Wir verstehen immer mehr, warum es so wichtig es ist, Schwangere, Mütter und Kinder vor Stress zu bewahren und ihnen einen natürlichen Schutzraum zu bieten, der Wachstum und Entwicklung begünstigt (Johnson 2013, Jeurink 2013). Je mehr die Komplexität des Zusammenwirkens unterschiedlicher Organe, Zellen und Bakterien erkannt wird, desto bescheidener werden die Vorschläge, in diese Zusammenhänge leichtfertig zu intervenieren.
Optimal wäre es für ein Kind, wenn es durch den Vaginalkanal geboren und mindestens ein halbes Jahr gestillt würde, und wenn seine Eltern – insbesondere die Mutter – optimal unterstützt würden, damit es sicher und stressarm aufwachsen kann.