01.04.2021 - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo

Ballaststoffreiche Ernährung kann eine Rolle bei der Kontrolle der mit COVID-19 verbundenen Entzündung spielen

Die In-vitro-Behandlung von Zellen mit diesen Molekülen reduzierte die Expression eines Gens, das eine Schlüsselrolle beim viralen Zelleintritt spielt, und eines Zytokinrezeptors

Eine Studie, die an der Universität von Campinas (UNICAMP) im Bundesstaat São Paulo, Brasilien, durchgeführt wurde, zeigt, dass Verbindungen, die von der Darmmikrobiota (Bakterien und andere Mikroorganismen) während der Fermentation von unlöslichen Ballaststoffen aus pflanzlichen Nahrungsmitteln produziert werden, die Fähigkeit des neuartigen Coronavirus SARS-CoV-2, in Zellen, die den Darm auskleiden, einzudringen und sich zu vermehren, nicht beeinflussen. Während die In-vitro-Behandlung von Zellen mit diesen Molekülen jedoch keinen signifikanten Einfluss auf die lokale Gewebsinfektion hatte, reduzierte sie die Expression eines Gens, das eine Schlüsselrolle beim viralen Zelleintritt spielt, und eines Zytokinrezeptors, der Entzündungen begünstigt.

Ein Artikel, der über die Ergebnisse berichtet, ist in der Zeitschrift Gut Microbes veröffentlicht.

Bei bis zu 50 % der COVID-19-Patienten treten gastrointestinale Symptome wie Durchfall, Erbrechen und Bauchschmerzen auf. Solche Symptome werden in 17,6 % der schweren Fälle festgestellt. Sie werden teilweise mit dem Eindringen des Virus in die Darmzellen in Verbindung gebracht, was zu Veränderungen ihrer normalen Funktionen führt. Darüber hinaus weisen neuere Studien auf größere Veränderungen in der Darmmikrobiota der Patienten hin, einschließlich einer Abnahme der Bakterien, die durch Fermentierung von Ballaststoffen kurzkettige Fettsäuren (SCFAs) absondern. SCFAs sind wichtig für die Gesundheit des Dickdarms und die Aufrechterhaltung der intestinalen Barriere.

Die Forscher entschieden sich zu bestätigen, ob SFCAs die Infektion von Darmzellen durch SARS-CoV-2 direkt beeinflussen. Frühere Studien hatten nahegelegt, dass Veränderungen der Darmmikrobiota und ihrer Produkte die Immunantwort eines infizierten Probanden modifizieren könnten.

"In früheren Untersuchungen haben wir bei Tieren festgestellt, dass Verbindungen, die von der Darmmikrobiota produziert werden, helfen, den Organismus gegen Atemwegsinfektionen zu schützen. Das dort verwendete Modell war das Respiratory Syncytial Virus[RSV], das Bronchiolitis[Entzündung der kleinen Atemwege in der Lunge] verursacht und häufig Kinder infiziert. Ähnliche Ergebnisse wurden von anderen Forschungsgruppen in Studien zu verschiedenen Atemwegserkrankungen erzielt", sagt Patrícia Brito Rodrigues, die ein Promotionsstipendium der FAPESP hat und gemeinsam mit der Postdoktorandin Livia Bitencourt Pascoal Erstautorin des Artikels ist. Rodrigues führte die Forschung im Rahmen ihrer Promotion am Institut für Biologie (IB) der UNICAMP mit einem Stipendium der FAPESP durch.

In der aktuellen Studie wurden gesundes Dickdarmgewebe und Epithelzellen im Labor mit SARS-CoV-2 infiziert und einer Batterie von Tests unterzogen.

"Die Viruslast wurde nicht reduziert und war in den mit SCFAs behandelten Zellen und Geweben gleich hoch wie in den unbehandelten Proben. Allerdings zeigten behandelte Darmbiopsieproben eine signifikante Abnahme der Expression des Gens DDX58[ein Rezeptor des angeborenen Immunsystems, der virale Nukleinsäuren erkennt und eine Signalkaskade aktiviert, die zur Produktion von pro-inflammatorischen Zytokinen führt] und des Interferon-Lambda-Rezeptors, der antivirale Aktivität vermittelt. Es gab auch eine Abnahme der Expression des Proteins TMPRSS2, das für das Eindringen des Virus in die Zelle wichtig ist", sagte Raquel Franco Leal, Professorin an der School of Medical Sciences (FCM) der UNICAMP, die von der FAPESP unterstützt wird und gemeinsam mit Marco Aurélio Ramirez Vinolo, Professor an der IB-UNICAMP, die ebenfalls von der FAPESP unterstützt wird, die Studie leitete.

Schutz vor Entzündungen

Die Forscher entnahmen Dickdarmgewebeproben von 11 Patienten ohne COVID-19. Außerdem testeten sie Epithelzellen, die den Darm auskleiden und in engem Kontakt mit der Darmmikrobiota stehen. Die Gewebe- und Zellproben wurden mit SARS-CoV-2 im Laboratory of Emerging Virus Studies (LEVE) des IB-UNICAMP infiziert, einer Einrichtung der Biosicherheitsstufe III (BSL-3) unter der Leitung von José Luiz Proença Módena, einem Professor am IB-UNICAMP und Mitautor des Artikels.

Die Gewebe und Zellen wurden mit einer Mischung aus Acetat, Propionat und Butyrat behandelt, Verbindungen, die von der Darmmikrobiota bei der Verstoffwechselung von in Ballaststoffen enthaltenen SCFAs produziert werden. Die Behandlung veränderte weder die Viruslast in den Dickdarm-Biopsien noch in den Zellen, und es gab auch keine Veränderungen in der Permeabilität und Integrität der Zellwände.

"Das schließt die Möglichkeit einer signifikanten Wirkung von SCFAs auf die Infektion durch SARS-CoV-2 nicht aus. Die antiviralen Effekte könnten von der Interaktion mit anderen Zellen im Organismus abhängen", so Rodrigues. "Wir werden unsere Untersuchungen in Tiermodellen fortsetzen, da die Wirkung dieser Verbindungen auf die Infektion von einem vollständigeren System abhängen könnte als die Proben, die wir in vitro verwendet haben[isolierte Zellen und Gewebe]."

Andere Tests mit unbehandelten infizierten Biopsieproben zeigten einen Anstieg der Expression des Gens DDX58, das für einen wichtigen viralen Rezeptor kodiert, und von Interferon-beta (IFN-beta), einem pro-inflammatorischen Molekül, das an dem Zytokinsturm beteiligt ist, der mit schweren Fällen von COVID-19 einhergeht.

"Veränderungen in Genen, die mit der Viruserkennung und -reaktion während der Darminfektion assoziiert sind, könnten für das Einsetzen der Entzündungskette relevant sein", sagte Leal. "In diesem Zusammenhang wird es wichtig sein, die Analyse der Auswirkungen von SCFAs auf diese Parameter zu vertiefen, da dies in schweren Stadien der Krankheit von Bedeutung sein könnte."

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