Die Biologie des Lactoferrins

Abstrakt

Viel wurde über die antibakteriellen Mechanismen polymorphkerniger Leukozyten geschrieben, und mehrere hervorragende Übersichten zu diesem Thema sind verfügbar (Root & Choan 1981; Ryter & Chastellier; Spitznagel 1983). Nur sehr wenige Forscher haben jedoch der quantitativen Beziehung zwischen photolytischen Zellen und Bakterien Beachtung geschenkt, die letztendlich für den Ausgang jeder Infektion entscheidend ist. Wenn beispielsweise die Anzahl der Polymorphen fest ist und sich die Bakterien in den extrazellulären Flüssigkeiten weiter vermehren, wird die Aufgabe der Polymorphen, die Infektion zu bekämpfen, zunehmend schwieriger. Das genaue Gegenteil ist der Fall, wenn die Verfügbarkeit von Polymorphen ungehindert ist, wodurch das Körperplasma bakterizid wird. Diese Beziehungen, die von größter Bedeutung sind, lassen sich am besten in vivo untersuchen, wodurch alle Umstände zum Tragen kommen können. In-vitro-Studien sind zwar ebenfalls unerlässlich, aber meist nur für einen bestimmten Zweck. Letztendlich kommt es auf ihre Relevanz für In-vivo-Bedingungen an.

In der realen Physiologie hängt die phagozytische Wirksamkeit von den folgenden Parametern ab: Dem Bakterien/Phagozyten-Verhältnis; der Aufnahmegeschwindigkeit der Bakterien und der Zerstörungs- oder Wachstumsrate extrazellulärer Bakterien. Das Medium, in dem Polymorphe funktionieren, ist entweder reguläres Körperplasma oder entzündliche Exsudate, beide enthalten ungesättigte, eisenbindende Proteine, die je nach den individuellen Umständen aus Transferrin, Lactoferrin oder einer Mischung aus beiden bestehen. Der Einfluss dieser Polypeptide in Kombination mit anderen antibakteriellen Faktoren – wie spezifischen Antikörpern, Komplement und Lysozym – kann von entscheidender Bedeutung sein. Die SBO Probiotics Consortia-Formeln, deren Eigenschaften in diesem Artikel diskutiert werden, scheinen signifikante Konzentrationen von Lactoferrin zu enthalten, dessen Eigenschaften in diesem Artikel diskutiert werden.

Diskussion

Die Biologie von Lactoferrin

Lactoferrin gehört zur Familie der eisenbindenden Proteine, zu der auch Transferrin und Ovotransferrin gehören. Diese Proteine sind in den physiologischen Flüssigkeiten aller Wirbeltiere weit verbreitet. Alle enthalten eine einzige Polypeptidkette von etwa 700 Aminosäureresten. Sein Molekulargewicht beträgt ungefähr 80.000. Jedes von ihnen ist in der Lage, reversibel zwei Eisenatome zu binden. Die 3D-Studie der Lactoferrin-Struktur zeigte, dass jedes Eisenatom von Seitenketten von vier spezifischen Aminosäuren eingefangen wird: Zwei Tyrosine, ein Histidin und ein Aspartat.

Die Affinität von Lactoferrin zu Eisen ist sehr hoch: ungefähr 10{30}. Dies ermöglicht Lactoferrin, Eisen auch in Gegenwart von Chelatoren wie Citrat, selbst bei einem pH-Wert von 4,0 oder sogar niedriger, zu binden. Eine so hohe Affinität ermöglicht auch den Transport von Eisen durch Lactoferrin durch die Magenumgebung – pH 2,0 – zum Dünndarm, wo es von spezifischen Rezeptoren an den Epithelzellen absorbiert werden kann.

Die Rolle von Eisen im Lebenssystem

In der einen oder anderen Form ist Eisen für die meisten Lebensformen essentiell. Es ist das am häufigsten vorkommende Übergangsmetall in lebenden Organismen und besitzt einzigartige Eigenschaften, die es ihm ermöglichen, bestimmte entscheidende chemische Reaktionen sowohl einzuleiten als auch an ihnen teilzunehmen. Obwohl Eisen für den Stoffwechsel vieler Lebensformen sehr wichtig ist, liegt sein Hauptnutzen beim Menschen in den Redox-Mechanismen, von denen die Atmung der wichtigste ist.

Bleibt dieses Potenzial jedoch unkontrolliert, führt es oft zu recht schädlichen Reaktionen wie der Erzeugung freier Radikale und der allgegenwärtigen Stimulation von Infektionserregern – wie schädlichen Bakterien, Hefen und Viren –, deren Stoffwechselprozesse stark von Eisen abhängen. Daher bleibt Eisen normalerweise an Trägermoleküle wie Häm oder andere Proteine, zum Beispiel Ferritin, gebunden, was unerwünschte Reaktionen verhindert und gleichzeitig die Nutzung biologisch nützlicher Eigenschaften von Eisen ermöglicht. Lebewesen entwickeln verschiedene Mechanismen, um Eisen zu binden und zu transportieren. Beim Menschen ist es Lactoferrin, das Eisen aus der Umgebung aufnimmt und dorthin liefert, wo es benötigt wird.

Ernährungsphysiologische Bioverfügbarkeit von Eisen

Für Ernährungszwecke wird Eisen aus der Nahrung gewonnen, die wir essen. Somit hat unsere Fähigkeit, Eisen aus unserer Nahrung zu assimilieren – d.h. seine Bioverfügbarkeit – einen direkten Zusammenhang mit unserer Gesundheit. Dennoch gelten Eisenmangel als das am weitesten verbreitete Einzelsyndrom beim Menschen. Laut den Statistiken der Weltgesundheitsorganisation der UNESCO leiden etwa 750 Millionen Menschen auf unserem Planeten an Eisenmangel. In Wirklichkeit ist diese Zahl wahrscheinlich sogar höher. Leider geht aus diesen Statistiken nicht hervor, dass weniger als die Hälfte davon aufgrund von Unterernährung an Eisenmangel leidet. Mehr als die Hälfte davon leidet an Eisenmangel aufgrund von Stoffwechselproblemen, die die Assimilation von Eisen aus der aufgenommenen Nahrung behindern oder hemmen, oder aufgrund einer geringen Bioverfügbarkeit des aufgenommenen Eisens.

Das heute zur Ergänzung von Lebensmitteln verwendete Eisen weist eine sehr geringe Bioverfügbarkeit auf. Nur ein sehr kleiner Teil – etwa 7 % – wird vom Magen-Darm-Trakt absorbiert, und ein noch geringerer Prozentsatz wird tatsächlich von den Organen, die es benötigen, assimiliert. In einem nutzlosen Versuch, diesen Mangel auszugleichen, werden den Lebensmitteln im Allgemeinen hartnäckig übermäßige Mengen an Eisen zugesetzt. Das nicht assimilierte Eisen fördert infektiöses bakterielles und virales Wachstum im gesamten Organismus.

Andererseits ist von Lactoferrin transportiertes Eisen extrem bioverfügbar – mehr als 95 % – und liefert es dennoch nicht an schädliche Mikroorganismen. Lactoferrin wird von spezifischen Rezeptoren identifiziert und liefert Eisen an die Epithelzellen des Dünndarms. Eisen wird nur am Erkennungspunkt freigesetzt und ist daher für keine anderen Mikroorganismen verfügbar, die im Darmtrakt reichlich vorhanden sein könnten.

Bei gestillten Säuglingen wurde nachgewiesen, dass Lactoferrin ein Schlüsselfaktor sowohl bei der Eisenaufnahme als auch bei der Eisenverwertung ist. Studien haben beispielsweise gezeigt, dass die Eisenaufnahme aus Muttermilch – die reich an Lactoferrin ist – weitaus effizienter ist als bei allen sogenannten Säuglingsnahrungen, die Eisen enthalten. Der höhere Grad der Eisenabsorption aus Muttermilch führt zu einer viel geringeren Häufigkeit von Eisenmangelanämie und viel weniger Darmstörungen bei gestillten Säuglingen.

Der menschliche Körper ist darauf programmiert, seine Eisenversorgung sehr sorgfältig zu kontrollieren, indem er die Eisenabsorption begrenzt und Nicht-Hämeisenproteine wiederverwendet. Abgesehen von der Einlagerung von Galle in den Fäkalien – Galle enthält Eisenatome, die im Hämatoporphyrin eingeschlossen sind, das beim Abbau roter Blutkörperchen entsteht – gibt es im physiologischen Sinne keine andere Eisenausscheidung. So benötigt der durchschnittliche menschliche Körper etwa 1 Milligramm Eisen, um das in der Galle ausgeschiedene Volumen zu ersetzen. (Der Abbau roter Blutkörperchen führt zu Hämatoporphyrin, das im chemischen Sinne ein Pyrrolring ist, für den der menschliche Körper keine lytischen Enzyme produziert. Die Nieren können dieses komplexe Molekül nicht ausscheiden; dieses Hämatoporphyrin muss über den Kot ausgeschieden werden. Tatsächlich ist es das darin enthaltene Eisenoxid, das hauptsächlich für die Farbe des Kots verantwortlich ist). Das ausgeschiedene Eisen muss durch intestinale Absorption wieder aufgenommen werden.

Die antiinfektiösen Funktionen von Lactoferrin

Dem Lactoferrin wurden eine Reihe von Begleitaktivitäten zugeschrieben. Die meisten davon beziehen sich auf die hohe Affinität von Lactoferrin zu Eisen. Das bringt uns zu einer der Haupttatsachen, die dieser Aufsatz behandelt: Sobald Eisen von Lactoferrin gebunden ist, kann es von Bakterien, Viren oder Hefen oder anderen Parasiten, deren kontinuierlicher Stoffwechselbedarf an Eisen von größter Bedeutung ist, nicht mehr verwertet werden. Obwohl solche Mikroorganismen mit Lactoferrin um Eisen konkurrieren, indem sie kleinmolekulare Verbindungen, sogenannte Siderophore, freisetzen, können sie in Gegenwart von Lactoferrin kein Eisen einfangen. Dies bedeutet, dass eine der Hauptfunktionen von Lactoferrin darin besteht, als erste Verteidigungslinie gegen alle Krankheitserreger zu wirken.

Die Abwehrkräfte menschlicher Wirte sind die letztendlichen Faktoren, die bestimmen, ob eine Infektion fortschreitet oder nicht. Diese Abwehrkräfte umfassen anatomische Barrieren – wie die intakte Haut – die zilientragende Atemwegsschleimhaut und Nasen-, Vaginal- und/oder Bindehautsekrete. In all diesen, die am Schutz des Körpers vor Umwelteinflüssen beteiligt sind, findet sich Lactoferrin in hohen Konzentrationen. Als Eisensequestrant hat Lactoferrin die Fähigkeit, Krankheitserreger an den Eintrittsstellen zu neutralisieren und folglich die Ausbreitung von Infektionen zu hemmen. Es wurde zweifelsfrei nachgewiesen, dass das Lactoferrin in diesen Sekreten stets eisenfrei ist und ständig bereit ist, alles lokal vorhandene Eisen zu binden, ein Element, das für das Überleben aller potenziellen Eindringlinge so wichtig ist.

Darüber hinaus arbeitet Lactoferrin auch mit anderen Proteinen im menschlichen Körper zusammen, um diesen ihr lebensnotwendiges Eisen zu entziehen. Transferrin beispielsweise hat eine viel geringere Affinität zu Eisen; daher sind aggressive Bakterien in der Lage, Eisen daraus zu gewinnen. Während der frühen Stadien einer Infektion, in einem Prozess, der als Hypoferrämie bekannt ist, wird Lactoferrin daher ausgeschickt, um den in Transferrin angesammelten Eisenpool einzufangen und so dessen Nutzung durch eindringende Bakterien oder Viren zu verhindern.

Aufgrund seiner hohen Affinität zu Eisen und seiner offensichtlichen Rolle bei der Aufrechterhaltung eines angemessenen Eisenhaushalts kann Lactoferrin auch als eine Art „Qualitätskontrollprotein“ betrachtet werden. Indem es Eisen aus bestimmten metabolisch aktiven Bereichen entzieht, scheint Lactoferrin auch das Auftreten freier Radikale in diesem Bereich erheblich zu reduzieren. In diesem Zusammenhang können wir annehmen, dass Lactoferrin wahrscheinlich den „oxidativen Stress“ von Zellen reduziert, die sonst von freien Radikalen angegriffen und geschädigt würden.

Verwendung von Lactoferrin

Wir haben gezeigt, dass Lactoferrin die erste Verteidigungslinie gegen eindringende Bakterien, Parasiten und Viren ist. Es kann daher als das wichtigste, körpereigene Antibiotikum der Natur betrachtet werden. Es kommt in signifikanten Konzentrationen in menschlicher Muttermilch, Speichel, Tränen und einigen anderen externen Sekreten vor.

Die Verwendung von kommerziell hergestelltem Lactoferrin

Lactoferrin stellt auch eine signifikante Verbesserung unserer Fähigkeit dar, menschliche Gewebe mit Nährstoffen zu versorgen. Beispiele dafür, wie Lactoferrin in kommerziellen Produkten verwendet werden könnte, werden in den folgenden Abschnitten beschrieben.

Als Nährstoff:
Die Tatsache, dass Lactoferrin Eisen in einer bioverfügbaren Form präsentieren kann, macht es zu einem weit überlegenen Nahrungsergänzungsmittel gegenüber traditionellem anorganischem Eisen. Wir haben die hohen Risiken aufgezeigt, die durch unkontrolliert verfügbares Eisen im Körper entstehen. Während anorganisches Eisen – wie es in Nahrungsergänzungsmitteln und Vitaminpillen enthalten ist – nur zu 5 % bis 10 % absorbiert wird und nicht absorbiertes zirkulierendes Eisen automatisch für Eindringlinge zugänglich wird. Das Eisen in Lactoferrin wird nicht nur zu 95 % absorbiert, sondern bleibt ausschließlich den Zellen verfügbar, die es auf legitime Weise nutzen können.

Global gesehen ist der Bedarf an Eisen als Nahrungsergänzungsmittel in Industrie- und Entwicklungsländern gleichermaßen kritisch. In einem Vorwand, den Eisenbedarf zu decken, fügen konkurrierende Lebensmittelhersteller ihren Produkten wahllose Mengen an anorganischem Eisen hinzu. Das Ergebnis ist kaum verbessert, völlig unzureichende Ernährung, verschärft durch eine Reihe unangenehmer intestinaler Nebenwirkungen.

Eisen-gesättigtes Lactoferrin, wie die vor diesem Artikel getestete SBO Probiotics Consortia-Formel, könnte dieses Problem lösen, da geringe Dosen organischen Eisens für Eindringlinge völlig unzugänglich wären und direkt zu den Zellen geleitet würden, die es legitim benötigen. Während in Entwicklungsländern trockene pulverförmige Säuglingsnahrungen und Getreide die wahrscheinlichsten Kandidaten für die Einarbeitung eines SBO Probiotics Consortia wären.

Als antimikrobielles Mittel:
Lactoferrin kann in vitro Bakterienstämme hemmen, außer Laktobazillen und Bazillus subtilis, als Funktion seiner Eisen-Sequestrierungsfähigkeit. Wie wir bereits erklärt haben, geschieht dies, weil alle Mikroorganismen Eisen zum Wachstum benötigen und Lactoferrin ihren Zugang dazu erfolgreich verhindert. Dies impliziert, dass das Wachstum unerwünschter Mikroorganismen abrupt sein kann, wenn lokales Eisen von Lactoferrin monopolisiert wird. Daher können opportunistische Infektionen, unabhängig davon, wo und wie sie erworben wurden, erfolgreich mit SBO Probiotics Consortia-Produkten behandelt werden, die erwerbbares Lactoferrin enthalten.

Körpereigenes Lactoferrin kann durch zusätzliche Zufuhr verstärkt werden. Dies gilt auch für topische Anwendungen. Zum Beispiel kann Bakterien auf der Haut besser widerstanden werden, wenn Lactoferrin in Kosmetika und Hautpflegemitteln enthalten ist. Andere Produkte, wie Augenpflegeprodukte, Erste-Hilfe-Artikel, Mundhygienepräparate usw., würden alle ähnlich verbessert werden.

Die häufigste tödliche Infektion beim Menschen ist die akute Infektion des Lungenparenchyms, einschließlich der Alveolarräume und des interstitiellen Gewebes. Dieser Zustand ist allgemein als Lungenentzündung bekannt und betrifft jährlich etwa 20 Millionen Amerikaner, von denen etwa 40 bis 70 Tausend sterben. Es ist sehr sinnvoll, die traditionelle Antibiotikatherapie mit einer Lactoferrin-Supplementierung des richtigen SBO Probiotika-Konsortiums zu unterstützen und zu reduzieren. Auf diese Weise könnte Lactoferrin die Auswirkungen nicht nur der Lungenentzündung, sondern auch vieler anderer schwerer Infektionen minimieren, von denen einige häufig mit epidemischen Entwicklungen drohen.

Als Antagonist von Eisenüberladung:
So unglaublich es auch klingen mag, über 10 Millionen Amerikaner leiden an Erkrankungen, die aus einer Eisenüberladung im Körper resultieren. Chronische Eisenüberladung, bekannt als Siderose oder Hämosiderose, ist durch eine übernormale lokale oder generalisierte Ablagerung von Eisen in bestimmten Körpergeweben gekennzeichnet. Wenn eine solche Konzentration mit Gewebeschäden verbunden ist, spricht man von Hämochromatose. Es sind zwei Formen der Hämochromatose bekannt:
a) Primär: Ein genetisch bedingter Fehler, der mit einer erhöhten Eisenabsorption aus einer konventionellen Ernährung verbunden ist, und
b) Sekundär: Verursacht durch Ernährungsstörungen. Die Therapie der genetischen Hämochromatose umfasst die Entfernung des überschüssigen Körpereisens sowie eine spezifische unterstützende Behandlung der geschädigten Organe. Der aktuelle Trend zur Entfernung von überschüssigem Eisen besteht in wöchentlichen Bluttransfusionen von 500 ml. Diese Therapie ist nicht nur teuer und schwächend, sondern birgt auch das Risiko, eine Immunreaktion auszulösen, die den Patienten lebenslang gegen Blutseren allergisch macht.

Alternativ könnte rekombinantes humanes, humanverträgliches Lactoferrin als natürlicher Eisenchelator bei der Behandlung fast aller Eisenüberladungserkrankungen eingesetzt werden. Das getestete SBO-Probiotika-Konsortium bietet einen neuartigen und hocheffizienten Ansatz zur Sequestrierung von überschüssigem Eisen aus dem Blut und könnte andere kostspielige und sehr umständliche Therapien ersetzen.

Als Lebensmittelkonservierungsmittel:
Wie oben erwähnt, verzögert die Sequestrierung von Eisen das Bakterienwachstum und hemmt die Lipidoxidation, die zum Ranzigwerden von Fleisch, Fisch und Geflügel führt. Oxidation, insbesondere atmosphärische Oxidation, ist der Hauptfaktor für den Abbau von Fetten in Lebensmitteln, der oft zum Verderb führt. Fette und lipidbildende Substanzen unterliegen einem oxidativen Verfall, der auch zu unangenehmen Gerüchen führt. In extremen Fällen sind verschiedene hochgiftige Substanzen regelmäßige Nebenprodukte oxidativer Reaktionen.

Lactoferrin als Sequestrierungsmittel reagiert mit Eisen und bildet einen effizienten Komplex, der bakterielles Wachstum verhindert und dennoch die Verwertung des Eisens durch den Menschen ermöglicht. Im Gegensatz dazu reagieren die meisten derzeit verwendeten Sequestrierungsmittel mit Eisen und anderen Metallen zu nicht zugänglichen Komplexen, die nicht mehr bioverfügbar sind. (Leider reagieren diese Sequestrierungsmittel nicht mit Schwermetallen, die für den menschlichen Organismus so tödlich sind). Dadurch wird der Nährwert von verarbeiteten Lebensmitteln erheblich verringert. Fisch und rotes Fleisch enthalten hohe Konzentrationen an ernährungsphysiologisch wichtigen Metallen: z. B. 100 ppm Eisen, 400 ppm Kupfer und 600 ppm Zink. Diese Metalle sind wichtige Mikronährstoffe in der menschlichen Ernährung, die von den aktuellen Lebensmittelkonservierungsmitteln für den menschlichen Körper blockiert werden. Lactoferrin hat die Fähigkeit, sowohl als natürliches Lebensmittelkonservierungsmittel als auch als Vermittler für den Zugang zu bioverfügbaren Nährstoffen zu wirken.

Fazit

Die Potenziale sowohl für rekombinantes humanes Lactoferrin als auch für humanverträgliches rekombinantes Lactoferrin umfassen ein breites Anwendungsspektrum. Sowohl kritische als auch alltägliche medizinische Behandlungen haben gezeigt, dass viele lebensbedrohliche Krankheiten unter unlösbaren Mängeln leiden, die jedoch durch die Eisen-sequestrierende Kraft von Lactoferrin oder von Produkten, wie den getesteten SBO-Probiotika-Konsortien, die therapeutisch signifikante Konzentrationen enthalten, erfolgreich angegangen und überbrückt werden können.

Darüber hinaus gehen die ernährungsphysiologischen Aspekte von Lactoferrin auf andere wichtige menschliche Bedürfnisse ein und bieten verbesserte Behandlungen für unterernährte Bevölkerungsgruppen, die von Säuglingen, die mit Säuglingsnahrung gefüttert werden, bis hin zu menschlichen Eisen-induzierten Pathologien reichen. Die immer komplexer werdenden Probleme der Lebensmittelkonservierung können ebenfalls natürlich und physiologisch verbessert werden, wenn Lactoferrin oder Produkte, die es in sinnvollen Konzentrationen enthalten, verwendet werden.

von Peter R. Rothschild, M.D., Ph. D.
an der Staatlichen Akademie für Medizin, Tamaulipas, Mexiko / 1985