Mikrobiom: Wissensstand und Perspektiven

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Seit langer Zeit ist bekannt, dass der Gastrointestinaltrakt Trillionen von Mikroorganismen beherbergt, die als humanes gastrointestinales Mikrobiom bezeichnet werden. Erst die Forschungsergebnisse der letzten Jahre zeigen aber explosionsartig auf, in welchem Ausmaß das humane Mikrobiom an den physiologischen Entwicklungen und Funktionen des Organismus beteiligt ist und wie stark es das Auftreten von Erkrankungen beeinflusst, die keineswegs auf den Gastrointestinaltrakt beschränkt sind. Auch wenn ein umfassendes Verständnis der komplexen Zusammenhänge noch aussteht, wurden bereits jetzt wichtige Beobachtungen zu Zusammensetzung und Funktion des gastrointestinalen Mikrobioms beim Gesunden aber auch bei verschiedenen Erkrankungen gemacht. Mit dem vorliegenden Buch soll erstmalig der aktuelle Wissensstand zum gastrointestinalen Mikrobiom dargestellt werden, um Ärzte und andere Interessierte über neue wissenschaftliche Erkenntnisse und Konzepte zu informieren. In kompetenter und stringenter Abhandlung wird auch über diagnostische und therapeutische Möglichkeiten und Perspektiven informiert, die wir unseren Patienten heute schon anbieten können. Inhalt Autorenverzeichnis 1. Einleitung 2. Mikrobiom undMetagenom – Präanalytik, DNA-Extraktion und Next-Generation-Sequencing aus Stuhlproben 2.1 Einführung 2.2 Technische Aspekte 2.3 Amplikon-basierte 16S-rDNA- versus Metagenom-Shotgun-Sequenzierung 2.4 Generelle Empfehlungen für eine Studiendurchführung 2.5 Literatur 3. Bioinformatische und statistische Grundlagen 3.1 Einleitung 3.2 Methoden zur Bestimmung der Zusammensetzung mikrobieller Gemeinschaften 3.3 Shotgun-Metagenomic-Sequencing 3.4 Analyse der mikrobiellenGemeinschaft 3.5 a-Diversität 3.6 ß-Diversität 3.7 Vergleichende Betrachtungmittels differentieller Abundanz-Analyse 3.8 Fazit 3.9 Literatur 4. Metabolomics 4.1 Einleitung 4.2 Technische Aspekte 4.3 Standards zur Identifizierung von Metaboliten 4.4 Planung der Analyse 4.5 Statistische Auswertung 4.6 Literatur 5. Entwicklung des Mikrobioms beim Neugeborenen und Kleinkind 5.1 Einleitung 5.2 Ernährung und die neuronale Achse 5.3 Nahrungszusammensetzung 5.4 Mikrobiomund Antibiotika 5.5 Pro- und Präbiotika 5.6 Einsatz von Prä-/Probiotika 5.7 Präventiver Einsatz von Probiotika 5.8 Therapeutischer Einsatz von Probiotika 5.9 Mikrobiom und Wachstum 5.10 Zusammenfassung 5.11 Literatur 6. Die physiologische Standortflora 6.1 Einleitung 6.2 Die Komposition der gastrointestinalen Mikrobiota 6.3 Die Biogeographie der bakteriellenMikrobiota im Gastrointestinaltrakt 6.4 Die Regulation der Komposition und Funktion der bakteriellen Mikrobiota 6.5 Viren, Eukaryonten und Archaeen im Gastrointestinaltrakt 6.6 Zusammenfassung 6.7 Literatur 7. Einfluss von Antibiotika auf das gastrointestinale Mikrobiom 7.1 Einleitung 7.2 Antibiotika-spezifische Effekte auf die taxonomische Zusammensetzung 7.3 Indirekte Folgen einer Antibiotikatherapie:Immunmodulation und Effekte eines veränderten intestinalenMetaboloms 7.4 Literatur 8. Mikrobiom und Lebererkrankungen 8.1 Die Darm-Leber-Achse 8.2 Bakterielle Translokation und Lebererkrankungen 8.3 Mikrobiota und NASH 8.4 Mikrobiota und andere Lebererkrankungen 8.5 Literatur 9. Helicobacter pylori und andere Mikrobiota im Magen 9.1 Einleitung 9.2 Mikrobiologische Charakterisierung von Helicobacter plyori 9.3 Der Magen als ökologische Nische 9.4 Helicobacter pylori als obligat humanpathogener Keim 9.5 Klinische Bedeutung der Helicobacter pylori-Infektion 9.6 Andere Bakterien als Helicobacter pylori 9.7 Einfluss des gastralenMilieus auf die Zusammensetzung der bakteriellen Community 9.8 Literatur 10. Zöliakie undMikrobiom 10.1 Einleitung 10.2 Pathogenese der Zöliakie 10.3 Mikrobiom bei Patienten mit Zöliakie 10.4 Einfluss des Mikrobioms auf die mukosale Barriere 10.5 Ursachen für die Beschwerdepersistenz unter glutenfreier Ernährung 10.6 Mögliche Therapie der Zöliakiedurch Modulation des Mikrobioms? 10.7 Weizensensitivität undMikrobiom 10.8 Zusammenfassung 10.9 Literatur 11. Chronisch entzündliche Darmerkrankungen und gastrointestinale Mikrobiota 11.1 Veränderungen des Mikrobioms bei chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen 11.2 FunktionelleVeränderungen der Mikrobiota bei CED 11.3 Therapeutische Ansätze durch Modulation des Mikrobioms bei Patienten mit CED 11.4 Welche Nebenwirkungen treten nach FMT bei CED-Patienten auf? 11.5 Literatur 12. Clostridiumdifficile und andere gastrointestinale Infektionen 12.1 Einleitung 12.2 Clostridium difficile: Epidemiologie und Pathogenitätsfaktoren 12.3 Veränderungen der Mikrobiota bei enteralen Infektionen 12.4 Rolle des Mikrobioms für die Entstehung enteraler Infektionen 12.5 Klinische Risikofaktoren für eine Clostridium difficile-Infektion 12.6 Mechanismen der „Kolonisationsresistenz“ 12.7 Verlauf 12.8 Therapie gastrointestinaler Infektionen und die Mikrobiota 12.9 Literatur 13. Bakterielle Translokation – Sepsis 13.1 Einleitung 13.2 Beeinflussung der intestinalenMikrobiota durch die Sepsis 13.3 Sepsis als Folge der bakteriellenTranslokation 13.4 TherapeutischeManipulation des Mikrobioms 13.5 Literatur 14. Funktionelle Erkrankungen 14.1 Einleitung 14.2 FunktionelleDyspepsie (FD) 14.3 Reizdarmsyndrom (RDS) 14.4 Literatur 15. Interaktion zwischen Immunsystem undMikrobiota 15.1 Einleitung 15.2 Neonatale Kolonisierung und Immunsystem 15.3 Die Interaktion von Mikrobiota und Immunsystem: Das intestinale Immunsystem 15.4 Immunabwehr in der Lamina Propria 15.5 Mikrobiota und systemische Immunantwort 15.6 Literatur 16. Stellenwert des Mikrobioms in der Genese und Therapie von hämatologischen und onkologischen Erkrankungen 16.1 Einleitung 16.2 Durch das Mikrobiomverursachte Komplikationen beim immunsupprimierten Patienten 16.3 Die Rolle des Mikrobioms bei der Tumorgenese und -therapie 16.4 Literatur 17. Mechanismen der Mikrobiom-Darm-Gehirn-Interaktion und Implikationen für psychische Krankheiten 17.1 Einleitung – historische Aspekte 17.2 Interaktion von gastrointestinalerMikrobiota und dem enterischen Nervensystem 17.3 Gastrointestinale Mikrobiota, das Hypothalamus-Hypophysen-Adrenocorticale (HPA)-System und Stress-Resilienz 17.4 Interaktionenvon intestinalerMikrobiota und dem zentralen Nervensystem 17.5 Gastrointestinale Mikrobiota und neuropsychiatrische Erkrankungen 17.6 Literatur 18. Das Lungenmikrobiom bei chronisch-entzündlichen Lungenerkrankungen und bei kritisch kranken Patienten 18.1 Das Lungenmikrobiomist eine Komponente der gesunden Lungenphysiologie 18.2 Faktoren, die die Zusammensetzungdes Lungenmikrobioms bedingen 18.3 Veränderungen des Lungenmikrobioms bei chronisch-entzündlichen Lungenerkrankungen 18.4 Veränderungen des Lungenmikrobioms beim kritisch kranken Patienten 18.5 Zusammenfassung und Ausblick 18.6 Literatur 19. Prä- und Probiotika 19.1 Wirkmechanismen der Probiotika 19.2 Probiotika bei gastrointestinalen Infektionen 19.3 Antibiotika-assoziierte Diarrhö 19.4 Probiotika beim Reizdarmsyndrom (RDS) 19.5 Probiotika bei den chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen (CED) 19.6 Probiotika bei Adipositas 19.7 Probiotika bei allergischen Erkrankungen 19.8 Effekte von Probiotika auf die Darm-Hirn-Achse und das Zentralnervensystem(ZNS) 19.9 Probiotikagaben bei verschiedenen Indikationen/Erkrankungen 19.10 Literatur 20. Fäkale Mikrobiota-Transplantation 20.1 Einleitung und Definition 20.2 Historisches 20.3 Methode 20.4 FMT bei Clostridium difficile-Infektionen 20.5 FMT bei chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen (CED, Morbus Crohn, Colitis ulcerosa) 20.6 FMT bei funktionellen intestinalen Erkrankungen 20.7 FMT bei anderen Indikationen 20.8 Nebenwirkungen und Sicherheit der FMT 20.9 Limitationen und Ausblick auf die Zukunft 20.10 Literatur Stichwortverzeichnis