Kein Leben ohne Bakterien: Kleinstlebewesen im Hund – Teil 1

Akribische Putzfrauen machen ­großangelegte Jagdaktionen auf sie. Dabei sind sie in guter Gesellschaft, denn auch die ­akademische Welt ist verrückt nach ihnen. Nur die Beweg­gründe sind etwas anders. Während besagte ­Hausreiniger ­dieser – fürs Auge unsichtbaren – Welt mit ­Swiffer, Meister Proper & Co. auf die Pelle rücken, legen Wissenschaftler und Pharmaunternehmen ­temperierte Bäder an und suchen nach beliebten ­Nahrungsmitteln, damit es ihnen gut geht.
Die Rede ist von Bakterien.

Bakterielle Geschichte
Bakterien sind die mit Abstand älteste Lebensform auf der Erde. Die Vorfahren moderner Bakterien waren einzellige Mikroorganismen, die vor vier Milliarden Jahren auf der Bildfläche erschienen. Für die nächsten drei Milliarden Jahre waren alle Lebensformen mikroskopisch klein. Und die Chefs auf der Erde waren sozusagen die Bakterien und die Archaeen.

Als dominante Lebensform mischten die Bakterien an der zweiten ­großen evolutionären Veränderung auf unserer Erde kräftig mit und bildeten in Zusammenarbeit mit vermutlich archaeischen Zellen eine endosymbio­tische Verbindung mit den Vorfahren der eukaryotischen Zellen. ­Eukaryoten gibt es heute noch und sie sind, einfach gesagt, alle Lebewesen, deren Zellen einen Zellkern besitzen. Wir sind also Eukaryoten und unsere ­Hunde auch.

Spannend ist, dass man heute davon ausgeht, dass einige Organellen wie Chloroplasten oder Mitochondrien, die in Zellen vieler Eukaryoten vorkommen, ursprünglich Bakterien waren. Diese Organellen haben, ganz wie wir auch, eine eigene DNA. Auch in anderer Hinsicht haben uns die Bakterien nie verlassen. Ein Säugetier beherbergt schätzungsweise zwischen 10 Milliarden und 100 Billionen Mikroorganismen. Also etwa 10-mal mehr als körpereigene Zellen. In einem Gramm Kot sind mehr Bakterien als Menschen auf der Erde.

Immer dabei
Wir sind definitiv nicht allein; auf und in uns leben Bakterien, wovon 99% in unserem Darm heimisch sind. Diese bunt durchmischte Kolonie kennen wir als sog. Darmflora, wissenschaftlich korrekt wäre Mikrobiota (= kleine Leben). Dasselbe gilt übrigens für so ziemlich alle Säugetiere, also auch für unseren Hund.

Die Bakterien kennen uns schon ziemlich lange. Umgekehrt ist das anders. Hätte Antoni van Leeuwenhoek nicht leidenschaftlich gerne Mikroskope gebastelt und Wasserproben darunter gelegt, wüssten wir vielleicht heute noch nichts von ihnen. Er entdeckte die Bakterien 1676. Seither hat die Menschheit langsam erkannt, dass bestimmte Krankheiten nicht einfach so passieren, sondern mit Bakterien zu tun haben. Über 300 Jahre ­später kennen wir noch längst nicht alle Bakterienarten. Das macht die Bakterien für die Forschung heute ähnlich spannend wie damals die Entdeckung fremder Kontinente. Und wie damals arbeitet man seit 2007 an einer Karte – dieses Mal über Bakterien. ­Bakterien sind neben den ­Eukaryoten und den Archaeen eine der drei grundlegenden Domänen, in die alle Lebewesen eingeteilt sind. Das heißt, sie stehen am Anfang aller Dinge, sind Kleinstlebewesen, die nur aus einer Zelle bestehen, und tragen ihre DNA frei im Zytoplasma.

Vielfältiges Einsatzgebiet
Mikroben bilden eine Verteidigungsbarriere gegen eindringende Krankheitserreger, helfen der Verdauung, bieten Ernährungsunterstützung für Enterozyten und spielen eine entscheidende Rolle in der Entwicklung des Immunsystems. Umso mehr wir über Bakterien lernen, desto ­besser verstehen wir, dass die meisten harmlos oder sogar nützlich sind. Heute kennen wir mehr als zehn bakterielle Stämme, die mehr als 99% aller Darmbakterien ausmachen. Sie helfen mit, unverdauliches Essen zu verarbeiten, den Darm mit Energie zu versorgen, Vitamine herzustellen, Gifte oder Medikamente abzubauen und das Immunsystem zu trainieren. Auch bieten sie durch den sogenannten Kolonialschutz Schutz vor fremden, vielleicht gefährlichen Bakterien. Also durch den Umstand, dass sie da sind und keinem Fremden Platz machen.

Verschiedene Bakterien stellen verschiedene Stoffe wie Säuren, Gase und Fette her. Ja sogar bei der Entstehung unserer Blutgruppe helfen die Darmbakterien kräftig mit. Diese Erkenntnisse führen dazu, dass heute im Zusammenhang mit Übergewicht, Mangelernährung, Nervenkrank­heiten, Depressionen oder chronischen Darmproblemen auch an den Bakterien geforscht wird. Denn man hat festgestellt, dass diese ­Symptome oft im Zusammenhang mit veränder­ten Bakterienverhältnissen im Darm zu beobachten sind. Obwohl die Mehrzahl der Bakterien in Därmen zu Hause sind, finden wir sie auch in der Lunge, dem Mund, der Nase, auf der ganzen Haut und in den Geschlechtsorganen in Hülle und Fülle wieder.

Wo alles beginnt
Die meisten Bakterien leben, wie gesagt, im Darm. Also sprechen wir doch einmal über das Thema, über das sich sonst nur abgebrühte Hundehalter austauschen: Die Verdauung. Das Verdauungssystem spielt von Beginn an eine wichtige Rolle. Denn wenn ein Welpe entsteht, entwickelt er sich, grob gesagt, aus drei Schläuchen.

Schlauch Nr. 1: Blutgefäßsystem mit Herz
Schlauch Nr. 2: Nervensystem mit Rückenmark, Nerven und Gehirn
Schlauch Nr. 3: Darmrohr mit Lungen, Leber, Gallenblase, Bauchspeichel­drüse und Darm.

Während allen klar ist, wofür Herz und Gehirn da sind, ist der Darm das Ding, das irgendwie alles schluckt. Dabei hat sich herausgestellt, dass er eine Menge Einfluss auf das Denken, Handeln und Fühlen hat. Also schauen wir uns doch diesen Aspekt unserer Hunde etwas genauer an.

Der Weg durch den Hund
Der Verdauungskanal ist ein schlauchförmig aufgebautes Organ und hat die Funktion, aufgenommenes ­Futter durch physikalisch-chemische Mechanismen so weit zu zerlegen, dass die enthaltenen Nährstoffe die Darmwand passieren können und für den Stoffwechsel im Organismus zur Verfügung stehen. Grob gesagt wird der Verdauungskanal in vier Bereiche aufgeteilt:

– Kopfdarm (Lippen bis Schlundkopf)
– Vorderdarm (Speiseröhre bis Magen)
– Mitteldarm (Dünndarm: Zwölffingerdarm, Leerdarm und Hüftdarm)
– Enddarm (Dickdarm) mit Blinddarm, Grimmdarm und Mastdarm

Der Verdauungskanal besteht aus Schleimhaut zur Sekretion und Aufnahme und einer zirkulär ­angeordneten Muskelschicht. Das Gewicht des Verdauungstraktes im Leerzustand erreicht beim Hund 3-7% der Körpermasse. Bei kleinen Hunden nimmt der Verdauungskanal mehr Platz in Anspruch als bei großen. Wobei der Dünndarm den längsten und der Magen den größten Abschnitt des Verdauungstraktes darstellen. Gibt man nun seinem Hund einen fleischigen Kalbsknochen, wird er mit seinen Reißzähnen Stücke abreißen, herunterschlucken und somit zuerst in die Speiseröhre befördern.

Im Gegensatz zu uns kaut der Hund nicht lange auf seinem Futter herum. Denn in der Speiseröhre wird das Fleischstück erst einmal ordentlich mit Schleim besprüht, damit auch alles schön glatt läuft. Durch den Ringmuskel betritt das saftige Fleischstück den Magen. Dieser schiefe Sack ist am Anfang eher kugelförmig und wird dann gegen Ende eher schlauchförmig. Diese schiefe Anordnung ist sehr praktisch, denn auf die längere ­(untere) Magenwand plumpst die Nahrung in große Falten, wo sie erst einmal fleißig durchgeknetet wird. Über die kurze Wand fließt dafür die Flüssigkeit direkt in den Dünndarm ab. Auch ist der Magen unglaublich flexibel. Gibt es viel zu futtern, kann er sich problemlos bis zur 13. Hunde­rippe oder darüber hinaus ausdehnen. Ist er hingegen leer, liegt er vollständig und gut geschützt im Brustkorb. Hier im Magen wird der Fleisch­knochen dreifach behandelt. Am Eingang nochmals mit Sekreten und Schleim, danach mit Magensaft (Salzsäure und Verdauungsenzymen), um die Proteine aufzuspalten, und zuletzt nochmals mit Verdauungsenzymen und muzinhaltigen Sekreten. Das ist eine sinnvolle Sache, denn die Muzine fangen überschüssige Salzsäuren ab. Das verhindert, dass der Magen selbst von dem starken Magensaft zersetzt wird.

Von hier aus geht es in den Dünndarm, dieser ist sauber und geruchlos. Der Dünndarm ist ein Meister in Sachen Platz. Auch wenn er auf den ersten Blick ziemlich viel Platz braucht, denn mit seinen 6-8 Windungen füllt der Dünndarm den gesamten Bauchraum zwischen Magen und Becken aus. Hier werden die Nahrungsbrocken mit Hilfe von Sekreten aus Leber, ­Bauchspeichel- und anderen Drüsen besprüht, damit sie ganz klein werden.

Schaut man genauer hin, entdeckt man, dass der ganze Dünndarm mit etwa 4 Milliarden mikroskopisch kleinen Zotten ausgestattet ist. Auf diesen Zotten befindet sich ein Bürstensaum, vereinfacht gesagt, Zotten auf Zotten. Dieses ausgeklügelte System vergrößert die Fläche des Dünndarms um das 600-fache. Aber nicht genug, auf dieser ausgeklügelten ­Oberfläche befinden sich hoch ­spezialisierte Membranen aus Phospholipo­proteinen, die feine Poren von etwa 6.5 Ångström (Å, 1 Å = 0.1 Nanometer) aufweisen. Durch diese Miniporen können zerlegte Nahrungsbestandteile wie Eiweiße, Fett, ­Kohlenhydrate, Wasser, Mineralien und zum Teil wasserlösliche Vitamine (mit einem Molekulargewicht von 180) in die Zellen eintreten. So wird über eine gigantische Fläche alles Brauchbare aus dem Kalbsknochen rausgeholt und über Blutgefäße via Leber in den Blutkreislauf transportiert.

Dickdarm – der Haushälter im ­Verdauungstrakt
Jetzt kommen wir zum Spezialisten, der aus dem Kalbsknochen noch das Letzte herausholt: der Dickdarm. Als Erstes rutscht das, was noch übrig bleibt, durch den Blinddarm, sozu­sagen der Eingang zum Dickdarm, in das Reich der Darmflora. Waren im Magen noch wenige dieser Einwohner zu finden (0.1 Milliarden/g), wächst die Anzahl über den Dünndarm im Dickdarm auf bis zu 100 Milliarden/g an. Big City Life also.

Die Darmflora besteht aus einer außerordentlichen Vielzahl unterschiedlicher Bakterienarten, die auch für die Entwicklung des Immunsystems und somit für die Tiergesundheit eine große Bedeutung haben. Vor zehn Jahren dachte man noch, dass es im Darm nur ein paar wenige Bakterien gäbe. Strich man damals Kot auf einem Nährboden aus, fand man nur Escherichia coli Bakterien. Heute kann Kot durch Geräte molekular abgetastet werden, dadurch findet man genetische Überreste von vielen Milliarden Bakterien. E. Coli macht weniger als ein Prozent der Wesen im Darm aus.

Es gibt in unseren Därmen mehr als tausend verschiedene Bakterienspezies. Dazu kommen außerdem Minderheiten aus dem Reich der Viren und Hefen, sowie Pilze und diverse Einzeller. In dieser bakteriellen Großstadt leben viele verschiedene Spezialisten, die sich an die unterschiedlichen Lebensbedingungen im Darm angepasst haben und auch für einander sorgen. Beispielsweise die wandständigen Bakterien, die überwiegend fakultativ anaerob sind, also gerne atmen. Sie beziehen ihre Nährstoffe über die Darmwand und verbrauchen fleißig Sauerstoff. Dadurch nimmt die Sauerstoffspannung im hinteren Bereich des Darms ab und schafft Lebensbereiche für diejenigen Bakterien, für die Sauerstoff tödlich ist. Jede Darmflora ist auf ihren Darm spezialisiert und dadurch heimisch. So viele Einwohner, eine so große Artenvielfalt und das alles nur für ein paar Nahrungsreste?

Der Dickdarm ist der Haushälter im Verdauungstrakt. Er dreht jedes Nahrungsrestchen dreimal um, bevor er es aus der Hand gibt. Denn für ihn ist klar, wer sorgfältig mit seinen Ressourcen umgeht, kommt auch in schweren Zeiten klar. Weil er so viel «überlegt», lässt er sich auch viel Zeit. So verweilt der Kalbsknochen zwischen 18 und 24 Stunden im Dickdarm, während er doch nur 1-2 Stunden im Dünndarm und 2 Stunden im Magen zugebracht hat. Dabei werden Stoffe aufgenommen, die wir sonst in aller Eile verloren hätten: Wichtige Mineralien wie Kalzium können erst hier resorbiert werden.

Durch die sorgfältige Zusammensetzung von Dickdarm und Darmflora bekommen wir außerdem eine Extradosis energiereicher Fettsäuren, Vitamin K, Vitamin B12, Thiamin (Vitamin B1) und Riboflavin (Vitamin B2). Das ist für Vieles wichtig, wie beispielsweise für die Blutgerinnung oder starke Nerven. Alle diese resorbierten Nahrungsstoffe werden wiederum über das Blut zur Leber gebracht, gefiltert und in den Kreislauf befördert.

Aber die Darmflora kann noch mehr, denn sie holt nicht nur das Letzte aus Kalbsknochen und Co. heraus, sie synthetisiert auch Vitamine, baut pflanzliche Faserstoffe ab und macht fremden Bakterien, die auch mal mit dem Futter zum Darm gelangen, das Leben schwer.

Erst jetzt, nachdem der ganze Kalbsknochen gründlich aufgemischt ­wurde, gelangt das, was noch übrig ist, über den Mastdarm und den After wieder nach draußen. Das sind neben unverdauten Materialien auch tote Bakterien, Sekrete und Schleim, Haare oder was Hund sonst so frisst.

Gute und schlechte Mitbewohner
Bei all diesen Vorzügen unserer Darmbakterien gibt es auch solche, die Hund weder nützen noch schaden: Kommensalen. Und solche, die in der Überzahl Schaden anrichten können: Pathobionten und Pathogene. Die Guten heißen übrigens Symbionten. Obwohl die Pathobionten und die Pathogene nicht so toll klingen, sind sie zweckmäßige Mitbewohner. Denn an ihnen trainiert das Immunsystem, sodass es sie frühzeitig erkennt und einen übermäßigen Befall unguter Bakterien verhindern kann. Es ist also gut, wenn Hund hin und wieder etwas «Grausiges» frisst, dadurch bleibt sein Immunsystem fit.

Im Teil zwei der Bakterien-Serie geht es darum, wie die Darmflora in den Hund kommt, wie Bakterien unseren vierbeinigen Freund vor schlechten Eindringlingen schützen können, wie sie im Gleichgewicht bleiben und was Antibiotika mit unserem Hund an­stellen.

Begriffserklärung

Archaeen: Einzellige Organismen mit einem meist in sich geschlossenen DNA-Molekül. Sie bilden neben den Bakterien und den Eukaryoten eine der drei Domänen, in die alle ­zellu­lären Lebewesen eingeteilt werden. Das heißt, alle Lebewesen, die aus Zellen aufgebaut sind (Ein- und Mehrzeller), bestehen aus ihnen.
Eukaryoten: Kleinstorganismen mit echtem Zellkern. Sie haben sich ver­mutlich aus den Archaeen entwickelt.
Aerob: Auf Sauerstoff aus der Luft angewiesen
Anaerob: ohne Sauerstoff lebend
archaeische Zellen: Zellen der Archaeen
Chloroplasten: Organellen (abgrenzbare Bereiche in einer Zelle) der Zellen von Grünalgen und höheren Pflanzen, die Photosynthese betreiben
DNA: Desoxyribonukleinsäure ist ein in allen Lebewesen vorkommendes ­Biomolekül und Träger der Erbinfor­mation, also der Gene
Enterozyten: Die häufigste Zelle des Dünndarmgewebes und als solche für die Aufnahme unterschiedlicher Stoffe aus der Nahrung zuständig
Kommensalen: Organismus, der sich auf Kosten eines (artfremden) Wirtsorganismus ernährt, ohne ihm dabei zu schaden
Mitochondrien: Faden- oder kugelförmiges Gebilde in menschlichen, tierischen und pflanzlichen Zellen, das der Atmung und dem Stoffwechsel der Zelle dient
Muzin: Schleimstoff, der von Haut­drüsen oder Schleimhäuten abgesondert wird
Pathobionten: Aus «Pathogen» und «Symbiont». Bakterien, die nicht eindeutig als gefährliche Pathogene oder als nützliche, harmlose Symbionten eingeordnet werden können
Pathogene: Krankheiten verursachende, erregende Bakterien.
Phospholipoproteine: Komplex aus Phospholipiden und Proteinen
Symbionten: Lebewesen, die mit Lebewesen anderer Art in Symbiose leben
Zytoplasma: Plasma einer Zelle ohne das Kernplasma Das Plasma ist die lebende Substanz aller menschlichen, tierischen und pflanzlichen Zellen, in der sich der Stoff- und Energiewechsel vollzieht

Information
Literaturhinweise

Buddington, R. K./ Sangild, P. T. (2011): COMPANION ANIMALS SYMPOSIUM: Development of the mammalian gastrointestinal tract, the resident microbiota, and the role of diet in early life. In: ANIM SCI 2011, 89:1506-1519
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Kostic, Aleksandar D./ Howitt, Michael R./ Garrett, Wendy S. (2013):
Exploring host–microbiota interactions in animal models and humans.
In: Genes & Dev. 2013, 27: 701-718
Meyer, Helmuth /Zentek, Jürgen (2013): Ernährung des Hundes:
Grundlagen – Fütterung – Diätik. 7. Aktualisierte Auflage. Enke
Suchodolski, J. S. (2010): COMPANION ANIMALS SYMPOSIUM: Microbes and gastrointestinal health of dogs and cats. In: ANIM SCI 2011, 89: 1520-1530
Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Bacteria. (zitiert am: 30.09.14)