Postbiotika: Definition und Wirkmechanismus

Gemäß der maßgeblichen Definition der International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics (ISAPP) bezeichnen "Postbiotika" Präparate, die inaktivierte Mikroorganismen bzw. deren biologisch aktive Bestandteile enthalten und eine gesundheitsfördernde Wirkung auf den Wirt ausüben (Salminen et al., 2021). Diese Kategorie umfasst somit nicht nur vollständige, abgetötete Bakterienzellen, sondern auch strukturelle Komponenten wie Zellmembranfragmente oder Peptidoglykan-Schichten sowie Metaboliten, die durch mikrobielle Fermentationsprozesse entstehen. Zu diesen Substanzen zählen unter anderem organische Carbonsäuren, verschiedene B-Vitamine und kurzkettrige Fettsäuren – etwa Acetat, Propionat und Butyrat –, die eine zentrale Rolle bei der Aufrechterhaltung der intestinalen und systemischen Homöostase spielen.

Obwohl die Begriffe "Probiotika", "Präbiotika", "Synbiotika" und "Postbiotika" oft synonym verwendet werden, unterscheiden sie sich grundlegend in ihrer Definition und Wirkungsweise. **Probiotika** bestehen aus lebenden Mikroorganismen – vor allem Milchsäurebakterien und Bifidobakterien –, die in ausreichender Menge verabreicht eine positive Wirkung auf die Darmflora und die systemische Gesundheit entfalten. **Präbiotika** hingegen sind selektiv fermentierbare Nahrungsbestandteile (z. B. Inulin, Fruktooligosaccharide), die vom menschlichen Verdauungstrakt nicht abgebaut werden, sondern als Energiesubstrat für nützliche Darmbakterien dienen. **Postbiotika** umfassen abgetötete mikrobielle Zellen sowie von Probiotika produzierte Stoffwechselprodukte (u. a. kurzkettige Fettsäuren, Bakteriozine, Enzyme), die immunmodulatorische und entzündungshemmende Eigenschaften aufweisen. **Synbiotika** stellen eine synergistische Kombination aus Probiotika und Präbiotika dar, die darauf abzielt, ihre jeweiligen Wirkungen gegenseitig zu verstärken; sie enthalten keine Postbiotika-Bestandteile, können jedoch *in situ* im Darm deren Entstehung fördern.

Die Kategorie der Postbiotika umfasst ein breites Spektrum bioaktiver Verbindungen, darunter signalwirkende Proteine und Peptide, komplexe Polysaccharidstrukturen, vitaminähnliche Mikronährstoffe, niedermolekulare Carbonsäuren, kurz- bis mittelkettige freie Fettsäuren, exogene sowie endogene Aminosäuren und außerdem inaktivierte mikrobielle Zellen oder deren strukturelle Fragmente. Dieser Beitrag stellt ausgewählte Vertreter dieser Gruppe vor und legt dabei besonderen Fokus auf ihre molekularen Wirkmechanismen in der Physiologie des Verdauungssystems, des Immunsystems und des Stoffwechsels des Wirtsorganismus.

Die gängigste Methode zur Inaktivierung von Bakterien besteht in der Exposition gegenüber extremen Hitzegraden, was zu einer irreversiblen Schädigung der Zellstruktur und zum Absterben des Mikroorganismus führt. Doch eine wachsende Anzahl wissenschaftlicher Belege – einschliesslich Metaanalysen der letzten Jahrzehnte – zeigt, dass selbst replikationsunfähige bakterielle Zellen weiterhin in der Lage sind, mit dem Wirtsorganismus zu interagieren und multifunktionale, gesundheitsfördernde Effekte auszuüben. Zu diesen Mechanismen zählt insbesondere die kompetitive Besetzung epithelialer Rezeptoren im Darmtrakt, wodurch die Kolonisation durch Pathogene gehemmt wird (ein Phänomen, das Singh et al. 2017 als "mikrobielle Adhäsionsblockade" beschrieben haben). Darüber hinaus weisen inaktive Stämme der Gattung *Lactobacillus* – häufig in probiotischen Präparaten eingesetzt – immunmodulatorische Eigenschaften auf: Sie unterdrücken proinflammatorische Signalwege (durch Reduktion der Expression von Zytokinen wie IL-6 und TNF-α) und fördern gleichzeitig die Synthese entzündungshemmender Mediatoren (z. B. IL-10). Ihr antioxidatives Potenzial beruht auf der Neutralisation reaktiver Sauerstoffspezies, während ihre Wirkung auf die Darm-Hirn-Achse die Modulation von Neurotransmittern umfasst – sie steigern die Biosynthese von Serotonin (5-HT) bei gleichzeitiger Senkung der Ghrelinkonzentration, was sich potenziell auf Stimmungsregulation und Appetitkontrolle auswirken könnte.

Diese Präparate entstehen durch hochtourige Zentrifugation sowie anschließende Mikrofiltration bakterieller Suspensionen, wodurch eine zellfreie Flüssigphase gewonnen wird, die ausschließlich lösliche Stoffwechselprodukte der Mikroorganismen enthält – ohne vitale Bakterienzellen. Ihre biochemische Zusammensetzung und biologische Aktivität variieren dabei signifikant in Abhängigkeit von der jeweiligen Bakterienart und dem spezifischen Stamm. Wissenschaftliche Untersuchungen, darunter die im Jahr 2018 von De Marco et al. in *Frontiers in Immunology* veröffentlichte Studie, demonstrierten, dass Supernatanten von *Lactobacillus*-Stämmen eine ausgeprägte Fähigkeit besitzen, immunologische Reaktionen zu modulieren – sowohl durch Unterdrückung proinflammatorischer Signalwege als auch durch Verstärkung antioxidativer Mechanismen in Darmepithelzellen. Darüber hinaus induzieren verschiedene probiotische Stämme eine differenzierte Expression entzündungsfördernder Mediatoren (einschließlich Interleukin 1, 6, 8 sowie Tumornekrosefaktor alpha) und antiinflammatorischer Zytokine (beispielsweise Interleukin 10), was personalisierte therapeutische Ansätze entsprechend dem individuellen Entzündungsprofil des Patienten ermöglicht. Ergänzende Forschungsergebnisse, wie die von Khodaii et al. (2017) publizierte Arbeit, deuten zudem auf ein potenzielles protektives Wirkspektrum dieser Präparate im Kontext der Kolorektalkarzinogenese hin sowie auf eine unterstützende Rolle bei der Behandlung gastrointestinaler Infektionen – einschließlich bakteriell bedingter Diarrhöen – durch Modulation des intestinalen Mikromilieus und Stärkung der epithelialen Barrierefunktion, was die Besiedlung durch Pathogene wie *Escherichia coli* erschwert.

Exopolysaccharide repräsentieren eine heterogene Gruppe hochmolekularer Kohlenhydratverbindungen, die von Mikroorganismen – vornehmlich Bakterien – während ihres Stoffwechsels synthetisiert und in die extrazelluläre Matrix abgegeben werden. Zu den bekanntesten Vertretern dieser Substanzklasse zählen unter anderem bakterielle Cellulose (mit herausragenden mechanischen Eigenschaften), Dextrane (die durch Fermentation von Saccharose durch *Leuconostoc*-Spezies entstehen) sowie Xanthan (ein Gummi mit breitem rheologischem Anwendungsspektrum). Historisch wurden diese Polymere primär als funktionelle Zusatzstoffe in der Lebensmittelindustrie eingesetzt – etwa als Dickungsmittel, Kolloidstabilisatoren oder Texturmodulatoren –, doch rückt in der aktuellen Forschung zunehmend ihr biomedizinisches Potenzial in den Fokus. Experimentelle Befunde deuten darauf hin, dass bestimmte Exopolysaccharide ausgeprägte antioxidative Eigenschaften aufweisen, die Immunantwort des Organismus modulieren können (durch Wechselwirkung mit dendritischen Zellrezeptoren) und präbiotische Effekte entfalten, indem sie das Wachstum einer günstigen Darmmikrobiota fördern. Darüber hinaus legen Ergebnisse aus *in-vitro*- und *in-vivo*-Studien (u. a. Żółkiewicz et al., 2020; Nicolaus et al., 2021) nahe, dass sie durch Bindung von Gallensäuren im Darm zur Senkung des LDL-Cholesterinspiegels beitragen könnten, was präventiv gegen Arteriosklerose und andere kardiovaskuläre Erkrankungen wirken könnte.

Diese Substanzen repräsentieren eine Gruppe organischer Verbindungen, die als Resultat der mikrobiellen Zersetzung unverdaulicher Nahrungskomponenten – insbesondere von Ballaststoffen – durch die Darmflora entstehen. Zu den wichtigsten Vertretern zählen Essigsäure (Ethansäure), Propionsäure (Propansäure) sowie Buttersäure (Butansäure), wobei letztere als primäre Energiequelle für Enterozyten fungiert und gleichzeitig die Regenerationsprozesse der Darmschleimhaut fördert. Darüber hinaus besitzt sie die Fähigkeit, immunologische Reaktionen durch Unterdrückung übermäßiger Aktivierung des Immunsystems zu modulieren, was insbesondere bei entzündlich bedingten Autoimmunerkrankungen therapeutisch nutzbar ist. Studien deuten zudem auf ihre mögliche Bedeutung für die Verbesserung der Insulinempfindlichkeit der Gewebe, die Verringerung der Anfälligkeit für infektiöse Pathogene sowie die Hemmung der Cholesterolsynthese hin. In einer tierexperimentellen Studie (Aoki et al., 2017) wurde gezeigt, dass die Verabreichung von Probiotika mit einem erhöhten Essigsäurespiegel einherging, was über die Aktivierung spezifischer zellulärer Rezeptoren zu einer Optimierung der Glukosehomöostase und einer Reduktion der viszeralen Fettgewebsansammlung führte.

Mikroorganismen, insbesondere bestimmte Bakterienstämme, verfügen über die Fähigkeit zur endogenen Synthese essenzieller Vitamine – vor allem aus dem B-Komplex (einschließlich Cobalamin, allgemein bekannt als Vitamin B12, sowie Pteroylmonoglutaminsäure, landläufig Folsäure oder Vitamin B9 genannt) und der Vitamine K1 (Phyllochinon) und K2 (Menachinon). Diese bioaktiven Verbindungen spielen eine zentrale Rolle im Energiestoffwechsel, bei der DNA-Synthese, der Blutgerinnung und der Aufrechterhaltung der Zellmembranintegrität. Epidemiologische Studien deuten auf weitverbreitete Mangelerscheinungen dieser Nährstoffe in der menschlichen Bevölkerung hin, was mit neurologischen Störungen, megaloblastärer Anämie oder einer erhöhten Anfälligkeit für zerebrovaskuläre Ereignisse einhergehen kann.

Die hypothetische Nutzung bakterieller Präparate als Vitaminquelle könnte zu einer Optimierung der Serumspiegel führen, was wiederum mit potenziellen klinischen Vorteilen verbunden wäre – darunter eine Reduktion der Inzidenz ischämischer Schlaganfälle sowie eine Verbesserung hämatologischer Parameter bei Personen mit Defiziten. Es ist jedoch zu betonen, dass der aktuelle Wissensstand hauptsächlich auf in-vitro-Studien und tierischen Modellen basiert, was bedeutet, dass die Übertragbarkeit dieser Ergebnisse auf den menschlichen Organismus weiterer Validierung in kontrollierten klinischen Studien mit menschlicher Beteiligung bedarf. Die Mechanismen der Absorption, Bioverfügbarkeit sowie mögliche Interaktionen mit der Darmmikrobiota bleiben Gegenstand intensiver wissenschaftlicher Untersuchungen.

Ein entscheidender Vorzug postbiotischer Metaboliten liegt in ihrer bemerkenswerten Stabilität im Vergleich zu lebenden Bakterienkulturen. Während probiotische Präparate während des gesamten Lebenszyklus – von der Herstellung über den Transport bis hin zur Lagerung beim Endverbraucher – strenge Umweltbedingungen erfordern, um die Vitalität der enthaltenen Stämme zu gewährleisten, basieren Postbiotika auf biologisch inaktiven Komponenten. Dies eliminiert die Notwendigkeit einer durchgehenden Kühlkette oder spezieller Lagerungsbedingungen, was sich direkt in einer verlängerten Haltbarkeit der Produkte niederschlägt. Ein weiterer Sicherheitsaspekt besteht darin, dass abgetötete Bakterienzellen keine Resistenzgene übertragen können, was angesichts der globalen Herausforderung durch Antibiotikaresistenzen von besonderer Bedeutung ist. Darüber hinaus minimiert der fehlende Kontakt mit lebenden Mikroorganismen das Risiko opportunistischer Infektionen, was für vulnerable Gruppen wie Neugeborene mit unreifem Immunsystem oder Patienten mit Immunsuppression aufgrund chronischer Erkrankungen oder immunsuppressiver Therapien von großer Relevanz ist. Ein weiterer Vorteil liegt im potenziellen Einsatz postbiotischer Bestandteile als Zutaten in funktionellen Lebensmitteln – Produkten, die mit bioaktiven Verbindungen angereichert sind und nachweislich positive gesundheitliche Effekte erzielen. Dennoch bleibt die größte Herausforderung bei Postbiotika der Mangel an klinischen Daten. Der aktuelle Wissensstand erlaubt keine präzise Bestimmung ihrer therapeutischen Wirksamkeit, der optimalen Dosierungen zur Erreichung der gewünschten biologischen Effekte, der langfristigen Folgen einer Supplementierung oder detaillierter Richtlinien für Produktions- und Lagerungsstandards. Das Fehlen randomisierter Studien mit menschlicher Beteiligung erschwert zudem die Bewertung ihrer Sicherheit in verschiedenen Populationen.

Probiotische Metaboliten, die als Postbiotika bezeichnet werden, repräsentieren eine relativ neue, jedoch rasant wachsende Kategorie bioaktiver Verbindungen. Viele dieser Substanzen – darunter kurzkettrige Fettsäuren, Bakteriozine oder Enzyme – sind seit Langem natürlicher Bestandteil traditioneller Ernährungsweisen oder werden gezielt in Form von Nahrungsergänzungsmitteln eingesetzt. Obwohl der aktuelle Stand der wissenschaftlichen Erkenntnisse noch keine umfassenden Daten über die isolierte Wirkung einzelner Postbiotika oder ihrer synergistischen Kombinationen auf den menschlichen Organismus liefert, weckt dieses Forschungsfeld zunehmend das Interesse der Wissenschaft. Eine systematische Beobachtung der veröffentlichten Ergebnisse klinischer und experimenteller Studien könnte wertvolle Präzisierungen ihrer potenziellen gesundheitlichen Vorteile sowie ihrer Wirkmechanismen bringen.