Der Abbau komplexer Kohlenhydrate und anderer Makromoleküle durch menschliche Darmbakterien erzeugt Metaboliten, die benachbarte Mikroben für die anaerobe Atmung nutzen. Es ist jedoch unklar, ob das Cross-Feeding anderer Nahrungsbestandteile im Darm energieliefernde Redoxreaktionen antreiben kann.
Am 4. August 2025 veröffentlichten Forscher der Yale University eine Studie mit dem Titel „Metabolic cross-feeding of a dietary antioxidant enhances anaerobic energy metabolism by human gut bacteria“ in Cell Host & Microbe, einem Unterjournal von Cell.
Die Studie zeigte, dass das metabolische Cross-Feeding des diätetischen Antioxidans Ergothionein den anaeroben Energiestoffwechsel bei menschlichen Darmbakterien steigert.
In dieser bahnbrechenden Studie zeigte das Forschungsteam, dass Darmbakterien aus verschiedenen Phyla unter anaeroben Bedingungen ein gemeinsames diätetisches Antioxidans austauschen, um Energie zu erzeugen. Das symbiotische Bakterium Clostridium symbiosum kodiert ein Ergothioneinase-Enzym, dasErgothionein(ein aus Pilzen stammendes Antioxidans) in den Elektronenakzeptor Thiourocansäure (TUA) umwandelt. Das Xylan abbauende Bakterium Bacteroides xylanisolvens reduziert dann TUA, was seine ATP-Synthese signifikant steigert und das Bakterienwachstum fördert. Darüber hinaus wird TUA von bestimmten menschlichen fäkalen Mikrobengemeinschaften selektiv produziert und konsumiert.
Übereinstimmend mit neu entdeckten Zusammenhängen zwischen der intestinalen Ergothionein-Homöostase und Darmkrebs wurden Ergothioneinase-Gene in fäkalen Metagenomen von Darmkrebspatienten signifikant angereichert gefunden.
Diese gemeinsamen Ergebnisse zeigen, wie das Cross-Feeding symbiotischer antioxidativer Nährstoffe den mikrobiellen Energiestoffwechsel verbessert, und möglicherweise interindividuelle Unterschiede im Krankheitsrisiko erklärt. Im Einzelnen:
Die Ergothioneinase von C. symbiosum wandelt diätetisches Ergothionein in TUA um;
B. xylanisolvens nutzt TUA als Elektronenakzeptor und steigert die ATP-Produktion um das 2,3-Fache im Vergleich zu Kontrollen;
Die TUA-Dynamik zeigt selektive Produktions-/Konsummuster in verschiedenen menschlichen Mikrobiomen.
Bemerkenswerterweise war die Ergothionein-TUA-Stoffwechselachse bei Darmkrebspatienten besonders aktiv, wobei die Häufigkeit der Ergothioneinase-Gene mit dem Krankheitsverlauf korrelierte (p<0,01). Dieser redoxbasierte Cross-Feeding-Mechanismus könnte eine neuartige Verbindung zwischen diätetischen Antioxidantien, der Darmmikrobenökologie und der Krebsanfälligkeit darstellen.
Clostridium symbiosum metabolisiert Ergothionein (EGT) zu Thiourocansäure (TUA);
TUA kann von Bacteroides xylanisolvens genutzt werden, um dessen anaerobes Wachstum und die ATP-Synthese zu steigern;
Menschliche fäkale Mikrobengemeinschaften können EGT durch metabolisches Cross-Feeding in reduziertes TUA umwandeln;
Gene, die für die TUA-Produktion verantwortlich sind, sind in fäkalen Metagenomen von Darmkrebspatienten angereichert.
Zusammenfassend zeigen diese Ergebnisse, dass das symbiotische Cross-Feeding antioxidativer Nährstoffe den mikrobiellen Energiestoffwechsel verbessert – ein Mechanismus, der die interindividuelle Variabilität der Krankheitsrisikoanfälligkeit erklären könnte.
Paper-Link: https://www.cell.com/cell-host-microbe/fulltext/S1931-3128(25)00280-X
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