Was Darmbakterien mit Angst, Stimmung und Schlaf zu tun haben

Im Darm arbeitet rund um die Uhr ein riesiges Chemielabor. Milliarden Bakterien zerlegen Nahrung und produzieren Stoffe, die weit über die Verdauung hinaus eine Rolle spielen können. Eine neue Humanstudie legt nahe, dass bestimmte Aktivitäten von Darmbakterien mit zwei wichtigen Botenstoffen im Gehirn zusammenhängen: Glutamat regt Nervenzellen an, GABA bremst sie. Einige dieser bakteriellen Aktivitäten standen zugleich mit Angst, depressiven Symptomen und Schlaf in Verbindung.

Nicola Johnstone von der University of Roehampton und Kathrin Cohen Kadosh von der University of Surrey untersuchten dafür bei jungen Frauen Darmmikrobiom und Hirnchemie gemeinsam. Sie analysierten bakterielle Gene aus Stuhlproben und maßen zugleich die beiden Botenstoffe GABA und Glutamat in mehreren Hirnregionen.

Darmbakterien hängen je nach Hirnregion unterschiedlich mit der Hirnchemie zusammen

An der Untersuchung nahmen zunächst 83 gesunde Frauen zwischen 17 und 25 Jahren teil. Verwertbare Mikrobiomdaten lagen schließlich von 61 Teilnehmerinnen vor.

Anschließend richteten die Wissenschaftlerinnen den Blick auf das Gehirn. Mit einer speziellen Magnetresonanzmessung bestimmten sie dort die Menge zweier wichtiger Botenstoffe: Glutamat wirkt überwiegend wie ein Gaspedal für Nervenzellen, GABA eher wie eine Bremse. Entscheidend ist, dass beide im richtigen Verhältnis zueinander stehen.

Gemessen wurde in drei Hirnregionen, die unterschiedliche Aufgaben erfüllen: Eine ist unter anderem an Planung und der Regulation von Gefühlen beteiligt, eine weitere an Aufmerksamkeit und Kontrolle. Als dritte untersuchten die Forscher einen Bereich im Hinterkopf, der vor allem visuelle Informationen verarbeitet.

Damit konnten die Forscher zwei sehr unterschiedliche Welten miteinander vergleichen: Was können die Bakterien im Darm – und wie sieht gleichzeitig die chemische Balance im Gehirn aus?

Das Ergebnis war kein einfaches Muster nach dem Prinzip: mehr von einem bestimmten Bakterium, mehr von einem bestimmten Botenstoff. Die Zusammenhänge unterschieden sich vielmehr je nach Hirnregion.

Ausgerechnet eine Region für visuelle Verarbeitung zeigt besonders viele Verbindungen zum Darm

Der Darm wirkt offenbar nicht auf das ganze Gehirn gleich. Je nach Hirnregion hängen andere bakterielle Prozesse mit den dort gemessenen Botenstoffen zusammen.

Besonders viele fanden die Forscherinnen ausgerechnet im unteren Hinterhauptlappen. Diese Region ist vor allem für die Verarbeitung visueller Informationen bekannt. Dort standen mehrere Fähigkeiten der Darmbakterien mit dem Verhältnis zwischen anregenden und bremsenden Botenstoffen in Verbindung.

Dazu gehörten Stoffwechselwege für:

den Abbau von Glutamat,
die Bildung und Verarbeitung von GABA,
kurzkettige Fettsäuren wie Propionat,
die Herstellung von Inositol.

Ein besonders deutlicher Zusammenhang bestand zwischen einem bakteriellen Stoffwechselweg zum Abbau von Glutamat und dem Verhältnis von anregenden zu bremsenden Botenstoffen in dieser Hirnregion.

Im präfrontalen Cortex, der unter anderem für Planung und den Umgang mit Gefühlen wichtig ist, zeigte sich ein anderer Zusammenhang. Ein Beispiel macht das greifbarer: Manche Bifidobakterien und Lactobacillus-Arten besitzen Gene, mit deren Hilfe sie GABA herstellen können. Je nachdem, wie stark dieses Potenzial im Darmmikrobiom ausgeprägt war, unterschied sich auch die Menge von Glutamat in dieser Hirnregion.

Das heißt allerdings nicht, dass die Bakterien tatsächlich große Mengen GABA produziert haben. Die Wissenschaftlerinnen haben vor allem ihr Erbgut untersucht. Daraus konnten sie erkennen, was die Bakterien grundsätzlich herstellen könnten – nicht aber, wie viel davon tatsächlich entstanden ist.

Auch ein direkter Weg vom Darm ins Gehirn ist damit nicht belegt. GABA aus dem Darm muss also nicht einfach bis ins Gehirn wandern. Wahrscheinlicher ist ein Zusammenspiel mehrerer Wege, etwa über den Vagusnerv, das Immunsystem und andere Stoffe, die Darmbakterien bilden.

Darmbakterien und Psyche: Verbindungen zu Angst, Stimmung und Schlaf

Die Forscherinnen wollten außerdem wissen, ob dieselben bakteriellen Stoffwechselwege mit psychischen Merkmalen zusammenhängen. Dafür werteten sie Fragebögen zu Angst, sozialer Angst, depressiven Symptomen und Schlaf aus.

Auch hier fanden sie mehrere Verbindungen. Bestimmte Wege, mit denen Darmbakterien GABA abbauen können, hingen mit Angstwerten zusammen. Stoffwechselwege rund um Tryptophan standen mit depressiven Symptomen und sozialer Angst in Beziehung. Ein weiterer Zusammenhang zeigte sich beim Propionat, einer kurzkettigen Fettsäure: Das mikrobielle Potenzial zu ihrer Herstellung hing mit der Schlafqualität zusammen.

Das bedeutet jedoch nicht, dass Darmbakterien Angst oder Depressionen verursachen. Die Wissenschaftlerinnen betrachteten die Teilnehmerinnen zu einem bestimmten Zeitpunkt. Sie können daher nicht sagen, was Ursache und was Folge ist.

Denkbar ist, dass Veränderungen im Darm Prozesse im Gehirn beeinflussen. Ebenso könnte das Gehirn über Nerven, Hormone und Verhalten auf den Darm zurückwirken. Oder ein dritter Faktor verändert beide Systeme gleichzeitig.

Auch die Ernährung könnte eine Rolle spielen

Ein solcher Faktor könnte die Ernährung sein. Was wir essen, beeinflusst, welche Bakterien sich im Darm wohlfühlen und welche Stoffe sie verarbeiten können. Kurzfristige Unterschiede in der Ernährung wurden in dieser Untersuchung jedoch nicht umfassend kontrolliert.

Auch andere mögliche Einflüsse blieben offen. Dazu gehören der genaue Zeitpunkt der Stuhlprobe und bei den ausschließlich weiblichen Teilnehmerinnen die Phase des Menstruationszyklus.

Hinzu kommt die kleine und sehr spezielle Stichprobe. Untersucht wurden nur junge Frauen zwischen 17 und 25 Jahren. Ob dieselben Zusammenhänge auch bei Männern, älteren Menschen oder Menschen mit psychischen Erkrankungen auftreten, lässt sich daraus nicht ableiten.

Kurz zusammengefasst:

Bestimmte Stoffwechselwege von Darmbakterien hängen beim Menschen mit den Hirnbotenstoffen GABA und Glutamat zusammen.
Die Verbindungen unterscheiden sich je nach Hirnregion – einen einzigen einfachen Weg vom Darm ins Gehirn fanden die Forscherinnen nicht.
Auch Zusammenhänge mit Angst, depressiven Symptomen und Schlaf tauchten auf. Eine ursächliche Wirkung ist damit nicht belegt.

Übrigens: Wie gut Darm und Gehirn zusammenspielen, hinterlässt sogar auf der Toilette Hinweise – Form und Rhythmus des Stuhlgangs können einiges über Verdauung und Gesundheit verraten. Worauf es dabei ankommt, lesen Sie in unserem Artikel.