Ein mathematisches Modell zeigt nun, wie aufgenommene Mikroorganismen die Vielfalt des Darmmikrobioms beeinflussen können. Die Studie eines internationalen Forschungsteams unter Leitung von Florence Bansept in Kooperation mit dem Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie liefert neue quantitative Einblicke in die Rolle mikrobieller Bestandteile der Nahrung. Die in Communications Biology veröffentlichte Arbeit wurde federführend von Vitor M. Marquioni verfasst.

Wie kann der Aufbau eines stabilen Darmmikrobioms unterstützt werden?

Das Darmmikrobiom spielt eine zentrale Rolle für die Physiologie von Tieren und ist an grundlegenden biochemischen Prozessen im Verdauungstrakt beteiligt. Eine geringe mikrobielle Vielfalt wird häufig mit einer schlechteren Gesundheit in Verbindung gebracht.

Während bekannt ist, dass Ernährung das Darmmikrobiom über Nährstoffe beeinflusst, wurde bislang weniger beachtet, dass Nahrung auch lebende Mikroorganismen enthält. Ein Teil dieser Mikroben übersteht den Verdauungstrakt und kann mit der bestehenden Darmflora interagieren.

Vor diesem Hintergrund stellt sich eine zentrale Frage: Lässt sich die Aufnahme von Mikroben über die Nahrung gezielt so steuern, dass sie ein vielfältigeres und potenziell stabileres Darmmikrobiom unterstützt?

Um diese Frage zu beantworten, entwickelten die Forschenden ein mathematisches Modell, das zentrale Prozesse im Darm abbildet: Wachstum, Konkurrenz und Absterben von Mikroben sowie deren Eintrag über die Nahrung und ihren Verlust über die Ausscheidung. Basierend auf Daten aus der wissenschaftlichen Literatur wurde analysiert, wie diese Prozesse mit unterschiedlichen Mengen und Mustern mikrobieller Aufnahme zusammenwirken.

Die Ergebnisse lassen sich klar zusammenfassen: Entscheidend ist vor allem die tägliche Gesamtmenge aufgenommener Mikroben. Ob diese einmal täglich oder in kleineren Mengen über den Tag verteilt aufgenommen werden, spielt eine untergeordnete Rolle.

Darüber hinaus zeigt das Modell, dass es häufig eine optimale tägliche Aufnahmemenge gibt. Unter bestimmten Bedingungen lässt sich die Diversität des Darmmikrobioms durch eine passende Menge aufgenommener Mikroben maximieren.

Insgesamt schafft die Studie damit eine neue Grundlage für die Mikrobiomforschung, da sie einen quantitativen Ansatz liefert, wie mikrobielle Bestandteile von Nahrung künftig gezielt und nicht-invasiv genutzt werden könnten.

Im Detail zeigt die Studie drei zentrale Ergebnisse:

Erstens hat der zeitliche Rhythmus der mikrobiellen Aufnahme vergleichsweise wenig Einfluss auf die durchschnittliche Diversität des Mikrobioms.

Zweitens existiert in Systemen mit mehr als nur wenigen Mikrobenarten in der Regel eine optimale tägliche Aufnahmemenge, bei der die Diversität der mikrobiellen Gemeinschaft maximiert wird.

Drittens nähert sich diese optimale Menge bei sehr hoher Diversität der Zahl der Mikroben an, die täglich mit dem Kot ausgeschieden werden. In diesem Fall entspricht die im Wirt erreichte Diversität weitgehend der Diversität der aufgenommenen Nahrung.

Nach Angaben der Forschenden sind diese Ergebnisse gegenüber verschiedenen Modellvarianten robust. Zudem stimmen die ermittelten Größenordnungen mit gut untersuchten Tiermodellen wie der Fruchtfliege Drosophila oder dem Fadenwurm C. elegans überein.

Für eine direkte Übertragung auf den Menschen sind jedoch weitere Modellerweiterungen erforderlich, da die Wechselwirkungen zwischen Wirt und Mikroben deutlich komplexer sind. Dennoch stellt die Arbeit einen wichtigen ersten Schritt dar, um ein besseres quantitatives Verständnis dafür zu entwickeln, wie mikrobielle Bestandteile von Nahrung künftig gezielt eingesetzt werden könnten, um das Darmmikrobiom auf nicht-invasive Weise zu unterstützen.

Mit dieser Studie leistet die International Partner Group von Florence Bansept am Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der ökologischen Prinzipien mikrobieller Gemeinschaften in Wirtsorganismen – und eröffnet zugleich Perspektiven für zukünftige Anwendungen in Ernährung und Therapie.

Originalpublikation:
Marquioni, V.M., Hofacker, AC., Villavicencio, J.V. et al. (2026)
Modulating microbial intake helps to maintain the gut microbiome diversity. Commun Biol 9, 533 (2026). DOI:10.1038/s42003-026-09867-6

Quelle: Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie