In den letzten Jahren ist das Wissen um das Zusammenspiel von Mikroorganismen mit Mensch und Tier rasant angewachsen. Entscheidend hierfür waren technologische Entwicklungen unter anderem im Bereich der DNA-Sequenzierung. Es wird immer deutlicher, welch große Bedeutung eine ausgewogene Zusammensetzung der Darmbakterien, deren Gesamtheit Mikrobiota genannt wird, für die Gesundheit hat. In der strategischen Allianz GOBI (Good Bacteria in Industry) mit Bionorica und Organobalance wollen wir das Wissen und neue Methoden systematisch bewerten, und in Produkte umsetzen. Dazu braucht es als erstes geeignete Technologien zur Analyse komplexer Mikrobiota-Zusammensetzungen. Für uns steht bei GOBI die Tierernährung im Fokus (GOBI-FEED), für unsere Partner die menschliche Gesundheit.

Das Darmsimulationsmodell soll die vielfachen und komplexen Wechselwirkungen zwischen der Nahrung, dem Immunsystem des Huhns und der Gesamtheit der Mikroorganismen im Verdauungstrakt in vitro abbilden. In Zuchtbetrieben wird diese Wechselwirkung durch zahlreiche Faktoren, wie etwa Futterzusammensetzung, Genetik der Tiere, Haltungsbedingungen und Pathogene beeinflusst. Das Modell erlaubt uns erstmals, die Einflussfaktoren zu reduzieren und zu standardisieren, um die Effekte von Futtermittelzusatzstoffen zu verstehen. Daher wollen wir das Modell insbesondere dazu benutzen, um neue bioaktive Zusatzstoffe für die Tiergesundheit zu identifizieren und zu entwickeln. Es soll seinen Platz zwischen einfachen Labortests in der Petrischale und In-vivo-Fütterungsversuchen finden. Wir erhoffen uns davon eine deutlich raschere Produktentwicklung und eine bessere Nachvollziehbarkeit von Wirkmechanismen.

Das Huhn ist eine der wichtigsten Eiweißquellen des Menschen. Daraus ergibt sich die Dringlichkeit, die Produktivität und die Gesundheit der Tiere zu optimieren. Manche der verbreiteten Infektionen im Hühnerstall, wie die durch Clostridium perfringens ausgelöste subklinischen nekrotische Enteritis, stellen nach dem EU-weiten Verbot des Einsatzes von Fütterungsantibiotika ein massives wirtschaftliches Problem für Hühnerproduzenten dar. Andere Keime wie Salmonellen und Campylobacter sind eine potenzielle Belastung für die Lebensmittelsicherheit. Wir wollen wirksame Alternativen anbieten und mithilfe des Darmsimulationsmodells wissensbasiert entwickeln. 

Das Modell stellt exakt den Aufbau und die Funktion des Verdauungssystems des Huhns nach. Von daher ist es im derzeitigen Aufbau auch nur für Fragestellungen bei Hühnern einsetzbar. Bei der Entwicklung des Modells haben wir zusammen mit unserem Kooperationspartner, der belgischen Firma ProDigest, eine Reihe von technologische Herausforderungen gemeistert, die uns natürlich dabei helfen könnten, ein solches Modell auch für andere Tierarten zu realisieren. Bei der Entwicklung konnten wir natürlich von der umfangreichen Erfahrung unseres Kooperationspartners profitieren, der bereits erfolgreich ein menschliches Darmsimulationsmodell entwickelt hat. 

Ein Pilotmodell ist fertiggestellt und befindet sich derzeit noch in Validierungsstudien in den Laboren unseres Partners. Bis zum Ende des Jahres wird das Modell vom belgischen Gent in speziell hergerichtete Labore an unseren Biotechnologiestandort Halle-Künsebeck umziehen. Es ist vorgesehen, dass die betreuenden Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter nach dem Transfer intensiv an dem Modell geschult werden. Es besteht aus zahlreichen Pumpen und Gefäßen, die mit Sensoren versehen sind – all das gilt es in die bereits bestehende Analytikinfrastruktur zu integrieren.

Das vorrangige Ziel besteht zunächst darin, das Modell störungsfrei in den Routinebetrieb zu überführen. Wir haben bereits eine lange Liste von wissenschaftlichen Fragen, die wir in dem Modell prüfen wollen. So möchten wir genauer verstehen, ob Kombinationen von Futtermitteladditiven eine synergistische Wirkung zeigen, welche Dosierung optimal ist und in welchem Darmsegment die Aktivität zu lokalisieren ist. Im derzeitigen Fokus der Produktentwicklung stehen Probiotika – also Bakterien, die in der Lage sind, eine ausgewogene Zusammensetzung der Mikrobiota zu fördern. Mit dem Modell können wir erstmals potenzielle Wirkmechanismen, wie zum Beispiel die Wechselwirkung mit pathogenen Bakterien unter realitätsnahen Bedingungen erforschen und solche Produkt-Kandidaten auswählen, die dann in gezielten In-vivo-Fütterungsstudien validiert werden. An interessanten Fragestellungen besteht wahrlich kein Mangel.

Interview: Beatrix Boldt