Taxonomische Einordnung
Bacillota (früher Firmicutes) zählen zu den beiden dominierenden Stämmen des menschlichen Darmmikrobioms. Als Marker auf hoher taxonomischer Ebene bilden sie eine große Vielfalt unterschiedlicher Bakteriengruppen ab, die sich in Eigenschaften und Funktion teils erheblich unterscheiden. Einzelne Untergruppen können daher gegensätzliche Effekte aufweisen.
Biologische und funktionelle Rolle
Viele Bacillota sind auf die Fermentation komplexer, für den Menschen unverdaulicher Kohlenhydrate spezialisiert. Dabei entstehen kurzkettige Fettsäuren (SCFA), wie Butyrat, Acetat und Propionat, die die Energieversorgung der Darmschleimhaut unterstützen, zur Stabilisierung der intestinalen Barriere beitragen und immunologische Signalwege modulieren. Eine ausreichende Bacillota-getragene Fermentation steht funktionell für ein gut etabliertes anaerobes Milieu und eine stabile SCFA-Achse.
Krankheitsassoziationen
Veränderte Bacillota-Anteile werden häufig im Zusammenhang mit der Bacillota/Bacteroidota-Ratio diskutiert, einem Quotienten, der in der frühen Mikrobiomforschung als möglicher Biomarker für Adipositas vorgeschlagen wurde. Die Datenlage zu dieser Ratio ist jedoch widersprüchlich: Während ein Teil der Studien eine erhöhte Ratio bei übergewichtigen Personen beschreibt, finden andere Arbeiten keine signifikante Assoziation oder berichten sogar eine erniedrigte Ratio bei Adipositas. Als Ursachen werden methodische Unterschiede, unterschiedliche Ernährungsgewohnheiten sowie weitere Störfaktoren diskutiert.
Bei chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen (CED) wurden häufig verminderte Bacillota-Anteile beobachtet, oft parallel zu einem Rückgang butyratbildender Taxa. In einer Studie zu Biologika-Therapie bei CED stieg der Bacillota-Anteil mit zunehmend abklingender Entzündungsaktivität wieder an, was auf eine mögliche Rolle als Verlaufsmarker hinweist.
Klinische Einordnung
Die Relevanz dieses Markers liegt in der Balance zu anderen mikrobiellen Gruppen und deren metabolischer Aktivität. Aussagekräftiger als die phylumweite Relation sind funktionelle Marker auf niedrigerer taxonomischer Ebene. Bacillota werden im Befund gemeinsam mit Bacteroidota im Kontext von Dysbiose-Index, Diversität sowie B-, C1-, D2- und E-Markern interpretiert.
Taxonomische Einordnung
Bacteroidota (früher Bacteroidetes) bilden neben den Bacillota den zweiten dominierenden Stamm des menschlichen Darmmikrobioms. Auch hier handelt es sich um einen Marker auf hoher taxonomischer Ebene, der viele Bakteriengruppen mit teils unterschiedlichen Eigenschaften umfasst. Einzelne Untergruppen können gegensätzliche Effekte aufweisen.
Biologische und funktionelle Rolle
Bacteroidota verfügen über ein breites enzymatisches Repertoire zum Abbau komplexer pflanzlicher Polysaccharide und anderer schwer verdaulicher Kohlenhydrate. Sie tragen wesentlich zur Verwertung ballaststoffreicher Nahrung bei und stellen Abbauprodukte bereit, die in mikrobiellen Cross-Feeding-Netzwerken von anderen Bakterien weiterverarbeitet werden können. Eine ausreichende Bacteroidota-Aktivität steht funktionell für ein stabiles Milieu, in dem komplexe Kohlenhydrate effizient abgebaut und Fermentationsketten aufrechterhalten werden.
Krankheitsassoziationen
Bacteroidota-Anteile werden häufig im Zusammenhang mit der Bacillota/Bacteroidota-Ratio diskutiert. Die wissenschaftliche Evidenz zu diesem Quotienten ist jedoch widersprüchlich: Zwar wurde in einem Teil der Studien eine relativ erniedrigte Bacteroidota-Abundanz bei Adipositas beschrieben, doch zeigen zahlreiche andere Arbeiten keine signifikante Assoziation oder berichten gegenteilige Befunde. Als Ursachen werden methodische Unterschiede, unterschiedliche Ernährungsgewohnheiten sowie weitere Störfaktoren diskutiert.
Bei chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen wurden veränderte Bacteroidota-Abundanzen beschrieben, die Richtung variiert jedoch zwischen Kohorten und ist abhängig von Ernährung, Medikation, Krankheitsaktivität und Stuhlmilieu (z. B. Transitzeit, Wassergehalt).
Klinische Einordnung
Die Relevanz dieses Markers liegt in der Balance zu anderen mikrobiellen Gruppen und deren metabolischer Aktivität. Aussagekräftiger als die phylumweite Relation sind funktionelle Marker auf niedrigerer taxonomischer Ebene. Bacteroidota werden im Befund gemeinsam mit Bacillota im Kontext von Dysbiose-Index, Diversität sowie B-, C1-, D2- und E-Markern interpretiert.
Johnson, E.L., Heaver, S.L., Walters, W.A. et al. Microbiome and metabolic disease: revisiting the bacterial phylum Bacteroidetes. J Mol Med 95, 1–8 (2017). https://doi.org/10.1007/s00109-016-1492-2
Moamen M. Elmassry, Kohei Sugihara, Pranatchareeya Chankhamjon, Yeji Kim, Francine R. Camacho, Shuo Wang, Yuki Sugimoto, Seema Chatterjee, Lea Ann Chen, Nobuhiko Kamada, Mohamed S. Donia: A meta-analysis of the gut microbiome in inflammatory bowel disease patients identifies disease-associated small molecules, Cell Host & Microbe, Volume 33, Issue 2, 2025, Pages 218-234.e12, ISSN 1931-3128, https://doi.org/10.1016/j.chom.2025.01.002.
Taxonomische Einordnung
Actinomycetota stellen bei gesunden Erwachsenen ca. 8 % der gastrointestinalen Mikrobiota dar und gelten als relevante Minderheit für die Aufrechterhaltung der Darmhomöostase. Die Gruppe umfasst u. a. die Gattungen Bifidobacterium, Actinomyces und Rothia.
Biologische und funktionelle Rolle
Viele Actinomycetota sind auf die Verwertung spezifischer Oligosaccharide und komplexer Kohlenhydrate spezialisiert und wirken bevorzugt in frühen Schritten der intestinalen Kohlenhydratverwertung. Dabei entstehen Metabolite wie Acetat, die in mikrobiellen Cross-feeding-Ketten als Substrate für nachgeschaltete Bakterien – darunter butyratbildende Vertreter der Clostridia – dienen. Über diese metabolischen Wechselwirkungen tragen Actinomycetota zur Produktion kurzkettiger Fettsäuren, zur Stabilisierung des intestinalen Milieus und zur Aufrechterhaltung der epithelialen Barrierefunktion bei.
Neben Ernährung (Ballaststoffzufuhr, fermentierbare Oligosaccharide), Antibiotikagabe und Transitzeit kann auch die Haustierhaltung die Actinomycetota beeinflussen. In einer metagenomischen Studie wiesen Katzendärme einen signifikant höheren Anteil an Actinobacteria auf als der menschliche Darm; die Bifidobacterium-Abundanz als wichtigster Actinomycetota-Vertreter war bei Katzenbesitzern zudem höher als bei Personen ohne Katze.
Krankheitsassoziationen
Verminderte Actinomycetota-Anteile – häufig getrieben durch einen Rückgang bifidobakterieller Taxa – wurden in Studien bei funktionellen Darmerkrankungen, insbesondere dem Reizdarmsyndrom, beschrieben. Nach Antibiotikatherapie sind erniedrigte Actinomycetota- bzw. Bifidobacterium-Anteile ein konsistenter Befund, der eine geschwächte Kolonisationsresistenz und ein reduziertes Fermentationspotenzial widerspiegelt.
Klinische Einordnung
Abweichungen werden im Gesamtkontext bewertet. Verminderte Anteile gewinnen besondere Relevanz, wenn gleichzeitig weitere Hinweise auf eine reduzierte Kapazität des Kohlenhydratfermentations- und Cross-Feeding-Netzwerks vorliegen, insbesondere niedrige C1- oder D2-Marker. Erhöhte Anteile sind durch Ernährung, Supplementation oder Haustierkontakt bedingt.
Cecilia Binda, Loris Riccardo Lopetuso, Gianenrico Rizzatti, Giulia Gibiino, Vincenzo Cennamo, Antonio Gasbarrini: Actinobacteria: A relevant minority for the maintenance of gut homeostasis. Digestive and Liver Disease, Volume 50, Issue 5, 2018, Pages 421-428, ISSN 1590-8658, https://doi.org/10.1016/j.dld.2018.02.012.
Yang Y et al.: Pet cats may shape the antibiotic resistome of their owner's gut and living environment. Microbiome, 2023.
Taxonomische Einordnung
Bacilli sind eine Klasse innerhalb der Bacillota und umfassen sowohl kommensale als auch opportunistische Spezies. Mehrere Vertreter werden als Probiotika eingesetzt oder sind Bestandteile fermentierter Lebensmittel. Zu den klinisch relevanten Ordnungen zählen Lactobacillales (u. a. Lactobacillus, Streptococcus, Enterococcus) und Bacillales (u. a. Bacillus, Staphylococcus).
Biologische und funktionelle Rolle
Bacilli reagieren empfindlich auf Verschiebungen des intestinalen Milieus – insbesondere auf Veränderungen von pH-Wert, Sauerstoffpartialdruck, Transitzeit und Substratangebot. Viele Vertreter sind aerotolerant und können unter Bedingungen zunehmen, unter denen das strikt anaerobe Milieu des Kolons gestört ist. Lactobacillales innerhalb der Bacilli fermentieren Kohlenhydrate überwiegend zu Milchsäure und beeinflussen dadurch pH-Gradienten sowie fermentative Substratflüsse. Die entstehende Milchsäure kann von nachgeschalteten Bakterien, darunter Veillonella spp. und Anaerobutyricum hallii, in kurzkettige Fettsäuren weiterverwertet werden. Einzelne Bacillales-Vertreter wie Bacillus subtilis können Sporen bilden, die die Magenpassage überstehen, und werden zunehmend als Probiotikakandidaten untersucht.
Krankheitsassoziationen
Erhöhte Bacilli-Anteile wurden in Studien häufiger bei westlichen Ernährungsmustern dokumentiert. Darüber hinaus wurden Assoziationen mit Lebererkrankungen, rheumatoider Arthritis und ankylosierender Spondylitis berichtet. Diese Befunde sind nicht krankheitsspezifisch: Ernährung, Medikation und entzündliche Aktivität beeinflussen die Richtung der Veränderung. Verminderte Anteile sind in der Regel unspezifisch.
Klinische Einordnung
Für die Interpretation einer erhöhten Abundanz sind die C2-, E3- und E4-Marker entscheidend, da die parallele Verschiebung dieser Marker auf Milieueffekte, Medikamente oder reduzierte Kolonisationsresistenz hinweist. Bei erhöhten Bacilli-Anteilen ist eine Ernährungsumstellung mit Reduktion von stark verarbeiteten, energiedichten Lebensmitteln und raffinierten Zuckern als mögliche Maßnahme zu erwägen.
Andrea Severino, Ege Tohumcu, Luca Tamai, Pasquale Dargenio, Serena Porcari, Debora Rondinella, Irene Venturini, Marcello Maida, Antonio Gasbarrini, Giovanni Cammarota, Gianluca Ianiro:The microbiome-driven impact of western diet in the development of noncommunicable chronic disorders. Best Practice & Research Clinical Gastroenterology, Volume 72, 2024,101923,ISSN 1521-6918, https://doi.org/10.1016/j.bpg.2024.101923.
Taxonomische Einordnung
Clostridia sind eine Klasse strikt anaerober Bakterien innerhalb der Bacillota und zählen zu den mengenmäßig bedeutendsten Gruppen des humanen Darmmikrobioms. Die Klasse ist funktionell hochgradig heterogen und umfasst sowohl protektive kommensale Fermentierer – darunter Clostridium butyricum und butyratbildende Lachnospiraceae – als auch potenziell pathogene Spezies wie toxinbildende Clostridioides difficile und Clostridium perfringens. Negativicutes sind eine weitere anaerobe Klasse innerhalb der Bacillota, zu der unter anderem Veillonella spp. gehören.
Biologische und funktionelle Rolle
Butyratbildende Clostridia – insbesondere Vertreter der Cluster IV (Ruminococcaceae) und XIVa (Lachnospiraceae) – sind zentrale Produzenten von Butyrat im Kolon. Butyrat dient als primäre Energiequelle der Kolonozyten, moduliert entzündliche Signalwege über Hemmung der Histon-Deacetylase und NF-κB-Aktivierung, unterstützt die Tight-Junction-Integrität und fördert die Differenzierung regulatorischer T-Zellen. Über diese Mechanismen nehmen Clostridia eine zentrale Rolle in der Aufrechterhaltung der mukosalen Homöostase ein. Negativicutes, insbesondere Veillonella spp., wirken als sekundäre Fermentierer, die das von Milchsäurebakterien gebildete Lactat in Propionat und Acetat umwandeln und so einer Laktatakkumulation entgegenwirken. Innerhalb der Clostridia finden sich zudem Arten, die Histamin bilden können, sowie opportunistische Pathogene, deren klinische Bedeutung maßgeblich vom Kolonisationsschutz durch die Gesamtmikrobiota abhängt. In einer bevölkerungsbasierten Fall-Kontroll-Studie wurde Clostridium XIVa bei Haustierbesitzern signifikant häufiger im Darm nachgewiesen als bei Personen ohne Haustiere. Als plausibler Übertragungsweg wurde direkter Tierkontakt oder die gemeinsame Haushaltsumgebung diskutiert, da diese Bakteriengruppe auch im Darm von Hunden und Katzen präsent ist.
Krankheitsassoziationen
Bei chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen wurden konsistent verminderte Anteile butyratbildender Clostridia (insbesondere Faecalibacterium prausnitzii und Roseburia-Arten) beschrieben, begleitet von einer Zunahme entzündungsassoziierter und opportunistischer Taxa.
Beim Reizdarmsyndrom wurden je nach Subtyp entweder Untergruppen, die mit Gasbildung und Schleimhautreizung assoziiert sind, als erhöht oder butyratproduzierende Taxa als vermindert beschrieben.
Bei Adipositas und metabolischem Syndrom wurden in mehreren Arbeiten erhöhte Clostridia-Abundanzen beobachtet, was jedoch die Heterogenität der Gruppe und methodische Unterschiede zwischen Studien widerspiegelt.
Einzelne Clostridien-Spezies können bei gestörter Kolonisationsresistenz – insbesondere nach Antibiotikatherapie – als opportunistische Erreger klinisch relevant werden.
Klinische Einordnung
Da Clostridia sowohl protektive als auch potenziell pathogene Vertreter umfassen, ist der Gesamtkontext für die Interpretation entscheidend. Die Bewertung erfolgt im Zusammenhang mit Diversität, D1-, D2- und E-Markern.
Rinninella E et al.: What is the Healthy Gut Microbiota Composition? Cells, 2019.
Louis P, Flint HJ: Formation of propionate and butyrate by the human colonic microbiota. Environmental Microbiology, 2017.
Taxonomische Einordnung
Bacillales sind eine Ordnung innerhalb der Klasse Bacilli und umfassen Gattungen wie Bacillus, Listeria, Staphylococcus sowie kommensale Darmbegleiter wie Turicibacter spp. Die Gruppe schließt aerotolerante bis fakultativ anaerobe Taxa ein.
Lachnospirales sind eine Ordnung innerhalb der Clostridia und umfassen die klinisch bedeutende Familie Lachnospiraceae mit zentralen butyrat- und propionatbildenden Taxa wie Roseburia, Butyrivibrio, Lachnospira und Blautia.
Biologische und funktionelle Rolle
Funktionell ist Bacillales eine gemischte Gruppe. Viele Vertreter dieser Ordnung sind aerotolerant und reagieren empfindlich auf Milieuverschiebungen im intestinalen Ökosystem, insbesondere auf Veränderungen von Sauerstoffpartialdruck, pH-Wert und Transitzeit. Erhöhte relative Anteile können daher ein Indikator für ein weniger strikt anaerobes kolonisches Milieu sein. Einige Bacillales, darunter sporenbildende Bacillus-Arten, treten transient auf und gelangen über Nahrung oder Umweltexposition in den Darm.
Lachnospiraceae fermentieren komplexe Kohlenhydrate, darunter resistente Stärke, Inulin und Pektin, zu Butyrat, Propionat und Acetat und nehmen damit eine zentrale Rolle in der Produktion kurzkettiger Fettsäuren ein. Darüber hinaus sind Lachnospiraceae an der Gallensäurestoffwechsel beteiligt und tragen zur mukosalen Immunregulation bei. Blautia spp. als prominenter Vertreter wirken zusätzlich als Lactat-Verwerter und stabilisieren das fermentative Milieu.
Krankheitsassoziationen
In einer Studie wurde für Bacillales ein kausaler Zusammenhang mit dem Risiko für Arthritis – insbesondere für die ankylosierende Spondylitis – beschrieben. Interleukin-7 mediierte dabei einen Teil dieses Effekts, was auf einen immunvermittelten Mechanismus über die Darm-Gelenk-Achse hinweist. Neuere systematische Übersichtsarbeiten zur ankylosierenden Spondylitis belegen konsistent eine verminderte mikrobielle Diversität sowie spezifische Dysbiose-Muster bei betroffenen Patienten, wobei Dysbiose mit erhöhter Krankheitsaktivität assoziiert ist. Eine verminderte Abundanz ist in der Regel unspezifisch.
Verminderte Anteile von Lachnospirales wurden bei chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen, metabolischem Syndrom und Adipositas dokumentiert. Erhöhte Lachnospirales-Anteile wurden dagegen bei bestimmten Spondyloarthritis-Phänotypen sowie nach fäkaler Mikrobiota-Transplantation als Zeichen einer mikrobiellen Rekonstitution beschrieben.
Klinische Einordnung
Bacillales und Lachnospirales werden im Befund vor allem als Milieumarker interpretiert. Erhöhte Abundanzen werden primär als Milieumarker interpretiert und gewinnen an Relevanz, wenn parallel veränderte D- und E-Marker auf ein gestörtes intestinales Ökosystem hinweisen.
Jiang, X., Wang, M., Liu, B. et al. Gut microbiota and risk of ankylosing spondylitis. Clin Rheumatol 43, 3351–3360 (2024). https://doi.org/10.1007/s10067-024-07102-3
Pan, B., Guo, Q., Cai, J. et al. Investigating the causal impact of gut microbiota on arthritis via inflammatory proteins using mendelian randomization. Sci Rep 14, 27433 (2024). https://doi.org/10.1038/s41598-024-79336-9