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Innovationsmagazin elements

Simulieren statt spekulieren

Was geht im Darm von Hühnern vor? Wie lässt sich die Darmflora positiv beeinflussen? Ein neues Darmsimulationsmodell von Evonik soll Antworten liefern. Mehr darüber in der neuen Ausgabe unseres Innovationsmagazins "elements".

Die Forschung zu Mikrobiota, Mikrobiomen, Metabolomen und Genomen boomt. Zur Aufklärung der Wechselwirkungen zwischen Mikroorganismen und ihren menschlichen oder tierischen Wirten sind in den vergangenen Jahren viele neue „omics“-Technologien entstanden. Diese Technologien für die industrielle Nutzung von Mikroorganismen und ihren bioaktiven Produkten verfügbar zu machen, ist Ziel vieler Forschungsaktivitäten.

Evonik arbeitet seit Dezember 2015 im Rahmen der Innovationsallianz GOBI* daran, ein neuartiges dynamisches Simulationsmodell des Hühnerdarms zu entwickeln. Es soll die vielfachen Wechselwirkungen zwischen der Nahrung, dem Immunsystem des Huhns und der Gesamtheit der Mikroorganismen (Mikrobiota) im Verdauungstrakt invitro abbilden. „Wir erhoffen uns davon, grundlegende Fragen zu Stoffwechselvorgängen und Immunprozessen im Hühnerdarm zu klären und ein aussagekräftiges System zu schaffen, mit dem wir bioaktive Wirkstoffe für die Tiergesundheit identifizieren können“, sagt Prof. Dr. Stefan Pelzer, Leiter des Innovationsbereichs Gut Health & Diagnostics im Geschäftsgebiet Animal Nutrition von Evonik.

Das Darmsimulationsmodell von Evonik besteht aus einer Reihe von hintereinandergeschalteten gläsernen Reaktionsgefäßen, die jeweils ein bestimmtes Verdauungssegment des Hühnerdarms repräsentieren. Die Wissenschaftler nutzen für die Entwicklung die Erfahrungen der belgischen Firma ProDigest BVBA auf dem Gebiet der humanen Darmsimulation. Der Hühnerdarm weist allerdings gravierende Unterschiede auf: So verdaut das Huhn beispielsweise bei anderen Temperaturen und pH-Werten im Darm, statt einem langem Dickdarm verfügt es über zwei Blinddärme, zudem hat seine Mikrobiota eine andere Zusammensetzung als beim Menschen.

Jedes Reaktionsgefäß soll die physikalischen, chemischen und mikrobiologischen Bedingungen des entsprechenden Verdauungssegments möglichst realitätsnah abbilden. Die Forscher müssen dazu unter anderem wissen, wie unterschiedlichste Nährstoffe verdaut und in den einzelnen Darmsegmenten absorbiert werden, aber auch, welcher Bakterienmix etwa die Darmflora bestmöglich simuliert. Dies wird schrittweise erarbeitet, indem die In-vitro-Ergebnisse immer wieder in Fütterungsversuchen in vivo überprüft werden.

Im Herbst 2017 soll das Darmsimulationsmodell vom bisherigen Standort beim Partner ProDigest in Gent zu Evonik nach Halle-Künsebeck umziehen. „Dann haben wir ein System zur rationalen Entwicklung neuer Zusatzstoffe für die Tierernährung an der Hand“, so Pelzer.

Diese werden zum Beispiel benötigt, um Hühner und andere Nutztiere auch ohne den jahrzehntelang üblichen Einsatz sogenannter antibiotischer Wachstumsförderer (Antibiotic Growth Promotors, AGPs) gesund zu halten. Deren Einsatz ist in der EU seit 2006 verboten, und auch in den USA zeichnet sich ein von Verbraucherseite getriebener Anti-AGP-Trend ab.

Als Alternativen werden inzwischen funktionale Futtermitteladditive wie Probiotika, Präbiotika, organische Säuren, Enzyme, pflanzliche Extrakte und mineralische Zeolithe eingesetzt. Ihnen werden vielfältige positive Effekte auf Futterverwertung, Gesundheit und Wachstum der Tiere zugeschrieben. Die Aufklärung der Wirkmechanismen steht für manche dieser Additive allerdings noch aus. Das soll sich mit Hilfe des dynamischen Darmsimulationsmodells ändern.

*Die Ende 2015 gestartete und auf sechs Jahre angelegte Innovationsallianz „Good Bacteria and Bioactives in Industry" (GOBI) wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Förderschwerpunkt „Industrielle Bioökonomie“ unter dem Förderkennzeichen 031B0074 A - C gefördert. Der Allianz gehören neben Evonik das Biotech-Unternehmen Organobalance und die Firma Bionorica SE an.

Cover-Foto: Foto: istockphoto | Grafik: C3 Visual Lab