Impact of Diet and the Gut Microbiome on Neurodegeneration and Regeneration in Neurological Disorders

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Impact of Diet and the Gut Microbiome on Neurodegeneration and Regeneration in Neurological Disorders

Barbara Gisevius MD / Aiden Haghikia MD / Sarah Hirschberg MD

Published Online: 2019-01-30 | DOI: https://doi.org/10.1515/nf-2018-0013

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Zusammenfassung

Aktuelle Forschungsergebnisse im Bereich neurodegenerativer Erkrankungen deuten vermehrt darauf hin, dass die Ernährung und damit assoziiert die Zusammensetzung des Darm-Mikrobioms einen entscheidenden Einfluss auf die Entstehung und den Verlauf verschiedenster Krankheiten haben. Die sogenannte Darm-Hirn Achse, oder präziser die Darm-Mikrobiom-Hirn Achse hat dadurch deutlich an Aufmerksamkeit gewonnen. Dabei kann der Darm das zentrale Nervensystem auf unterschiedliche Weisen beeinflussen, I) direkt durch bakterielle Bestandteile und Metaboliten von Bakterien, II) durch Manipulation der im Körper zirkulierenden Immunzellen, oder III) durch direkten Kontakt, z. B. über den N. vagus.
Fortschritte auf dem Gebiet der Molekularbiologie, wie das Next Generation Sequencing ermöglichen aufgrund ihres hohen Auflösungsvermögens die genaue Identifikation von Bakterien und die Kompositionen ganzer Mikrobiome. Dadurch ist es möglich, die Interaktionen zwischen dem intestinalen Mikrobiom, dem Metabolom und dem Darm- assoziierten Immunsystem detailliert zu erforschen.
In dieser Arbeit diskutieren wir den Einfluss des Mikrobioms, der Ernährung und den damit verbundenen Gesundheitszustand auf die Neuroregeneration. Der Fokus liegt dabei auf der Möglichkeit, wie dieses Wissen in Zukunft für therapeutische Zwecke genutzt werden kann.

Abstract

Recent advances in the field of neurodegenerative disorders point to a possible association between diet, gut microbiota composition and disease incidence. Hence, the so-called gut-brain axis, or more precisely the gut-microbiome-brain axis, has gained increasing attention. There are several ways in which gut content can impact the central nervous system, i. e. either I) directly via bacterial components and dietary metabolites that are systematically available, II) by intermediates, such as circulating immune cells or III) via direct neuronal connections, i. e. the vagus nerve.
New technologies for the identification of bacteria, like next generation sequencing, are enabling a higher resolution understanding of microbiota composition. Therefore, it is now possible to elucidate direct interactions between the gut microbiome, the metabolome, and the gut-associated immune system. In addition to these interactions and of equal importance are the interdependencies of gut metabolites with cells of the central nervous system. In this review, we discuss how the gut microbiome can promote neuronal regeneration or degeneration, depending on health status and diet, and how its modulation may be exploited for novel therapeutic applications.