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Die Veränderung der natürlichen Umgebung erzeugt mikrobielle entzündungshemmende und immunologische Wirkungen bei Tageskindern

Verweise

Roslund MI, Puhakka R., Grönroos M., et al. Die Biodiversitätsintervention verbessert die Immunregulation und die gesundheitsassoziierten kommensalen Mikrobiota bei Tageskindern. Wissenschaft Adv. 2020;6(42):eaba2578.

Studienziel

Es sollte experimentell bestimmt werden, ob natürlich vorkommende Bodenbakterien in „grünen“ vs. „normalen“ landschaftlich gestalteten Kindertagesstätten die entzündliche Reaktion des Immunsystems bei Kindern im Vorschulalter beeinflussen

Teilnehmer

75 Kinder im Vorschulalter (3-5 Jahre) in Finnland. Alle Kinder erhielten während des gesamten Experiments die gleichen 2 Mahlzeiten und 1 Snack pro Tag sowie die gleiche Zeit pro Tag draußen (~ 1,5 Stunden). Die Forscher bewerteten Aktivitäten außerhalb der Kindertagesstätte (z. B. Mahlzeiten zu Hause, Wochenenden im Freien/in der Natur, Kontakt mit Tieren) anhand von Umfragen, die von den Eltern ausgefüllt wurden, und stellten minimale Unterschiede zwischen den Gruppen fest.

Kinder wurden von der Studie ausgeschlossen, wenn sie eines der folgenden Merkmale aufwiesen: Vorliegen einer Immunschwäche-, Autoimmun- oder immunregulatorischen Erkrankung (z. B. humanes Immundefizienz-Virus). [HIV], Morbus Crohn, Down-Syndrom); aktuelle Einnahme von immunsuppressiven Medikamenten (z. B. Kortikosteroiden); oder aktuelle Verwendung von Antibiotika oder Probiotika.

Entwurf

Die Forscher bewerteten Kinder vor (@Tag 0) und nach (@Tag 28) einer Landschaftsgestaltung oder einer unveränderten Kontrolle in den städtischen Kindertagesstätten, die sie besuchten. Sie umfassten 3 Einstellungstypen:

  • Standard-Kindertagesstätte (keine Änderung der negativen Kontrolleinstellung): Kies- und Betonhof mit eingebauten Elementen (z. B. Schaukel, Klettergerüst und Sandkasten)
  • Naturkindergarten (keine Veränderung Positivkontrolle): Hof und Umgebung mit natürlich vorkommenden Waldelementen (z. B. Heidelbeersträucher, Heidekraut, Moose, Rispengras, Torf)
  • Begrünung der Kindertagesstätte (variable Einstellung): Standard-Kindertagesstättenhof @Tag 0, mit Waldelementen, die gebracht und gepflanzt werden, um die Ähnlichkeit mit der Naturtagesstätte bis zum 28. Tag zu erleichtern.

Die Forscher nahmen bei allen Teilnehmern vor und nach Messungen von Haut- und Stuhlbakterien sowie Blutproben vor. Sie maßen auch Boden-/Bodenbakterien @Tag 0 und @Tag 28 in allen 3 Umgebungen auf standardisierte Weise (z. B. neben der Eingangstür der Kindertagesstätte, Schaukel, Klettergerüst, Sandkasten).

Zielparameter

Die Forscher nahmen vor und nach der Intervention Blutproben, um den Status des Immunsystems von Kindern zu beurteilen. Konkret maßen sie die folgenden entzündlichen Immunmarker (Zytokine):

  • Interleukin 10 (IL-10): ein wichtiges entzündungshemmendes Interleukin-Zytokin
  • Transforming Growth Factor-beta 1 (TGF-β1): ein wichtiges entzündungshemmendes regulatorisches Zytokin
  • Interleukin 17A (IL-17A): ein wichtiges entzündungsförderndes regulatorisches Zytokin.

Blutproben wurden auch verwendet, um regulatorische T-Zellen (Treg) zu messen, modulierende weiße Blutkörperchen, die die entzündliche Immunantwort beeinflussen. Die Forscher maßen auch Haut- und Stuhlbakterien sowie Umweltbodenbakterien, um alle Veränderungen zwischen den Gruppen vor und nach der Untersuchung zu beurteilen.

Wichtige Erkenntnisse

Bodenproben aus allen 3 Kindertagesstätten am Tag 0 zeigten erwartungsgemäß ein umfangreiches Vorhandensein mehrerer Bakterienklassen. Die mikrobielle Diversität vor der Intervention war in der Natur-Tagesbetreuungsgruppe erheblich höher als in der Standard-Tagesbetreuungsgruppe (die die Greening-Tagesbetreuungsgruppe vor der Intervention umfasste). Bei Kindern, die die Nature-Kindertagesstätte besuchten, wurden stark erhöhte IL-10-Spiegel festgestellt (P=0,0000023). Umgekehrt hatten Kinder in der Tag-0-Standard-Tagesbetreuungsgruppe niedrigere TGF-β1-Spiegel (P=0,01).

Die „Begrünung“ eines Kindergartens führte zu Veränderungen der Boden-, Haut- und Stuhlbakterien, die direkt mit Veränderungen der Immunfunktion korrespondierten.

An Tag 28 wurde eine signifikante Zunahme der Bakterienhäufigkeit und -diversität für die Greening-Kindertagesstätte gemessen, bis zu dem Achtfachen dessen, was in der Standard-Kindertagesstätte gemessen wurde. Dies spiegelte sich in einer erhöhten mikrobiellen Diversität auf der Haut und in den Stuhlproben von Kindern in der Greening-Kita-Gruppe wider, die den Befunden in der Nature-Kita-Gruppe ähnelten.

Am wichtigsten war, dass Veränderungen bei Boden-, Haut- und Stuhlbakterien für die Greening-Tagespflegegruppe direkt mit Veränderungen bei den Messwerten der Immunfunktion korrespondierten. Die Zunahme der mikrobiellen Vielfalt führte zu einem signifikanten Anstieg des entzündungshemmenden TGF-β1 (P=0,01) und Treg (P=0,016) und Abnahmen des entzündungsfördernden IL-17A (P=0,002). Insbesondere eine Abnahme von IL-17A war am stärksten mit einer Zunahme des Stuhlbakteriums verbunden Faecalibacterium prausnitzii (P=0,045), die sich als vorteilhaft immunmodulatorisch für Personen mit Morbus Crohn erwiesen hat.1

Implikationen üben

Dies ist die erste Feldstudie, die experimentell misst, wie Umweltbakterien das menschliche Immunsystem modulieren. Seit Jahrzehnten ist bekannt, dass Umweltfaktoren einen Einfluss auf die Funktion des Immunsystems haben, beginnend mit der Entwicklung der „Hygiene-Hypothese“ im Jahr 1989.2 Seitdem haben mehrere Studien die Bedeutung der mikrobiellen Biodiversität für die Beeinflussung der Funktion des Immunsystems gezeigt.3,4 Dazu gehört auch die verfeinerte „Old-Friends-Hypothese“, die darauf hindeutet, dass atopische Erkrankungen (z. B. Allergien, Asthma, Ekzeme) und Autoimmunerkrankungen (z. B. Multiple Sklerose, rheumatoide Arthritis, Morbus Crohn) in den Industrieländern gegenüber den Entwicklungsländern zunehmen Ergebnis der mikrobiellen Th1/Th2/Th17/Treg-Immunmodulation, die repräsentativer für unsere traditionelle evolutionäre Vergangenheit ist.5 Eine Vergangenheit, in der unsere prähistorischen Vorfahren der reichen mikrobiellen Biodiversität der sie umgebenden natürlichen Welt physisch ausgesetzt waren.6,7

Die Beweise für die Old-Friends-Hypothese basieren nicht nur auf Vergleichen zwischen Industrie- und Entwicklungsländern. Selbst in entwickelten Ländern gibt es viele Studien, die die gesundheitlichen Vorteile von Menschen, insbesondere Kindern, demonstrieren, die mikrobiellen Umgebungen mit größerer Biodiversität ausgesetzt sind. Schriften über diese Vorteile sind sogar in der populären Laienliteratur üblich.8,9 Eine gängige Methode, um diese Vorteile zu erzielen, ist es, Zeit im Freien zu verbringen, wo die natürlich vorkommende mikrobielle Vielfalt hoch ist. Mehrere Studien haben die Vorteile solcher Outdoor-Aktivitäten auf die Raten von atopischen und Autoimmunerkrankungen gezeigt.10,11 sowie psychische Erkrankungen wie Depressionen und Angstzustände12,13 vermittelt durch neuronale entzündungshemmende und Neurotransmitter-unterstützende Veränderungen, die durch mikrobielle Expositionen verursacht werden.14–16 Dies gilt natürlich zusätzlich zu all den anderen geistigen und körperlichen Vorteilen, die bekanntermaßen aus dem Aufenthalt im Freien resultieren, einschließlich mehr körperlicher Aktivität, sozialer Interaktion, kreativem Spiel, Entwicklung von Empathie, schulischen Leistungen usw.17–19

Vor dieser aktuellen Studie war die gesamte Forschung zu den Hygiene/Old Friends-Hypothesen entweder beobachtend (wobei Assoziationen über große populationsbasierte Datensätze gemacht wurden) oder laborbasiert in vivo Impfversuche zur Messung der Auswirkungen bestimmter mikrobieller Arten. Diese Feldstudie zeigt zum ersten Mal, dass die Veränderung realer Umgebungen Umweltmikrobiome auf eine Weise verändern kann, die messbare, wirkungsvolle Auswirkungen auf den menschlichen Entzündungsstatus und die Funktion des Immunsystems hat.

Einschränkungen

Dies war eine gut konzipierte Studie, die einen direkten Zusammenhang zwischen Veränderungen der äußeren und inneren Umweltmikroben und der Funktion des Immunsystems herstellte. Eine definitivere Assoziation hätte hergestellt werden können, indem die Teilnehmer direkt ausgewählten mikrobiellen Arten ausgesetzt wurden, aber diese Assoziation wurde an anderer Stelle hergestellt.20 Diese Studie zeigte nicht, wie lange die mikrobiellen und immunologischen Veränderungen der Teilnehmer nach Tag 28 anhielten. Zukünftige Studien könnten eine Crossover- oder Auswaschphase nach der Exposition beinhalten, um die Langlebigkeit zu bestimmen. Darüber hinaus wäre eine Längsschnittstudie mit klinischen Populationen (z. B. Kindern mit atopischen oder Autoimmundiagnosen) nützlich, um den therapeutischen Wert dieser Art der Exposition zu bestimmen.

Fazit

Die Welt, in der wir leben, hat komplexe und intime Auswirkungen auf unsere Gesundheit und unser Wohlbefinden. Wie es in der ganzheitlichen Weltanschauung heißt, „alles ist miteinander verbunden“. In der Neuzeit haben viele Menschen versucht, sich von der sie umgebenden natürlichen Welt zu entfernen, oft zu ihrem Nachteil. Die Erforschung von Möglichkeiten, wie wir zu einer stärker relationalen Interaktion mit unserer Umgebung zurückkehren können, ist biologisch sinnvoll und unterstützt das physiologische Funktionieren der Anpassungen unseres Körpers über Millionen von Jahren. Forschungen wie diese Kindertagesstättenstudie zeigen, dass einfache Umweltanpassungen die Gesundheit und das Leben von uns und unseren Kindern positiv beeinflussen können.

  1. H. Sokol, B. Pigneur, L. Watterlot et al. Faecalibacterium prausnitzii ist ein entzündungshemmendes kommensales Bakterium, das durch Darmmikrobiota-Analyse von Patienten mit Morbus Crohn identifiziert wurde. Proc Natl Acad Sci USA. 2008;105(43):16731-16736.
  2. Strachan DP. Heuschnupfen, Hygiene und Haushaltsgröße. BMJ. 1989;299 (November):1259-1260.
  3. Hanski I, von Hertzen L, Fyhrquist N, et al. Biodiversität in der Umwelt, menschliche Mikrobiota und Allergien sind miteinander verbunden. Proc Natl Acad Sci. 2012;109(21):8334-8339.
  4. Von Hertzen L., Beutler B., Bienenstock J., et al. Helsinki-Alarm für Biodiversität und Gesundheit. Ann Med. 2015;47(3):218-225.
  5. Rook GAW, Adams V., Hunt J., Palmer R., Martinelli R., Brunet LR. Mykobakterien und andere Umweltorganismen als Immunmodulatoren für immunregulatorische Störungen. Semin Immunopathol. 2004;25(3-4):237-25
  6. Frew JW. Die Hygienehypothese, alte Bekannte und neue Gene. Vorderseite Immunol. 2019;10 (März): 1-3.
  7. Logan AC, Katzman MA, Balanzá-Martínez V. Natürliche Umgebungen, angestammte Ernährung und mikrobielle Ökologie: Gibt es eine moderne „Paläo-Defizit-Störung“? Teil II. J Physiol Anthropol. 2015;34(1):1-21.
  8. Gilbert J., Knight R., Blakeslee S. Schmutz ist gut. New York City, New York: St. Martin’s Publishing; 2017.
  9. Akst J. Der Einfluss des Bodens auf die menschliche Gesundheit. Der Wissenschaftler. https://www.the-scientist.com/news-opinion/the-influence-of-soil-on-human-health-66885. Abgerufen am 28. November 2020.
  10. Ruokolainen L., Von Hertzen L., Fyhrquist N., et al. Grünflächen rund ums Haus reduzieren die atopische Sensibilisierung bei Kindern. Allergy Eur J Allergy Clin Immunol. 2015;70(2):195-202.
  11. Turm GAW. Regulierung des Immunsystems durch Biodiversität aus der natürlichen Umwelt: eine für die Gesundheit wesentliche Ökosystemleistung. Proc Natl Acad Sci. 2013;110(46):18360-18367.
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