Das Risiko für Arteriosklerose, Fettleber und Diabetes Typ 2 einschätzen können

Einige Darmbakterien setzen Cholin, Carnitin und Lecithin zu Trimethylamin (TMA) um. Cholin, Carnitin und Lecithin sind zum Beispiel in Fleisch oder Eiern, aber auch in Nahrungsergänzungsmitteln für den Muskelaufbau enthalten.
Das gebildete TMA ist ein Gas, das gut resorbiert und von Leberenzymen rasch zu Trimethylamin-N-oxid (TMAO) oxidiert wird. 

Erhöhte TMAO-Spiegel sind mit einem höheren Risiko für kardiovaskuläre Erkrankungen assoziiert – insbesondere Herzinfarkt und Schlaganfall. TMAO steigert die Konzentration des Makrophagen-spezifischen Cholesterins und die Bildung von Schaumzellen in der Gefäßwand. Außerdem treibt es Entzündungen der Gefäßwand voran und erhöht die Aktivität der Thrombozyten [15].

Der Nachweis der TMA-Bildner im Stuhl gibt Aufschluss über die Gefäßbelastung bei einer Fleisch- und Ei-reichen Ernährung. Auch Sportler sollten ihr Darm-assoziiertes Cardio-Risiko kennen und beachten, wenn sie Carnitin-haltige Nahrungsergänzungsmittel für den Muskelaufbau zu sich nehmen. Ist die Konzentration der TMA-Bildner erhöht, sollte der Patient oder die Patientin den Fleisch- und Ei-Konsum reduzieren. Zusätzlich lässt sich die bakterielle TMA-Produktion zum Beispiel über Phytotherapeutika wie Allicin aus Knoblauch senken [16].

BCAA gelangen über tierische Lebensmittel und den Stoffwechsel der Darmbakterien in den Blutkreislauf. Der menschliche Stoffwechsel kann die BCAA nicht bilden.

Prevotella copri ist das Darmbakterium, das bei der Produktion der BCAA die größte Rolle spielt – und damit auch insgesamt bei der Entstehung der Insulinresistenz, wie eine dänische Kohorte mit nicht-diabetischen Männern aufdeckte [20].
In einer weiteren Untersuchung waren bei Patienten mit Typ-2-Diabetes die Zellzahlen von Prevotella copri und die LPS-Konzentrationen erhöht [12].

BCAA sind unter den Aminosäuren einzigartig, da sie weder im Darm noch in der Leber verstoffwechselt werden können. Ihre zirkulierenden Konzentrationen dienen deshalb vielen Zielgeweben als Signal für die Nährstoffversorgung [12]. Besonders Leucin liefert dem körpereigenen Sensorsystem – dem mTOR-Komplex – Informationen über die Verfügbarkeit von Aminosäuren. Bei guter Versorgungslage stimuliert der mTOR-Komplex die Herstellung neuer Proteine, aber auch die Einlagerung von Fett in metabolisch aktiven Geweben. Bleibt die Nährstoff-Zufuhr dagegen aus, schaltet mTOR vom anabolen in den katabolen Stoffwechsel um. Dadurch werden Reinigungsprozesse in Gang gesetzt und defekte Proteine entsorgt, die für die Zelle oder das Organ schädlich werden können.

Ist der mTOR-Komplex über Leucin aktiviert, senken nachgeschaltete Mechanismen die insulinabhängige Glukoseaufnahme in die Zellen [12]. Die Folge ist eine Hyperglycämie. Aktiviert Prevotella copri ständig über die Leucin-Produktion den mTOR-Komplex, kann das in eine Insulinresistenz [21] und in der Folge in einen Typ-2-Diabetes münden. 

BCAA mästen zusätzlich die ausdifferenzierten Adipozyten: Leucin und Isoleucin tragen zu etwa einem Drittel zur Lipogenese in den Adipozyten bei [24]. Prä-Adipozyten verwenden dagegen Glukose und Glutamin für die Fettsäuresynthese.

Durch ihre Signalfunktion eignen sich die BCAA hervorragend als Biomarker. Ein Anstieg ist mit einem fünffach erhöhten Risiko für Typ-2-Diabetes verbunden [13] und prognostiziert Diabetes bis zu zwölf Jahre vor seiner Manifestation [25].

Die von der Darm-Mikrobiota gebildete Essigsäure fördert Fetteinlagerung bei einer fettreichen Ernährung. Gleichzeitig verstärkt sie das Hungergefühl und regt die Gluconeogese an. Das stellt dem Organismus zusätzliche Kalorien zur Verfügung.
Auch eine zuckerreiche Ernährung kann die Essigsäure-Konzentration im Darm erhöhen, da einige Darmbakterien einfache Zucker zu Essigsäure umsetzen. 

Erhöhte Propionsäurespiegel im Kolon können dagegen eine Gewichtszunahme verhindern – vor allem bei übergewichtigen Erwachsenen. Studien haben gezeigt: Propionsäure verstärkt das Sättigungsgefühl. Dadurch können die Kalorienaufnahme reduziert, der Cholesterinspiegel gesenkt und die Insulinsensitivität verbessert werden.