Mikrobiom könnte Autismus-Screening bei Kindern früh verbessern

Ein frühes Screening auf neurologische Entwicklungsstörungen wie Autismus ist wichtig, damit Kinder die Unterstützung erhalten, die sie brauchen, um grundlegende Fähigkeiten für den Alltag zu entwickeln.

Die American Academy of Pediatrics empfiehlt, alle Kinder auf Entwicklungsverzögerungen zu untersuchen. Für Frühgeborene oder Kinder mit niedrigem Geburtsgewicht sind zusätzliche Untersuchungen vorgesehen.

Die US Preventive Services Task Force hat jedoch weitere Forschung zur Wirksamkeit der derzeitigen Verfahren für das Autismus-Screening gefordert.

Autismusdiagnosen stützen sich bislang vor allem auf Checklisten zu Entwicklungsmeilensteinen und auf Symptome. Dabei beruhen sie häufig auf Verhaltensbeobachtungen, deren Auffälligkeiten erst auftreten, nachdem entscheidende Entwicklungsphasen bereits vorüber sind.

Forschende und medizinische Fachkräfte arbeiten daher an einfachen, verlässlichen Instrumenten, die frühe Anzeichen oder Risikofaktoren einer Erkrankung erkennen könnten, noch bevor Symptome deutlich werden.

Frühe Untersuchungen können zwar das Risiko einer Überdiagnose erhöhen. Ein besseres Verständnis der Entwicklungsbedürfnisse eines Kindes kann Familien jedoch früher zu Angeboten führen, die genau diese Bedürfnisse unterstützen.

Wir erforschen, welche Rolle das Mikrobiom bei unterschiedlichen Erkrankungen spielt, darunter psychische Erkrankungen, Autoimmunerkrankungen, Adipositas, Frühgeburten und weitere Zustände.

In unserer kürzlich veröffentlichten Untersuchung mit schwedischen Kindern stellten wir fest, dass Mikroorganismen und die von ihnen produzierten Stoffwechselprodukte im Darm von Säuglingen – nachweisbar sowohl im Stuhl als auch im Nabelschnurblut – bei der Einschätzung des Risikos eines Kindes für neurologische Entwicklungsstörungen wie Autismus helfen könnten.

Diese Unterschiede lassen sich bereits bei der Geburt oder im ersten Lebensjahr erkennen. Im Durchschnitt waren diese Marker mehr als ein Jahrzehnt sichtbar, bevor die Kinder eine Diagnose erhielten.

Mikroorganismen als Biomarker

Biomarker sind biologische Hinweise – etwa Gene, Proteine oder Stoffwechselprodukte in Blut, Stuhl oder anderen Proben –, die zu einem bestimmten Zeitpunkt auf das Vorliegen einer Erkrankung hinweisen.

Für Autismus sind bislang keine Biomarker bekannt. Die Suche nach ihnen wird vor allem dadurch erschwert, dass Autismus über viele mögliche Entwicklungswege entstehen kann und Forschende häufig außer Acht lassen, wie diese Ursachen als Gesamtbild zusammenwirken könnten.

Darmmikroorganismen könnten ein möglicher Biomarker für neurologische Entwicklungsstörungen wie Autismus sein. Die Verbindung zwischen Darm und Gehirn, die Darm-Hirn-Achse, ist für die Wissenschaft von großem Interesse. Darmmikroorganismen haben wesentlichen Einfluss auf die Gesundheit, etwa auf die Immunabwehr, das Gleichgewicht von Neurotransmittern, die Verdauungsgesundheit und vieles mehr.

Umfangreiche Forschung befasst sich damit, wie ein alters- und organsystemspezifisches „typisches“ Mikrobiom aussieht. Forschende haben gezeigt, dass das Mikrobiom so individuell ist, dass es zwei Personen oder zwei Haushalte sogar besser voneinander unterscheiden kann als die Genetik. Unterschiede bei der Besiedlung beginnen bereits sehr früh im Leben.

Während der Kindheit verändert sich das Mikrobiom stark. Es prägt das Immunsystem und wird zugleich von ihm geprägt; außerdem wird es durch Lebensveränderungen und Ereignisse beeinflusst. Auch Genetik, Umwelt, Lebensstil, Infektionen und Medikamente wirken sich darauf aus.

Magen-Darm-Beschwerden wie Durchfall, Schmerzen und Verstopfung treten bei Kindern mit Autismus und ADHS häufig auf. Bei 30% bis 70% der Autismuspatienten wird zudem eine funktionelle Magen-Darm-Erkrankung diagnostiziert.

Unbehandelte Magen-Darm-Probleme können bei diesen Kindern zusätzlich Schlaf- und Verhaltensstörungen verursachen.

Eine kleine Pilotstudie ergab, dass sich bei Kindern mit Autismus Magen-Darm-Beschwerden und autismusbezogene Symptome verbesserten, nachdem gesunde Mikroorganismen in ihren Darm übertragen worden waren. Einige Vorteile hielten bis zu zwei Jahre an.

Die meisten Studien zum Mikrobiom und neurologischen Entwicklungsstörungen beschränken sich jedoch auf Personen, bei denen ADHS, Autismus oder andere Erkrankungen bereits diagnostiziert wurden. Zudem liefern diese Untersuchungen oft uneinheitliche Ergebnisse.

Daraus ergibt sich eine zentrale Frage: Spielt das Mikrobiom unmittelbar bei der Entstehung von Autismus und anderen neurologischen Entwicklungsstörungen mit, oder sind Veränderungen seiner Zusammensetzung eine Folge der Erkrankungen selbst?

Einige Untersuchungen kamen zu dem Schluss, dass das Mikrobiom nur geringfügig oder gar nicht mit späterem Autismus zusammenhängt.

Diese Studien haben jedoch eine wesentliche Einschränkung: Sie untersuchen mikrobielle Ungleichgewichte nicht vor der Diagnose oder vor dem Auftreten von Symptomen. Stattdessen betrachten sie Kinder mit bereits diagnostiziertem Autismus und vergleichen sie mit ihren Geschwistern sowie nicht verwandten neurotypischen Kindern.

In den meisten Fällen werden Ernährungsdaten und Proben erst mehrere Jahre nach der Diagnose erhoben. Daher kann damit nicht geprüft werden, ob mikrobielle Ungleichgewichte Autismus verursachen.

Warum Darmmikroorganismen wichtig sind

Wir wollten wissen, ob die Untersuchung von Bakterien bei kleinen Kindern, bevor sie eine Diagnose erhalten oder Symptome von Autismus oder anderen Erkrankungen zeigen, Hinweise auf ihre neurologische Entwicklung liefern kann.

Dafür analysierten wir Nabelschnurblut und Stuhlproben, die im Alter von etwa 1 Jahr von Teilnehmenden einer laufenden Studie namens All Babies in Southeast Sweden gesammelt worden waren. Die Studie verfolgt die Gesundheit von etwa 17.000 zwischen 1997 und 1999 geborenen Kindern und ihrer Eltern.

Wir begleiteten diese Kinder seit ihrer Geburt. Fast 1.200 von ihnen erhielten bis zum Alter von 23 Jahren später die Diagnose einer neurologischen Entwicklungsstörung.

Wir fanden deutliche Unterschiede in der Bakterienzusammensetzung und den Konzentrationen von Stoffwechselprodukten, die bereits vor Symptomen neurologischer Entwicklungsstörungen – etwa Magen-Darm-Beschwerden, Reizbarkeit und Schlafproblemen – sowie vor formalen medizinischen Diagnosen entstanden. Diese Unterschiede umfassten zahlreiche Erkrankungen, darunter Autismus, ADHS und Sprachstörungen.

Anschließend brachten wir Bakterien im Stuhl der Kinder mit Neurotransmittern – chemischen Signalen, die die Kommunikation von Gehirnzellen ermöglichen – sowie mit Vitaminen wie Riboflavin und Vitamin B in Zusammenhang.

Auf Grundlage früherer Untersuchungen an Kindern und Erwachsenen mit bereits diagnostizierter neurologischer Entwicklungsstörung erwarteten wir Unterschiede in Zusammensetzung und Gesundheitszustand des Mikrobioms zwischen Personen mit und ohne solche Erkrankungen.

Überrascht hat uns jedoch, wie früh diese Abweichungen auftreten. In Stuhlproben aus den Windeln von Kindern im Alter von etwa 1 Jahr sowie in bei der Geburt entnommenem Nabelschnurblut beobachteten wir Unterschiede bei Mikroorganismen und Stoffwechselprodukten, die unter anderem die Immun- und Gehirngesundheit beeinflussen.

Das von uns beobachtete Ungleichgewicht in der mikrobiellen Zusammensetzung – von Mikrobiologen Dysbiose genannt – deutet darauf hin, dass eine unvollständige Erholung nach wiederholter Antibiotikaeinnahme Kinder in dieser besonders empfindlichen Phase stark beeinflussen könnte. Ebenso stellten wir fest, dass wiederholte Mittelohrentzündungen mit einer doppelt so hohen Wahrscheinlichkeit für die Entwicklung von Autismus verbunden waren.

Kinder, die sowohl wiederholt Antibiotika einnahmen als auch mikrobielle Ungleichgewichte aufwiesen, entwickelten deutlich häufiger Autismus.

Genauer gesagt war die Wahrscheinlichkeit für eine neurologische Entwicklungsstörung bei Kindern ohne Coprococcus comes, einem Bakterium, das mit psychischer Gesundheit und Lebensqualität verbunden ist, und mit einem häufigeren Vorkommen von Citrobacter, einem für antimikrobielle Resistenz bekannten Bakterium, in Verbindung mit wiederholter Antibiotikaeinnahme zwei- bis viermal so hoch.

Antibiotika sind für die Behandlung bestimmter bakterieller Infektionen bei Kindern notwendig. Wir betonen, dass unsere Ergebnisse keinesfalls nahelegen, auf ihren Einsatz grundsätzlich zu verzichten.

Eltern sollten Antibiotika anwenden, wenn sie vom Kinderarzt verordnet und als notwendig erachtet werden. Unsere Studie legt vielmehr nahe, dass eine wiederholte Antibiotikaanwendung in der frühen Kindheit auf eine zugrunde liegende Störung des Immunsystems oder eine beeinträchtigte Gehirnentwicklung hinweisen könnte, die durch das Darmmikrobiom beeinflusst werden kann.

Unabhängig davon ist es wichtig zu prüfen, ob Kinder nach einer Antibiotikabehandlung von Maßnahmen profitieren könnten, die ihre Darmmikroorganismen wiederherstellen. Diesen Bereich untersuchen wir aktiv.

Ein weiteres mikrobielles Ungleichgewicht bei Kindern, bei denen später neurologische Entwicklungsstörungen diagnostiziert wurden, war eine verringerte Menge von Akkermansia muciniphila. Dieses Bakterium stärkt die Darmschleimhaut und steht mit Neurotransmittern in Verbindung, die für die neurologische Gesundheit bedeutsam sind.

Selbst nachdem wir Faktoren berücksichtigt hatten, die die Zusammensetzung der Darmmikroorganismen beeinflussen können, etwa die Geburtsart und das Stillen, blieb der Zusammenhang zwischen unausgeglichenen Bakterien und einer späteren Diagnose bestehen.

Diese Ungleichgewichte gingen einer Diagnose von Autismus, ADHS oder intellektueller Beeinträchtigung im Durchschnitt um 13 bis 14 Jahre voraus. Damit widersprechen sie der Annahme, dass Ungleichgewichte bei Darmmikroorganismen durch die Ernährung entstehen.

Bei Neugeborenen, die später Autismus entwickelten, fanden wir im Nabelschnurblut verringerte Mengen an Lipiden und Gallensäuren. Diese Verbindungen liefern nützlichen Bakterien Nährstoffe, tragen zum Erhalt des Immungleichgewichts bei und beeinflussen Neurotransmittersysteme sowie Signalwege im Gehirn.

Mikrobiom-Screening bei kinderärztlichen Vorsorgeuntersuchungen

Ein Mikrobiom-Screening gehört bislang nicht zur üblichen Praxis bei kinderärztlichen Vorsorgeuntersuchungen. Unsere Ergebnisse deuten jedoch darauf hin, dass das Erkennen von Ungleichgewichten zwischen nützlichen und schädlichen Bakterien, insbesondere in entscheidenden Phasen der frühen kindlichen Entwicklung, medizinischen Fachkräften und Familien wichtige Erkenntnisse liefern kann.

Bis ein solches Screening zum Standard in der Kinderheilkunde wird, ist es noch ein weiter Weg. Forschende benötigen weiterhin validierte Methoden, um Mikrobiomdaten in der klinischen Praxis zu analysieren und zu interpretieren.

Zudem ist noch unklar, wie sich bakterielle Unterschiede bei Kindern weltweit im Zeitverlauf verändern – nicht nur, welche Bakterien vorhanden sind oder fehlen, sondern auch, wie sie Immunreaktionen und den Stoffwechsel prägen könnten.

Unsere Ergebnisse bekräftigen jedoch die wachsende Zahl an Hinweisen darauf, dass das frühe Darmmikrobiom eine Schlüsselrolle bei der Ausgestaltung der neurologischen Entwicklung spielt.

Angelica P. Ahrens, Assistenzwissenschaftlerin für Datenwissenschaft und Mikrobiologie, University of Florida; Eric W. Triplett, Professor und Leiter für Mikrobiologie und Zellwissenschaften, University of Florida, sowie Johnny Ludvigsson, emeritierter Professor für biomedizinische und klinische Wissenschaften, Universität Linköping

Dieser Artikel wurde unter einer Creative-Commons-Lizenz von The Conversation erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.