Ein beeinträchtigter Stoffwechsel während der Entwicklung kann dazu führen, dass sich die Eingeweide auf falsche Weise winden.

Im afrikanischen Krallenfrosch wachsen die Därme genauso wie beim Menschen: ordentlich gegen den Uhrzeigersinn gewunden. Experimente zeigen nun, wie dieser Prozess schiefgehen kann.

Eingriffe in den Stoffwechsel der Kaulquappen führen zu einer Kette zellulärer Störungen, die dazu führen, dass ihre Därme in die falsche Richtung wachsen, berichten Forscher der North Carolina State University in Raleigh am 19. Februar in Development. Ihre Ergebnisse bieten neue Einblicke, wie eine ähnliche Geburtsanomalie beim Menschen, bekannt als intestinale Malrotation, auftreten kann.

"Alles, was aufzeigt, wie wir das Embryo und den Fetus früh in der Entwicklung schützen können und jegliche Art von angeborenen Abnormalitäten verhindern können, finde ich faszinierend und aufregend", sagt Mehul Raval, ein Kinderchirurg am Ann & Robert H. Lurie Children's Hospital of Chicago, der nicht an dieser Studie beteiligt war.

Intestinale Malrotation tritt bei bis zu 1 von 500 Neugeborenen auf, sagen die Autoren der Studie. Aber da Malrotation lange unentdeckt bleiben kann, gibt es wahrscheinlich noch mehr Fälle, sagt Raval. Meist wird sie entdeckt, wenn der Darm so verdreht ist, dass es zu Behinderungen oder einer Blockade des Blutflusses kommt.

"Denken Sie an den Darm wie einen Gartenschlauch", sagt Nanette Nascone-Yoder, eine Entwicklungsbiologin an der N.C. State. "Sie müssen beim Aufrollen darauf achten, dass keine Knicke und Knoten entstehen."

Malrotation kann zusammen mit anderen Anomalien auftreten, aber die Ursache ist unbekannt, sagt Janice Taylor, eine Kinderchirurgin an der University of Florida in Gainesville, die nicht an der Studie beteiligt war.

Nascone-Yoder und Kollegen wandten sich an Froschembryonen, weil die Därme der Tiere lang und geschlungen sind, wie beim Menschen. Außerdem entwickeln sich die Embryonen außerhalb des Mutterkörpers und sind transparent, sodass ihr Wachstum leicht zu überwachen ist.

Bei Fröschen - und Menschen - windet sich der Darm normalerweise gegen den Uhrzeigersinn, während er sich entwickelt. Dies geschieht früh in der Entwicklung einer Kaulquappe, etwa zwischen dem dritten und vierten Tag. Die Forscher setzten Xenopus laevis Embryonen dem Herbizid Atrazin aus, einem weit verbreiteten Herbizid und bekanntem Hormonstörer beim Menschen, sowohl vor als auch während dieser Entwicklungsphase (SN: 1/21/15). Sie stellten fest, dass bei vielen Fröschen die Därme im Uhrzeigersinn gewunden waren - in die falsche Richtung.

In weiteren Tests fanden die Forscher heraus, dass Atrazin den Stoffwechsel der Kaulquappen gestört hat, was eine Kettenreaktion auslöste, die die vollständige Umwandlung von Glukose in Energie verhinderte. "Wir können ableiten, dass [diese Reaktion] die Fähigkeit der Zellen, sich im wachsenden Darm anzuordnen, hemmt", sagt Nascone-Yoder. Im Fall der Frösche waren ihre Därme nicht nur im Uhrzeigersinn gewunden, sondern auch zu verkümmert, um den normalerweise auszufüllenden Raum zu bedecken.

Dies bedeutet nicht, dass Atrazin bei Menschen eine intestinale Malrotation verursacht. Tatsächlich verwendeten die Forscher Konzentrationen von Atrazin, die 1.000-mal höher waren als normalerweise in der Umwelt gefunden werden. Aber es bedeutet, dass Stoffwechselstörungen eine Rolle spielen könnten. "Es ist möglich, dass entweder eine Umwelt [Wirkung] oder eine Art genetischer Defekt, wie zum Beispiel ein angeborener Stoffwechseldefekt, subtil die Verlängerung des Magen-Darm-Trakts bei Menschen beeinflussen könnte", sagt Nascone-Yoder.

Die Forscher fanden auch erhöhte Mengen schädlicher Moleküle namens freier Radikale bei den Kaulquappen, die dem Herbizid ausgesetzt waren. In übermäßiger Menge können diese freien Radikale Prozesse schädigen, die zum Wachstum der Därme beitragen. Aber sie können mit Antioxidantien bekämpft werden, daher wuchsen bei den Kaulquappen, die vor der Exposition gegenüber dem Herbizid mit Antioxidantien behandelt wurden, mehr als die Hälfte der Kaulquappen normale, gesunde Därme.

Obwohl diese Studie keine Antwort darauf gibt, was intestinale Malrotation bei menschlichen Föten verursacht, oder ob Antioxidantien dies verhindern können, ist es ein Schritt näher. "Der Punkt ist, dass unsere Studie neue Wege eröffnet, denn bisher gab es wirklich nicht viel Erklärung für intestinale Malrotation", sagt Nascone-Yoder.