Methan im Atemgastest: Welche Rolle spielen die Archaeen?
Wer einen Atemtest gemacht hat, ist vermutlich schon einmal über den Begriff "Methan-SIBO" oder auch IMO, kurz für Intestinal Methanogen Overgrowth, gestolptert. Im aktuellen Stand der Forschung wurde “Methan-SIBO” zu IMO umbenannt, da die Organismen, keine Bakterien sind und sich ihre Ausbreitung nicht auf den Dünndarm beschränkt.
Doch wer ist überhaupt für das Methan-Gas verantwortlich? In diesem Artikel soll es um die Archaeen gehen, denn es sind nicht einfach nur Methanbildende Bakterien
Was sind überhaupt Archaeen?
Lange Zeit teilte man die Lebewesen in zwei Gruppen: Zellen mit Zellkern (Eukaryoten, also Tiere, Pflanzen, Pilze) und Zellen ohne Zellkern (Prokaryoten, also Bakterien).
Carl Woese verglich in den 1970er-Jahren die RNA verschiedener Organismen und stellte fest, dass sich unter den vermeintlichen Bakterien eine Gruppe verbirgt, die genetisch so weit entfernt ist, dass sie nicht dazugehört.
Seitdem unterscheidet man drei Formen:
Bakterien
Archaeen
Eukaryoten
Der ältere Begriff "Archaebakterien" ist nicht mehr aktuell, weil er eine Zugehörigkeit zu den Bakterien suggeriert, die es nicht gibt. Genetisch sind Archaeen den Eukaryoten sogar in zentralen Punkten näher als den Bakterien.
Unterschiede zwischen Archaeen und Bakterien
Unter dem Mikroskop sind Archaeen von Bakterien kaum zu unterscheiden. Beide sind klein, haben keinen Zellkern und keine Organellen. Die Unterschiede liegen in der Biochemie:
Zellwand: Bakterien besitzen Peptidoglykan (Murein) als tragendes Zellwandelement. Archaeen haben kein Peptidoglykan, sondern je nach Gruppe andere Protein oder Polymerschichten.
Zellmembran: Archaeen besitzen eine deutlich stabilere Zellmembran, was erklärt warum Archaeen unter extremeren Bedingungen Leben können.
Genexpression: RNA-Polymerase und Ribosomen der Archaeen ähneln in Aufbau und Regulation eher denen der Eukaryoten.
Pathogenität: Bislang ist keine Archaeenart bekannt, die beim Menschen zweifelsfrei als Krankheitserreger gilt. Es gibt Untersuchungen zum Beispiel zu Parodontitis, aber kein etabliertes Humanpathogen.
Für die gesamte SIBO Thematik ist der erste Punkt am wichtigsten. Viele Antibiotika wirken, indem sie die bakterielle Zellwandsynthese hemmen. Archaeen sind gegenüber solchen Wirkstoffen von Natur aus unempfindlich. Auch Standardverfahren der Mikrobiologie stoßen an Grenzen: Kommerzielle Labore können methanogene Archaeen in der Regel nicht anzüchten, weshalb ein IMO über eine Dünndarmaspiration und Kultur gar nicht diagnostiziert werden kann.
Wo Archaeen vorkommen
Bekannt geworden sind Archaeen als Extremstlebewesen: in heißen Quellen, in Salzseen oder in sauren Umgebungen. Archaeen kommen aber ebenso im Meerwasser, im Boden, in Klärschlamm und Biogasanlagen sowie im Verdauungstrakt von Menschen und Tieren vor.
Im menschlichen Darm ist die mit Abstand häufigste Art Methanobrevibacter smithii. Daneben findet sich unter anderem Methanosphaera stadtmanae, in der Mundhöhle Methanobrevibacter oralis. Die Archaeen machen mengenmäßig nur einen kleinen Teil der Darmflora aus, sind aber bei einem großen Teil der Menschen nachweisbar.
Wie produzieren Archaeen jetzt Methan?
Kein Bakterium und keine menschliche Zelle kann Methan bilden, Archaeen sind die einzigen Lebewesen, die dies können. Im Darm findet vorwiegend folgende Reaktion statt, in der die Archaeen Wasserstoff und CO2 zu Methan und Wasser verstoffwechseln. Heißt, Wasserstoff ist eine Grundvoraussetzung für die Bildung von Methan.
4 H₂ + CO₂ → CH₄ + 2 H₂O
Dies hat für einen SIBO Atemtest nun folgende Konsequenzen
Alles Methan in der Atemluft stammt aus mikrobieller Produktion, also praktisch immer aus Archaeen.
Die Produktion von Methan verbraucht Wasserstoff, das heißt der gemessene Wasserstoffwert kann niedriger ausfallen, als die eigentliche Produktion ist.
Methan ist nicht bei jedem Menschen nachweisbar, sondern je nach Studie in etwa bei einem Drittel der Erwachsenen.
Was bedeutet das jetzt für meinen SIBO-Test?
Der Grenzwert für das Methangas ist über einen Anstieg von 10 ppm oder mehr zu einem beliebigen Zeitpunkt der Messung definiert. Im Gegensatz zum Wasserstoff hier wird ein Anstieg um mindestens 20 ppm gegenüber dem Ausgangswert innerhalb von 90 Minuten gefordert, weil der zeitliche Verlauf Rückschlüsse auf den Ort der Gärung im Dünndarm zulassen soll. Beim Methan wird keine Grenze nach 90 Minuten gezogen, ein einzelner hoher Wert genügt.
Grenzwerte im Atemtest
Wasserstoff (H₂)
≥ 20 ppm
Anstieg über den Ausgangswert innerhalb von 90 Minuten
Methan (CH₄)
≥ 10 ppm
Absoluter Wert zu einem beliebigen Zeitpunkt
Quelle: North American Consensus 2017
Das heißt: Ein erhöhter Methanwert sagt aus, dass viele Methanogene vorhanden sind, aber nicht, wo sie sitzen und in welchem Maße sie zu Beschwerden beitragen.
Klinisch wird ein erhöhter Methanwert vor allem mit verlangsamter Darmpassage und Verstopfung in Verbindung gebracht.
Ein langsamer Transit gibt den Archaeen mehr Zeit und Nahrung, umgekehrt wird diskutiert, dass Methan selbst die Motilität verlangsamen kann. Beides kann sich gegenseitig verstärken.
Typische Fehlinterpretationen
Ein Methanwert ist keine Ortsangabe. Ein genauer Standort der Archaeen ist über einen Atemtest nicht möglich.
klassische Anzuchtverfahren im Stuhltest erfassen die Archaeen nicht.
Therapiekonzepte lassen sich nicht eins zu eins von SIBO übertragen. Archaeen sind wesentlich robuster als Bakterien, antibakterielle Ansätze zielen auf Strukturen, die Archaeen nicht besitzen.
Methanbildner kommen auch bei Menschen ohne Beschwerden vor. Ob sie Symptome verursachen oder nur mit ihnen korrelieren, ist bislang nicht geklärt. Ebenso, ob überhaupt Handlungsbedarf nötig ist.
Was lernen wir nun daraus?
Archaeen sind eine eigene Form des Lebens. Für den Darm bedeutet das konkret: Sie bilden als Einzige Methan, sie leben vom Wasserstoff der Bakterien, sie sind mit üblichen Kulturverfahren nicht nachweisbar, und sie besitzen keine bakterielle Zellwand.
Ein erhöhter Methanwert im Atemtest ist ein karer Hinweis auf das Vorhandensein von Archaeen, aber keine Handlungsempfehlung oder Diagnose. Es gehört zusammen mit Symptomatik, Stuhlverhalten und Vorgeschichte.
Literatur:
Einteilung Archaeen, Bakterien, Eukaryoten:
Archaeen im Bezug auf Krankheiten:
North American Consensus (Grenzwerte Atemtests):
Übersicht zu Stärken und Grenzen des Atemtests bei SIBO und IMO: https://www.gastroenterologyandhepatology.net/archives/march-2023/pros-and-cons-of-breath-testing-for-small-intestinal-bacterial-overgrowth-and-intestinal-methanogen-overgrowth/