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Gesundheit
Ein Interaktion zwischen das Mikrobiome und eine
Ketogene Status
Dr. Leo Pruimboom
2019
Das Mikrobiome und das Superorganismus
Die grundlegenden Fakten
3
Das Verhalten beeinflusst das Mikrobiom und das
Mikrobiom beeinflusst das Verhalten
G. Winter et al.: Chronology of gut microbiome and depression. Rev. Neurosci. 20184
Das Verhalten beeinflusst das Mikrobiom und das
Mikrobiom beeinflusst das Verhalten
G. Winter et al.: Chronology of gut microbiome and depression. Rev. Neurosci. 20185
Diese Interaktion ist absolut bidirektional
und erzeugt das Dreieck aus menschlichem
Verhalten, Gesundheit und Krankheit.
Stress Mikrobiom
Verhalten
6
Unser Mikrobiom und das Gehirn
Wir essen,
was sie
wollen
Alcock. Bioessays 36: 940-949, 2014
Das Mikrobiom und Quorum SensingQS = notwendig für Proteinbildung und mikrobielle Funktionalität
Quorum Sensing
8
Das menschliche Mikrobiom
Viel mehr als nur Bakterien
9
Das natürliche Dreieck von Gesundheit und
Umweltgleichgewicht
Viren
Bakterien
MikrofungiMakrofungi
Pilze
10
Rapamacyn
pO2 < 1%
SCFA
IFNy
Bakteriophaghy
Antagonistic interactions between fungi
and bacteria. Top: Bacteroidetes
species can stimulate intestinal cells to
produce more HIF1a which leads to
secretion of antimicrobial peptides
(AMPs) that in turn promote
colonization resistance against C.
albicans in a mouse model.
Lactobacilli can secrete short-chain
fatty acids which are the main source
of energy for enterocytes and inhibit
filamentation and invasiveness of C.
albicans in vitro. Right: E. faecalis can
secrete a small peptide termed EntV
that inhibits filamentation in
nematodes. Bottom: Salmonella
species and Acinetobacter (A.)
baumanii directly bind to the
filamentous form of C. albicans which
leads to killing of the fungus in vitro.
Left: E. coli secretes an anti-fungal
peptide during magnesium depletion
that inhibits fungal growth in vitro.
kapitan. Fungi as Part of the Microbiota and Interactions with Intestinal
Bacteria. Current Topics in Microbiology and Immunology 2018
Menge Bakterien und Viren in unsere Umgebung pro m3
Prussin. Environ Sci Technol Lett. 2015 ; 2(4): 84–88.
Ome Divisions Total Number Diversity Genotype
Bacteriome Firmicutes and bacteriodetes 1014 1000 3.3 million Actinobacteria, Cyanobacteria,
Fusobacteria, Proteobacteria,
Verrucomicrobe (95% anaerobic)
Virome Caudovirales, Siphoviridae, 1015 1500 1500Myoviridae, Podoviridae,
Microviridae
Mykobiome Candida spp. (C. parapsilosis, Not Known 160
C. albicans, C. glabrata, Big biomassC. krusei, C. tropicalis,
Saccharomyces boulardii
Eukaryome Pentatrichomonas, Entamoeba
dispar , Blastocystis sp.,
Dientamoeba fragilis,
Enteromonas hominis,
Retortamonas intestinalis,
Chilomastix mesnili, Entamoeba
hartmanni, Entamoeba nana,
Entamoeba coli, Isospora belli,
Iodamoeba buetschi,
Encephalitozoon cuniculi
Qin. Nature. 2010 March 4; 464(7285): 59–65
Lepczyńska. Eur J Clin Microbiol Infect Dis (2017) 36:1531–1540
Das Virom – komplexester Teil des
Mikrobioms
"Human AND RNA Virus - Gene - NCBI". www.ncbi.nlm.nih.gov. Retrieved 2016-11-15.
Bacteriophage - Gene - NCBI". www.ncbi.nlm.nih.gov. Retrieved 2016-11-15.
15
Bakteriophagen
16
Wylie et al. BMC Biology 2014, 12:7117
Virom beim gesunden Menschen
Virom und Bakteriophagen
Änderungen des
Ernährungsmusters
verändern nicht nur das
Bakteriom, sondern auch
das Virom. Bakteriophagen
sind Bestandteil des
gesunden Darmmikrobioms
(die am häufigsten
vorkommende Gruppe
biologischer Einheiten)
Minot. Genome Research
21:1616–1625 2011
18
Das Mykobiom – ein vergessener Teil der
menschlichen Gesundheit
“Akin to the microbiome, the human mycobiome
has been shown to play an integral role in the
pathology of health and disease in man. In fact,
changes to the mycobiome have been shown to
play vital roles in the modulation of the host
immune response, disease progression, the
maintenance of microbial population structures,
as well as metabolic functioning of the host”.
19
Witherden J. Fungi 2017, 3, 56
Witherden J. Fungi 2017, 3, 5620
Das Mykobiom – ein vergessener Teil der
menschlichen Gesundheit 75 % Candida-Kolonien
1. Healthy microbial communities of the human body. An overview of the Mycobiota (a) and Microbiota (b) identified on the muc
Das menschliche Mikrobiom
Ein Fall-Beispiel
21
Interferon gamma, die Mikrobiota
das sociable Leben, Virus Entzündungen, das
Immunsystem und das Gehirn
Autismus als beispiel
Leo Pruimboom PhD
2019 ©️®️ Copyright
La falta de IFN-y =
menos contacto social
Inyectar IFN recupera la
conducta social
completamente
Filiano Nature 2016
Soziale Integration
Migration von T-
Lymphozyten zu den
Hirnhäuten durch das
Lymphsystem
Verschachtelung in
StirnlappenProduktion von IFN-γ
Aktivierung von STAT1 Produktion von GABA
durch hemmende
Neuronen
Hintergrundgeraeusche des Kopfes und
Schutz vor sozialem Verhalten gegen die
Verbreitung von Viren und Parasiten
Basado en Filiano. Nature 2016
Migration von T-Lymphozyten zu den
Hirnhäuten durch das Lymphsystem
Virus
IFN-gamma
Soziales Verhalten
Aufmerksamkeit
Fokus
TH1 y Th3Sozialer Kontext Viren Gefahr
Th1 > Th2
IL10 = Th3
IFN-y > TNF-alfa
Weniger Schutz
gegen Bakterien
Entzündung der Blase
Gehörentzündung
Akne?
Concordantly, we demonstrate that inhibitory neurons respond to IFN-γ and increase
GABAergic (γ-aminobutyric-acid) currents in projection neurons, suggesting that IFN-γ is a
molecular link between meningeal immunity and neural circuits recruited for social behaviour
GABA Produktion
Glutamatergische
Neuronenhemmung
Carter. Autism genes and the leukocyte transcriptome in autistic toddlers relate to
pathogen interactomes, infection and the immune system. A role for excess
neurotrophic sAPPα and reduced antimicrobial AβNeurochemistry International 126 (2019) 36–58
206 SNP’s wovon die meisten (144) Virus-Empfindlichkeit zeigen
Carter. Autism genes and the leukocyte transcriptome in autistic toddlers relate to
pathogen interactomes, infection and the immune system. A role for excess
neurotrophic sAPPα and reduced antimicrobial AβNeurochemistry International 126 (2019) 36–58
Menschen mit Autismus
haben verringerte soziale
Kapazität und IFN-y ist
signifikant niedriger als die
Kontrollgruppe
Social
capacity/IFN-
y/Immune
system
Jyonouchi et al. Journal of Neuroinflammation 2012, 9:4
Kurzdauernde
Kälte induziert
IFNy
produzierende
Bakterien
Chevalier et al., 2015, Cell 163, 1360–1374
Microbiota alteration is associated with the development of stress-induced despair behavior
Marin I.A. et.al., 2017, Microbiota alteration is associated with the development of
stress-induced despair behavior, Scientific Reports volume 7, Article number:
43859 (2017)
Forsyth, Nature 2016
Bacteria die IL10 und IFNy produzieren können
de Moreno de LeBlanc A et al. Importance of IL-10 modulation by probiotic
microorganisms in gastrointestinal inflammatory diseases. ISRN Gastroenterol.
2011;2011:892971. https://www.hindawi.com/journals/isrn/2011/892971/tab1
Ho Y-H, Lu Y-C,
Chang H-C, Lee S-Y,
Tsai M-F, Huang Y-T,
et al. Daily intake of
probiotics with high
IFN-γ/IL-10 ratio
increases the
cytotoxicity of human
natural killer cells: a
personalized probiotic
approach. J Immunol
Res.
2014;2014:721505.
http://doi.org/10.1155/
2014/721505
J Clin Invest. 2014;124(11):4678–4680
Beweise bei Tieren
Beweis bei Menschen
80 mg Extrakt
Lindequist. eCAM 2005;2(3)285–299
Cordyceps
sinensis
Maitake
Shiitake
Seta Ostra
Lindequist. eCAM 2005;2(3)285–299
Grifola frondosa (Maitake), standardisiert auf minimal 25% Polysachariden
80Mg
Lentinula edodes (Shiitkae) Mycelia Extrakt, enhaelt Lentinan
100 Mg
Cordyceps sinensis (Chinesischer Raupenpilz) Mycellum, standardisiert auf
150 Mg
Minimal 6% Cordycepssaeure
Pleurotus ostreatus (Einfacher Austernpilz)
120 Mg
Das menschliche Mikrobiom
und das ketogene Leben
Mehr als ein ketogenes Diät
39
Spezialisten und Generalisten
Hohe Nahrungsdiversität verändert die Darmflora von Spezialisten zu Generalisten
Spezialisten können durch Quorum sensing pathogen werden
Generalisten werden durch Quorum sensing nicht pathogen, sondern noch „braver“
Quorum sensing ist für das phänotypische Verhalten der Flora essentiell
Nahrungsdiversität
Mehrere klinische Studien zeigen, dass Nahrungsvielfalt die Gesundheit über zahlreiche Wege fördert. Masset et al. (Massett 2015) haben gezeigt, dass eine höhere Nahrungsvielfalt mit einer 39%igen Reduktion koronarer Herzerkrankungen und einer 26%igen Reduktion der allgemeinen Mortalität einherging. Eine weitere Studie hat gezeigt, dass eine höhere Nahrungsvielfalt über einen sechswöchigen Zeitraum Gewichtszunahme signifikant verhindert (Ajdani 2013). Eines der größten Probleme der heutigen Zeit ist die Zunahme der Menschen, die an Adipositas und metabolischem Syndrom leiden. Vadiveloo (Vadiveloo 2015) hat kürzlich gezeigt, dass eine Diät mit hoher Diversität (gemessen mit dem US Healthy Food Diversity Index) mit einem um 21 % verringerten Risiko für die Entwicklung des metabolischen Syndroms assoziiert ist. Eine erhöhte Vielfalt beim Konsum von Obst und Gemüse zeigte keinen Zusammenhang mit einem reduzierten Risiko für Enddarmkrebs, obwohl dieses mit einer höheren Aufnahme von Obst und Gemüse assoziiert war (Leenders 2016). Eine erhöhte Nahrungsdiversität als Intervention zur Prävention der Sterblichkeit durch Herz-Kreislauf-Erkrankungen erwies sich als wirksamer als die Eliminierung ungesunder Nahrungsmittel (Michel 2002).
Pruimboom L. Intermittent Living 2017. BRI under
review
Nahrungsdiversität
Bolnick. Ecology Letters, (2014) 17: 979-987
Generalisten
SpezialistenSpezialisten
Darm-Microbiota-Gehirn-Darm AchseKommunikation durch SCFA
Morisson GUT MICROBES 2016, VOL. 7, NO. 3, 189–200
Die Interaktionen verlaufen über Free Fatty Acid Receptors 2/3
Pruimboom L. ORTHOFYTO | juni 2017 |
SCFAMCFALCFA
Ichimura.
www.frontiersin.org
November 2014 |
Volume 5 | Article
236 |
Das essen von die richtige Fasern
Ichimura. www.frontiersin.org November 2014 | Volume 5 | Article 236 |
SCFA und ihre Rolle auf andere Teile des Körpers
Morisson GUT MICROBES 2016, VOL. 7, NO. 3, 189–200
Zu wenig und
zu viel
hat negative
Effekten
SCFA - Neurodegeneration
M.W. Bourassa et al. / Neuroscience Letters 625 (2016) 56–63
Unseres VerhaltenWer ist der Wirt???
SCFA
Serotonin
Dopamine
Noradrenalin
GABA
Neurogene Einfluss
Dinan. Journal of
Psychiatric Research
63 (2015) 1e9
Übergewicht ist ansteckend
Christakis. N Engl J Med 2007;357:370-9.
Das moderne Leben (viel essen, wenig bewegen), das Mikrobiom und die menschliche Intelligenz
Struktur Funktionsverlust Flora
Hippocampus Lernfähigkeit Clostridium (Firmicutes)
Konzentration Enterobacteriaceae
Bilophila
Frontaler Cortex Entscheidungsfindung Bacteriodales (Bacteriodetes)
Bifidobakterien
Akkermansia
Lactobacilli.
Noble EE, Hsu TM and Kanoski SE (2017) Gut to Brain Dysbiosis:
Mechanisms Linking Western Diet Consumption, the Microbiome,
and Cognitive Impairment. Front. Behav. Neurosci. 11:9.
Westlicher Lebensstil, Mikrobiom und Neuroinflammation
Eine durchlässige
BBB, Endotoxine
und das Fehlen
kurzkettiger
Fettsäuren
(Byturinsäure,
Acetat,
Propionsäure und
Valerinsäure
verursachen
Neuroinflammation
Noble EE, Hsu TM and Kanoski SE (2017) Gut to Brain Dysbiosis:
Mechanisms Linking Western Diet Consumption, the Microbiome,
and Cognitive Impairment. Front. Behav. Neurosci. 11:9.
Autistisches Mikrobiom
Der
Zusammenhang
zwischen der
Vermehrung von
Clostridien und
dem Rückgang
von
Bifidobakterien
scheint universell
zu sein
Fung. Natura Neurosciences. 2017
Zusammenfassung Mikrobiome
Fung. Natura Neurosciences. 2017
Krankheit =
Störung des
Superorganismus
Ketosis ‘repariert’
Epilepsie durch ein
Änderung von das
Mikrobiome =
Mechanismus
Olson et al., 2018, Cell
173, 1728–1741
Optimal Lifestyle
Ketogenic lifestyle via intermittent living
Ketosis was critical to human’s evolutionary development to provide energy while sparing muscle
mass [64]. The survival benefit is obvious: an average weight starving adult in ketosis survives for
about 2 months; while an average weight starving adult not in ketosis survives for 2– 3 weeks [3].
Moreover, prolonged low levels of insulin increase the amounts of the enzymes
required for ketone bodies synthesis (e.g., thiolase, HMG-CoA synthase, HMGCoA lyase, and β-
hydroxybutyrate dehydrogenase), and the enzymes required for ketone bodies utilization (e.g., β-
ketoacyl-CoA transferase, thiolase, and β-hydroxybutyrate dehydrogenase). Simultaneously, the
liver is also producing Acetyl-CoA from the free fatty acids liberated from triglycerides in adipose
tissue through β-oxidation. In the liver, the generated Acetyl-CoA is not being recycled through
the Krebs Cycle because the Krebs Cycle intermediates (mainly oxaloacetate) have been depleted
to feed the gluconeogenesis pathway. The resulting accumulation of Acetyl-CoA which is the
substrate for ketone body production and the increase in the amounts of the enzymes required for
ketone bodies synthesis induces ketosis. In ketosis, the liver synthesizes ketone bodies such as β-
hydroxybutyrate acid (BHB), Acetoacetate, and Acetone—which are released into the
bloodstream. In the metabolically active tissues, such as muscle or brain, ketone bodies are
converted to Acetyl-CoA which is used as metabolites in these tissues. BHB is the main ketone
body and is a fatty acid-like molecule. In humans, basal serum levels of BHB are in the low
micromolar range, but begin to rise to a few hundred micromolar after 12–16 hours of fasting,
reaching 1–2 mM after 2 days of fasting, and 6–8 mM with prolonged starvation [64]. Similar 1–2
mM levels of βOHB can be reached after 90 minutes of intense exercise [65]. Consistent levels
above 2 mM are also reached with a ketogenic diet [66].
Cahill GF Jr. Fuel metabolism in starvation. Annu Rev Nutr. 2006; 26:1–22.
Richard Veech, “Ketone Bodies, Potential Therapeutic Uses”, 2001
Intermittierende Hypoxie
Navarreete. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2014 Nov 15; 307(10):
Hypoxie verbessert Lungfunktion bei Kinder
L. Xi, T.V. Serebrovskaya (eds.), Intermittent Hypoxia and Human Diseases,
DOI 10.1007/978-1-4471-2906-6_11, ˝ Springer-Verlag London 2012
Wiederherstellung von Hypothalamus Funktion
Chen. Frontiers 2015
Fatty acids
62
SCFAMCFADHA
A. Romano et al. / The International Journal of Biochemistry & Cell Biology 84 (2017) 40–45
CoconutAvocado
Optimal gut floraFibres
Fish, Shellfish
Health = Metabolic flexibility
Camandola. The EMBO Journal (2017) 36: 1474–1492
Ketogenes Leben
64Camandola. The EMBO Journal (2017) 36: 1474–1492
Chronische Monotonie
65
Chronic energy intake
Camandola. The EMBO Journal (2017) 36: 1474–1492
Mechanistic evidence of Fat > CH
Ludwig, Willet et al., Science 362, 764–770 (2018)
Epidemiological evidence for fat > CHn = 135.355, t = 7,4 (4 - 10) years, age = 35 - 70 years
Dehghan. Lancet 2017; 390: 2050–62
Das Protokol
Vorher Nachher Glucose
Blauw = voor
Rood = na
Vorher Nachher
Blauw = voor
Rood = na
Recommended