Milchsäurebakterien, auch Laktobazillen genannt, bauen Zucker durch Gärung zu Milchsäure beziehungsweise Laktat um. Milchsäurebakterien benötigen daher auch stets Kohlenhydrate zur Energiegewinnung.
Während einige Laktobazillen den Zucker ausschließlich in Laktat umwandeln, können andere ihn zusätzlich zu Alkohol oder Kohlendioxid abbauen. Milchsäurebakterien vermehren sich fast ausschließlich in einer sehr nährstoffreichen Umgebung, so etwa im Verdauungstrakt und auf Schleimhäuten von Menschen und Säugetieren, in Milch und auf lebenden sowie sich zersetzenden Pflanzenteilen. Daher ist bei ihnen im Laufe der Evolution die Fähigkeit verloren gegangen, bestimmte, für ihr Überleben notwendige Substanzen selbst herzustellen. Die Laktobazillen erhalten diese Stoffe hingegen aus dem sie umgebenden Medium.
Milchsäurebakterien kommen natürlicherweise im menschlichen Darm vor und schützen dort vor einer Ausbreitung gefährlicher Krankheitserreger. Ebenso hemmen sie in der weiblichen Scheide das Wachstum von schädlichen Keimen.
Dazu bilden sie nicht nur spezifische Hemmstoffe (Bacteriozine), mit denen sie andere, ähnliche Bakterien an der Ausbreitung hindern. Sie schaffen noch dazu durch die Bildung der Milchsäure ein so saures Milieu, dass es vielen anderen Mikroorgansimen unmöglich macht, sich dort anzusiedeln. Die meisten Milchsäurebakterien produzieren darüber hinaus weitere Substanzen, etwa Wasserstoffperoxid, die ebenfalls schädlich für andere Bakterien und Pilze sind.
Erst Anfang 2012 entdeckte ein Forscherteam der Technischen Universität München bei Mäuseversuchen einen weiteren biochemischen Mechanismus, der ebenfalls für die gesunde Wirkung der Laktobazillen verantwortlich zu sein scheint: So produziert unter anderem das Milchsäurebakterium Lactobacillus paracasei ein Enzym mit dem Namen Lactocepin, das entzündungsfördernde Botenstoffe (Zytokine) gezielt abbaut.
Unser Organismus sendet diese Zytokine zwar aus, um viele Abwehrzellen in erkranktes Gewebe zu locken, doch ein Überangebot kann zu chronischen immunologischen Erkrankungen führen. Durch das Ausschalten der Zytokine können die Milchsäurebakterien deshalb beispielsweise vor chronischen Darmentzündungen schützen. (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22520466).
Die meisten Milchsäurebakterien sind für uns Menschen ungefährlich oder sogar nützlich. Es gibt aber auch unter den Laktobazillen einige Krankheitserreger. Bekannteste Beispiele hierfür sind Streptococcus pneumoniae, der Auslöser von schweren Lungenentzündungen, und Streptococcus mutans, der bei der Entstehung von Karies eine entscheidende Rolle spielt.
Milchsäurebakterien sind Teil der menschlichen Darmflora
Unser gesamter Darm wird von einer unglaublichen Vielzahl winzigster Mikroorgansimen besiedelt. Dieses extrem dynamische und vielfältige Ökosystem wird als Darmflora bezeichnet (da man früher fälschlicherweise davon ausging, Bakterien gehörten ins Pflanzenreich, also zur Flora). Milchsäurebakterien, als natürlicher Bestandteil der Darmflora, schützen, unter anderem durch die Ansäuerung der Umgebung, vor einem Befall durch Krankheitskeime.
Bei gestillten Säuglingen gehören sie, gemeinsam mit den ebenfalls Milchsäure produzierenden Bifidobakterien, zu den überwiegenden Bewohnern des Darmsystems (www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14657823). Bekommen die Kinder die Flasche oder Beikost, so siedeln sich vermehrt auch andere Bakterien an. Bei älteren Kindern und Erwachsenen machen die Milchsäure- und Bifidobakterien somit nicht mehr den Hauptbestandteil der Darmflora aus. Vor allem der Dünndarm ist aber weiterhin Lebensraum unterschiedlichster Laktobazillus-Arten.
Die Bakterien erhalten im Darm Nährstoffe aus den Nahrungsbestandteilen und den Stoffwechselprodukten der menschlichen Zellen. Dafür schützen sie direkt vor Krankheitskeimen, helfen bei der Steuerung des menschlichen Immunsystems (www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15260992), regen die Darmperistaltik an und versorgen die Darmzellen mit Energie. Sie produzieren für uns Menschen wichtige Vitamine und helfen bei der Verdauung. Da sowohl wir als auch die Bakterien Nutzen aus dieser „Gesellschaft“ ziehen, spricht man von einer Symbiose.
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Milchsäurebakterien in der Lebensmittelproduktion
Milchsäurebakterien werden von uns Menschen seit langer Zeit zur Haltbarmachung und Geschmacksveränderung von Lebensmitteln genutzt – noch bevor klar war, dass es winzig kleine Mikroorganismen sind, die die Säurebildung hervorrufen.
Joghurt beispielsweise entstand ursprünglich eher zufällig, indem die vorhandenen Laktobazillen aus der Milch durch die teilweise Umwandlung von Zucker in Laktat (Milchsäure) ein aromatisches eingedicktes Produkt entstehen ließen. Aber der leicht säuerliche Geschmack des Joghurts war es nicht allein, der ihn in der Türkei schon im 16. Jahrhundert so beliebt machte. Das Nahrungsmittel ist darüber hinaus wesentlich länger haltbar als frische Milch.
Auch dies ist auf die Laktatproduktion (und andere Stoffwechselprodukte) der Milchsäurebakterien zurückzuführen. Denn die Bakterien schaffen auf diese Art eine Umgebung, in der andere Mikroorgansimen nicht überleben können. Auf die gleiche Weise kommen Sauerkraut, Sauerteig und Kefir zu ihrer langen Haltbarkeit und dem besonderen, leicht säuerlichen Geschmack.
Lange Zeit war es üblich, für die Sauermilchherstellung einfach die in der Luft beziehungsweise der Milch vorhandenen Laktobazillen arbeiten zu lassen. In den Produkten befand sich dann ein Gemisch verschiedener Milchsäurebakterien-Arten, die unterschiedliche Eigenschaften aufwiesen. Heute werden viele Lebensmittel gezielt mit einzelnen Kulturstämmen der Milchsäurebakterien angeimpft, die besonders gut an bestimmte Bedingungen angepasst sind (beispielsweise mild im Geschmack, sehr widerstandsfähig …).
Das Gesetz schreibt außerdem vor, für industriell gefertigten Joghurt nur pasteurisierte (erhitzte) Milch zu verwenden. Durch die Hitze werden die vorhandenen Mikroorgansimen abgetötet, so dass dort nur die von den Menschen zugesetzten Laktobazillen wirken können. Hierdurch ist auf der einen Seite eine gleichbleibende hohe Qualität gesichert. Auf der anderen Seite kommen in den Lebensmitteln auch keine krankheitserregenden Milchsäurebakterien mehr vor.
Probiotika enthalten gut untersuchte Kulturstämme der Milchsäurebakterien
Probiotika werden ebenfalls gezielt mit bestimmten Kulturstämmen angereichert. Schließlich sollen die zugeführten Milchsäurebakterien den niedrigen pH-Wert des Magens überleben und die menschliche Darmflora positiv beeinflussen. Die Lebensmittel werden häufig erst mithilfe einer oder mehrerer spezifischer Milchsäurebakterien-Arten hergestellt, anschließend noch einmal durch Erhitzen haltbar gemacht, bevor andere, als Probiotika wirksame Laktobazillen zugesetzt werden, die sich dann im Darm ansiedeln sollen.
Da viele Milchsäurebakterien die sauren Verhältnisse im Magen nicht vertragen oder in einigen als Probiotika deklarierten Lebensmittel in äußerst geringer Zahl vorkommen, ist bei vielen Produkten fraglich, ob die angepriesene gesunde Wirkung tatsächlich überhaupt stattfinden kann. Schließlich können die nützlichen Laktobazillen die Verdauung und das Immunsystem nur dann unterstützen, wenn sie lebend im Darm ankommen. Andererseits werden auf dem Markt aber auch Nahrungsergänzungsmittel und probiotische Lebensmittel angeboten, die die lebenden Milchsäurebakterien-Kulturen in hoher Dosierung enthalten.
Einige der „gesunden“ Milchsäurebakterien sind sehr gut untersucht, so dass ihre probiotische Wirkung anhand unzähliger Fachartikel belegt ist:
- Lactobacillus acidophilus
- Lactobacillus casei
- Lactobacillus plantarum
- Lactobacillus rhamnosus
- Lactobacillus reuteri
Linksdrehende oder rechtsdrehende Joghurtkulturen?
Milchsäure mit der Summenformel C3H6O3 kommt in der Natur in zwei so genannten Spiegelbildisomeren vor. Während die Atome bei beiden in identischer Weise miteinander verknüpft sind, unterscheiden sich die dreidimensionalen Spiegelbildisomere lediglich in ihrer räumlichen Struktur.
Vergleichbar ist dies mit unseren Händen: Zwar sehen sie identisch aus, und auch die Anordnung der Finger zueinander ist genau gleich (Daumen neben Zeigefinger usw.), doch können wir unsere rechte Hand niemals deckungsgleich über die linke legen. Schließlich handelt es sich auch hier um Spiegelbilder. Die beiden Spiegelbildisomere der Milchsäure heißen D- bzw. L-Form.
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D-Milchsäure (linksdrehend oder D-minus-Milchsäure):
L-Milchsäure (rechtsdrehend oder L-plus-Milchsäure):
Auf den ersten Blick scheint diese strukturelle Variation kaum einen Unterschied zu machen. Doch in der Natur ist diese winzige Abweichung von großer Bedeutung. Schließlich besitzen alle Organismen Enzyme, um bestimmte Stoffwechselprozesse durchzuführen, Substanzen abzubauen oder umzuwandeln. Diese Enzyme wirken aber nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip und können nur dann bei einer Reaktion helfen, wenn sie genau zu dem Substrat passen. Ebenso wenig, wie ein rechter Handschuh an die linke Hand passt, kann auch ein Enzym, das auf D-Milchsäure spezialisiert ist, gleichzeitig L-Milchsäure umwandeln.
Während in Bakterien und Pflanzen beide Spiegelbildisomere der Milchsäure vorkommen und demensprechend auch jeweils Enzyme für beide Formen vorhanden sind, kann der Mensch ausschließlich die L-Form, also die rechtsdrehende Milchsäure, abbauen. Die Bezeichnung „drehend“ beschreibt dabei übrigens eine rein physikalische Eigenschaft: Wenn die Milchsäure im Labor unter polarisiertem Licht betrachtet wird, so dreht sie den Lichtstrahl in verschiedene Richtungen, bei der D-Form nach links, bei der L-Form nach rechts.
Die von den Laktobazillen hergestellte rechtsdrehende Milchsäure kann von unserem Organismus also durch körpereigene Enzyme abgebaut werden. Die ebenfalls, allerdings meist in geringerem Maße von den Bakterien produzierte linksdrehende Milchsäure wird nicht so schnell von unserem Verdauungssystem verwertet und reichert sich stattdessen im Blut an. Bei einigen Kleinkindern sind nach dem Verzehr von Sauermilchprodukten Azidosen aufgetreten (www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15565207).
In Säuglingsnahrung darf daher keine D-Milchsäure enthalten sein. Auch bei Patienten mit dem Kurzdarmsyndrom kann es durch linksdrehende Milchsäure zu einer Erhöhung der Säurekonzentration im Blut kommen. Sehr selten führt dies dann zu neurologischen Störungen (www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/2760434).
Bei gesunden Erwachsenen sind bisher hingegen keine Gesundheitsschäden durch den Verzehr linksdrehender Milchsäuren bekannt. Dennoch werben viele Hersteller von Joghurt, Kefir und Nahrungsergänzungsmitteln mit den gesunden rechtsdrehenden Kulturen. Dabei werden gezielt Laktobazillen für die Herstellung genutzt, die ausschließlich rechtsdrehende Milchsäure produzieren.
Systematik der Milchsäurebakterien (Lactobacillales)
Zur Ordnung der Milchsäurebakterien werden zurzeit sechs verschiedene Familien gezählt, die sich wiederum in mehrere Arten einteilen lassen. Diese Arten wiederum können noch einmal in klar definierte Kulturstämme gegliedert werden. Der Begriff Milchsäurebakterien entspricht damit beispielsweise den Säugetierordnungen „Raubtiere“, „Nagetiere“, „Primate“ oder „Paarhufer“. Allerdings ist die Systematik bei den Milchsäurebakterien teilweise umstritten, schließlich ist es viel komplizierter, die winzigen Bakterien aufgrund ihrer Eigenschaften und ihres Aussehens zu klassifizieren als dies bei Tieren der Fall ist.
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