Wie Stuhltransplantationen funktionieren

Eine Transplantation des Stuhls einer anderen Person zu akzeptieren, wie sorgfältig getestet, mag genauso extrem klingen, aber – teilweise dank ihrer Wirksamkeit bei der Behandlung des hartnäckigen Virus Clostridium difficile – könnte die Transplantation von fäkalen Mikrobiota das nächste große Ding in der Medizin sein [Quellen : Grady ; Hudson ; Mayo-Klinik ].

C. difficile, eine aufkommende Epidemie in Krankenhäusern und Pflegeheimen, betrifft vor allem ältere Patienten bei längeren Aufenthalten in Pflegeeinrichtungen. Wie opportunistische Unkräuter bewegen sich die Bakterien in Bereiche des Darms, die durch genau die Antibiotika dezimiert werden, die Infektionen verdrängen sollen (Antibiotika unterscheiden nicht zwischen bakteriellen Freunden und Feinden). Einmal im Darm angekommen, setzt C. difficile Toxine frei, die die Darmschleimhaut schädigen und Symptome verursachen, die von Durchfall bis hin zu lebensbedrohlichen Darmentzündungen reichen. Erschwerend kommt hinzu, dass C. difficile in den letzten Jahren zunehmend virulent und antibiotikaresistent geworden ist [Quellen: Grady ; Hudson ; Mayo-Klinik ].

Bakterien zu schicken, um Bakterien zu bekämpfen, ist sinnvoll. Viele Bakterien und andere Mikroben sind nicht nur ein Haufen Käfer, sondern nicht nur unsere Freunde, sie sind ein Teil von uns. Unser Körper enthält neun- bis zehnmal so viele mikrobielle Zellen wie menschliche; Jeder von uns beherbergt 100 Billionen Bakterien. Es ist alles Teil eines Mikrobioms , eines Ökosystems mikrobieller Gemeinschaften, die alle möglichen nützlichen Arbeiten verrichten, von der Förderung der Verdauung bis zur Unterstützung unseres Immunsystems [Quellen: Khoruts ; Zimmer ; Zimmer ].

Die Anerkennung mikrobieller Beiträge zur Gesundheit hat das wachsende Feld der medizinischen Ökologie hervorgebracht, das das Mikrobiom des Körpers als einen Garten betrachtet, der gepflegt und gegebenenfalls jätet werden muss. Die Stuhltransplantation erweitert diese Philosophie auf das „organische Mulchen“ des Darmgartens: Der Stuhl eines gesunden Spenders enthält nützliche Darmmikroorganismen, auch bekannt als Flora, von denen sich 60-80 Prozent im Darm des Empfängers niederlassen und die durch Antibiotika und Infektionen zerstörten ersetzen. und der Sturz schädlicher Gemeinschaften wie C. difficile [Quellen: Borody ; Hudson ].

Der Bedarf an solchen neuartigen Techniken wird durch die ständig steigende Zahl von Menschen, insbesondere älteren Menschen, die jedes Jahr an Magen-Darm-Infektionen sterben, vorangetrieben. In den USA haben sich solche Todesfälle von 1999 bis 2007 mehr als verdoppelt und stiegen von 7.000 auf mehr als 17.000 pro Jahr [Quelle: CDC ]. 83 Prozent dieser Todesfälle ereigneten sich bei Patienten über 65, von denen zwei Drittel an Infektionen mit C. difficile starben [Quelle: CDC ].

Die Transplantation von fäkalen Mikrobiota mag seltsam oder sogar ein bisschen ekelhaft klingen, aber sie versorgt den Körper mit einigen der vielen Mikroben, die er braucht, um sich zu erholen, zu leben und zu gedeihen.

Inhalt

1. Bakterien: Mit Erfolg spülen
2. Wird es sich vermischen?
3. Der Müll eines Mannes ...

Bakterien sind wohl die erfolgreichsten Lebensformen auf der Erde. Man findet sie um Tiefseeschlote gehäuft, weit unter der Erde vergraben oder in größeren Organismen, einschließlich uns, wimmelnd. Allein unser Mund enthält Hunderte bis Tausende von Arten, die in koloniale Nachbarschaften über unsere Zähne, unser Zahnfleisch und unsere Zunge verteilt sind. Unsere Lungen, die einst als mikrobenfrei galten, beherbergen 2.000 pro Quadratzentimeter, und unsere Eingeweide könnten bis zu 25.000-30.000 verschiedene Arten beherbergen [Quellen: Grady ; Zimmer ].

Während wir sie vielleicht als mikroskopisch kleine Bedrohungen betrachten – die Quellen solcher Köstlichkeiten wie bakterielle Meningitis, Harnwegsinfektionen und Lebensmittelvergiftungen – gäbe es ohne Bakterien kein Leben, wie wir es kennen. Vor 2,7 bis 2,8 Milliarden Jahren setzten Cyanobakterien den ersten Sauerstoff in die Atmosphäre frei; Heute wandeln Bakterien atmosphärischen Stickstoff in etwas um, das Pflanzen nutzen können, und führen Nährstoffe aus toten Organismen in das Ökosystem zurück [Quellen: Biello ; Ingham ; Farquhar, Bao und Thiemens].

Bakterien und andere Mikrobiota erfüllen ähnliche Funktionen in unserem Körper. Darmmikroben produzieren Vitamine und reduzieren zähe Pflanzenstoffe zu verdaulicher Gülle [Quelle: Zimmer ]. Innerhalb des Immunsystems tragen Bakterien dazu bei, die Schutzeigenschaften der Haut aufrechtzuerhalten, und nasale Mikroben produzieren einen antibiotischen Schutzschild gegen Keime in der Luft. Darüber hinaus halten Mikroben das Immunsystem in Schach, indem sie schädliche Schwellungen begrenzen. Es ist nicht schwer zu sehen, wie sie daher bei entzündungsassoziierten Erkrankungen wie Fettleibigkeit, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Typ-2-Diabetes und entzündlichen Darmerkrankungen (CED) eine Rolle spielen könnten [Quellen: Gewirtz ; Zimmer ; Zimmer ].

Mikroben machen auch gesündere Babys. Muttermilch enthält 600 Bakterienarten und liefert Zucker, der die sich entwickelnden Darmbakterien eines Babys ernährt [Quellen: Hunt et al. ; Zimmer ; Zivkovic et al. ]. Laut einer PLoS One-Studie vom Juni 2011 verändert sich das vaginale Mikrobiom einer Frau drastisch, wenn sie schwanger wird. Unter anderem könnte diese neue Umgebung Neugeborene darauf vorbereiten, Muttermilch zu verdauen [Quellen: Aagaard et al. ; Zimmer]. Einige Studien deuten darauf hin, dass per Kaiserschnitt geborene Kinder möglicherweise anfälliger für Hautinfektionen durch Methicillin-resistente Staphylococcus aureus (MRSA) sind, einen Staphylokokken-Keim, der Erstlinien-Antibiotika wie Penicillin und Amoxicillin widersteht. Solche Kinder könnten auch einem größeren Risiko ausgesetzt sein, Allergien oder Asthma zu entwickeln [Quellen: CDC ; Zimmer ].

Die Exposition gegenüber bestimmten Mikroorganismen trainiert das sich entwickelnde Immunsystem eines Kindes [Quelle: Zimmer ]. Es bietet wahrscheinlich auch eine natürliche Abwehr gegen entzündliche Darmerkrankungen (IBD), eine chronische oder wiederkehrende Entzündung des Magen-Darm-Trakts, die durch eine drunter und drüber gehende Immunantwort verursacht wird [Quellen: Olszak et al. ; Zimmer ]. IBD, zu der Colitis ulcerosa und Morbus Crohn gehören, gehört zu den fünf am weitesten verbreiteten Magen-Darm-Erkrankungen in den Vereinigten Staaten und verursacht jährlich Gesundheitskosten in Höhe von 1,7 Milliarden US-Dollar [Quelle: CDC ].

Wenn der Einsatz so hoch ist, insbesondere bei Patienten mit lebensbedrohlichen Darmerkrankungen, haben Ärzte begonnen, über den Tellerrand hinauszuschauen – und in den Dickdarm hinein.

Die Hygienehypothese

Zahlreiche Studien deuten auf Zusammenhänge zwischen bestimmten Erkrankungen und mangelnder Exposition gegenüber bestimmten Mikroben hin. Kinder, die beispielsweise auf Bauernhöfen aufwachsen, entwickeln weniger Autoimmunerkrankungen als Stadtkinder [Quelle: Zimmer ].

In ähnlicher Weise besitzen Menschen mit Asthma eine andere Gruppe von Mikroben als Nichtasthmatiker. Reduzierte Expositionsraten gegenüber Mikroben in den Industrieländern könnten den jüngsten Anstieg der Fälle von Asthma und Atopie erklären – eine genetische Prädisposition für die Entwicklung allergischer Reaktionen [Quellen: Olszak et al. ; Reibmann et al. ; Zimmer ].

Although something like it might have been practiced as far back as fourth-century China, modern fecal transplantation was pioneered in 1958 by Dr. Ben Eiseman at Denver General Hospital [sources: Allen; Brandt ; Eiseman ]. Fecal transplants saw only sporadic use for decades afterward, but began coming into their own around 2000 [sources: Allen; Brandt ].

Here's how they work: After screening a donor for HIV, hepatitis and other disease-causing germs, the doctor dilutes a stool sample with saline or 4 percent milk, and then blends it into a milkshake-like slurry [sources: Allen; Bakken et al.; Floch ; Silverman, Davis and Pillai]. The mixture is then fed into a patient's digestive tract via nasogastric or nasoduodenal tubes, through a colonoscope or via a retention enema [sources: Allen; Bakken; Hudson]. A nasogastric tube feeds matter through the nasal passage, down the throat and into the stomach; a nasoduodenal tube extends a bit farther.

The patient prepares for the procedure via the traditional take-no-prisoners, date-with-the-thunder-bucket ritual used by colonoscopy patients [sources: Allen; Stein]. Stool donations usually come from family members or spouses, but some facilities have tried unrelated, prescreened donors [source: Allen; Brandt ].

If a fecal transplant sounds like a great DIY project, it isn't. First, stool is a level 2 biohazard; second, if you don't test fecal samples for communicable diseases, you could end up in a world of hurt; third, remind us to never drink frozen margaritas at your house [source: Bakken et al.; Floch ; Silverman, Davis and Pillai].

As of October 2012, U.S. insurance does not cover fecal transplants, but some doctors believe billing codes for the procedure will exist by early 2013, with Medicare coverage following a similar schedule [sources: Allen; Brandt ; Gewirtz ]. Dr. Andrew Gewirtz of the Georgia State University Center for Inflammation, Immunity & Infection agrees.

"I would guess it might be insurable soon -- although it is possible that use of specific, defined bacterial cocktails may supplant it eventually," he says.

The procedure's legal status may pose a greater challenge. According to Dr. Lawrence Brandt of the Albert Einstein College of Medicine, the U.S. Food and Drug Administration (FDA) has declared feces for fecal microbiota transplants a drug, which makes transplants -- already a fringe therapy -- illegal until the FDA approves their use. While doctors are unlikely to do time for performing the procedure, its dodgy status could work against them should a malpractice suit arise [source: Brandt ].

On the plus side, drug classification could move fecal transplants further into the mainstream. To become a widely accepted medical practice, the process must be subjected to large-scale clinical trials, but gaining funding for such trials from, say, the National Institutes of Health (NIH), hinges upon the FDA granting a substance "investigational status." Classification as a drug places feces in a category that the FDA recognizes for this purpose [sources: Brandt ; Khoruts ; McKenna].

Once they work the bugs out, bacteriotherapy and fecal transplantation could offer hope to a lot of sick people.

Coprophagy

Feces consumption occurs throughout nature, from the dung beetle to the ringtail possum. Animals primarily nosh on stool for its nutrient content. Some eat the excrement of herbivores, whose inefficient digestive tracts leave nutrients behind, while others -- particularly non-ruminating herbivores -- eat their own droppings to give their bodies another pass at the buffet. Some young animals also gain valuable gut microbes by consuming their parent's feces [sources: BBC; Encyclopaedia Britannica; Hirakawa; Saylor]. Bon appetit!

We stand on the threshold of a microbiotic renaissance, according to some physicians and microbiologists. As our understanding of this long-neglected field expands, so too will our treatment options.

As we mentioned, the place to start -- at least where fecal transplantation is concerned -- remains Clostridium difficile. According to the CDC, C. difficile infections kill 14,000 people in the United States annually, and its occurrence among hospitalized patients more than doubled from 2000 to 2009 [sources: Hudson; Zimmer]. One long-term follow-up study of 77 fecal transplant patients reported a 91 percent cure rate after just one fecal transplant, and a 98 percent cure rate with additional probiotics, antibiotics or fecal transplants [source: Brandt et al.].

Fecal microbiota might also hold answers for people with metabolic syndrome -- a collection of co-occurring risk factors, such as insulin resistance and extra weight around the middle, that increases the chance of coronary artery disease, stroke and type 2 diabetes [source: A.D.A.M.]. In some studies, fecal transplantation in metabolic syndrome patients reduced triglyceride levels and improved insulin sensitivity [source: Allen; Gewirtz].

Wissenschaftler haben auch Fettleibigkeit bei Ratten mit Veränderungen des Darmmikrobioms in Verbindung gebracht. Der Darm von fettleibigen Personen enthält eine andere Gruppe von Mikroben als der von nicht fettleibigen Personen, und die Ergebnisse klinischer Studien deuten darauf hin, dass schlanke Spender fettleibigen Empfängern helfen könnten, Gewicht zu verlieren, indem sie die Art und Weise ändern, wie sie Zucker metabolisieren [Quelle: Zimmer ].

"Die Zusammensetzung und Aktivität der Darmmikrobiota ist bei schlanken und fettleibigen Personen unterschiedlich", sagt Dr. Alexander Khoruts, außerordentlicher Professor für Medizin an der University of Minnesota. „Wir wissen, dass der tierische Energiestoffwechsel durch eine fäkale Mikrobiota-Transplantation verändert werden kann. Es ist möglich, dass es beim Menschen etwas Ähnliches geben wird.“

„Es ist jedoch auch klar, dass Ernährungs- und Lebensstilentscheidungen die Zusammensetzung der Darmmikrobiota beeinflussen.“

Tatsächlich fangen wir gerade erst an, die Möglichkeiten für Stuhltransplantationen und Makrobiotika im Allgemeinen zu begreifen [Quelle: Khoruts ]. Verwechseln Sie die beiden jedoch nicht. Obwohl die Darmflora zahlreich ist, repräsentiert sie nur einen Teil der gesamten Körpermikroben. Darüber hinaus verstehen wir die Zusammenhänge zwischen Mikrobiota, Gesundheit und Krankheit noch nicht vollständig, sei es im Darm oder außerhalb.

Beispielsweise können eine Reihe von Erkrankungen mit dem Darm in Verbindung gebracht werden, darunter Lebererkrankungen, Migräne, chronische Müdigkeit, rheumatoide Arthritis, Multiple Sklerose, Alzheimer und Parkinson, aber wie (oder ob) sie mit mikrobieller Therapie oder Stuhltransplantationen zusammenhängen bleibt unklar und erfordert umfangreiche Studien zur Beantwortung [Quellen: Allen ; Borody ; Borody ; Khoruts ].

In der Zwischenzeit sollten Sie die Idee der Stuhltransplantation nicht zu schnell „kacken“. Es ist effektiv, schnell und scheint keine Nebenwirkungen zu haben. Aber wie bei jeder neuen Therapie müssen wir abwarten, wie es am Ende ausgeht.

Menschliches Biom-Projekt

Im Juni 2012 veröffentlichten rund 200 Wissenschaftler die Ergebnisse des Human Microbiome Project (HMP), einer wegweisenden genetischen Untersuchung der Billionen von Mikroben, aus denen das menschliche Mikrobiom besteht. Die 2007 vom NIH gestartete 150-Millionen-Dollar-Initiative hat Hunderte von gesunden Menschen begleitet und genetisches Material ihrer Körperbakterien sequenziert – eine Ernte von mehr als 5 Millionen Genen [Quellen: HMP ; Zimmer ; Zimmer ].

Das HMP fördert derzeit 15 Projekte mit dem Potenzial, Korrelationen zwischen dem Mikrobiom und der menschlichen Gesundheit und Krankheiten wie unter anderem Psoriasis, Morbus Crohn, Colitis ulcerosa und Speiseröhrenkrebs aufzuzeigen [Quellen: Borody ; HMP ; Stein ].

Anmerkung des Autors: Wie Stuhltransplantationen funktionieren

Egal wie lange ich über Wissenschaft berichte, es überrascht mich immer wieder. Vielleicht gibt es nichts Neues unter der Sonne, aber was ist, wo die Sonne nicht scheint?

Vulgaritäten und schreckliche Wortspiele beiseite, wenige Dinge machen einem Wissenschaftsjournalisten so viel Spaß, wie wenn Wissenschaftler oder Ärzte auf etwas hinweisen, das wir für selbstverständlich halten, und sagen: „Hmm, vielleicht ist das wichtiger als wir dachten“ oder „Vielleicht sind unsere Annahmen völlig aus dem Gleichgewicht und wir brauchen ein Paradigma, das weniger als ein Jahrhundert alt ist."

Solche Zyklen sind ein natürlicher Teil der Wissenschaft. Forschung läuft schließlich heiß und kalt, und die scheinbare Sackgasse von gestern kann sich später in den heutigen Weg zur Entdeckung öffnen. Alles, was es braucht, ist ein paar frische Augen und der Kontext, der durch Zeit und weitere Recherchen bereitgestellt wird.

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