Knuspriges Brot, gebratenes Fleisch oder gerösteter Kaffee verdanken ihren typischen Geschmack und ihre Bräunung der Maillard-Reaktion. Dabei reagieren Aminosäuren mit Zuckern, wodurch chemisch veränderte Formen natürlicher Nahrungsbestandteile entstehen. Im Mittelpunkt der aktuellen Studie stand die veränderte Form der Aminosäure Lysin, Nε-Carboxymethyllysin (CML), die in erhitzten Lebensmitteln häufig vorkommt.

Im Gegensatz zu natürlichen Aminosäuren werden diese veränderten Verbindungen im Dünndarm nur wenig oder gar nicht aufgenommen. Sie gelangen daher in den Dickdarm und treffen dort auf die Darmmikrobiota, die Gemeinschaft der Mikroorganismen, die eine zentrale Rolle für Verdauung, Immunsystem und Gesundheit spielt.

Enzym mit erweitertem Funktionsspektrum

Das Forschungsteam konnte im Darmbakterium Escherichia coli nachweisen, dass das Enzym SpeC neben seiner bislang bekannten Funktion auch CML abbauen kann. „Die Bakterien müssen dafür also keine neuen Werkzeuge entwickeln, sondern nutzen ihr vorhandenes Repertoire auf kreative Weise um“, sagt Lassak.

Besonders bemerkenswert sei, dass SpeC nicht nur CML erkennt, sondern ähnlich wie ein Multitool auch weitere chemisch veränderte Aminosäuren umsetzen kann. Das Enzym verfügt damit über ein deutlich breiteres Funktionsspektrum als bislang angenommen.

„Evolutionär ist das bedeutsam", sagt Erica Aveta, gemeinsam mit Patroklos Vougioukas Erstautorin der Arbeit. „Solche Nebenaktivitäten können Bakterien einen ersten Zugang zu neuen Nahrungsbestandteilen eröffnen. Wird ein Nahrungsbestandteil aber regelmäßig verfügbar, kann aus dem ‚Multitool‘ SpeC durch Anpassung ein effizienteres, dafür spezialisiertes Werkzeug entstehen."

Hinweise auf Zusammenhänge mit Erkrankungen

Computergestützte Analysen deuten darauf hin, dass entsprechende Abbaukapazitäten im menschlichen Darmmikrobiom weit verbreitet sind. Darüber hinaus zeigt die Studie Zusammenhänge mit mehreren ernährungs- und lebensstilassoziierten Erkrankungen, darunter Darmkrebs, Fettlebererkrankungen und Hepatitis.

Nach Einschätzung der Forschenden wäre beispielsweise denkbar, dass der bakterielle CML-Abbau bestimmten Bakterien in einem entzündeten Darmmilieu Vorteile verschafft. Zudem entstehen beim Abbau der chemisch veränderten Aminosäuren neuartige biogene Amine – eine Molekülgruppe, die als Vermittler in der Kommunikation zwischen Bakterien und Wirt intensiv diskutiert wird.

„Die von uns beobachteten Zusammenhänge beweisen allerdings noch keine Ursache-Wirkungs-Beziehung", stellt Lassak klar. „Sie zeigen aber, dass verarbeitete Nahrung, mikrobielle Stoffwechselwege und Gesundheitszustand enger miteinander verbunden sein könnten, als bislang angenommen", ergänzt Hellwig.

Originalpublikation:
Aveta, E. F., Vougioukas, P., Qi, F., Mehler, J., Behringer, K. I., Gericke, N., Walczak, M., Vallejo-Janeta, A. P., Blank, T., Hellwig, M., & Lassak, J. (2026). Deciphering underground decarboxylase activity towards Nε-modified lysine derivatives in enterobacteria. Food Chemistry. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2026.150234

Quelle: Ludwig-Maximilians-Universität München