Lactase: Was ist das?

Lactase spielt eine entscheidende Rolle für die Verträglichkeit von Milch und Milchprodukten. Im Rahmen der Behandlung bei Laktoseintoleranz gilt neben der Vermeidung laktosehaltiger Lebensmittel die Einnahme von Lactase-Tabletten oder vergleichbaren Präparaten als gängige Methode zur Vermeidung der klassischen Beschwerden. Dieser Beitrag geht auf die entscheidende Funktion des Enzyms ein und verweist auf dessen Bedeutung für die menschliche Verdauung. Weitere Themen sind die Evolution des LCT-Gens, die Biosynthese von Lactase, mögliche Nebenwirkungen bei Einnahme von Lactase-Tabletten sowie weitere interessante Aspekte.

Lactase: Was ist das?

Lactase ist ein natürlich im Darm vorkommendes Enzym. Beim Menschen wird es im Dünndarm von den Dünndarmepithelzellen produziert und ist in der Bürstensaummembran der säulenförmig angeordneten Hauptzellen zu verorten. Als Verdauungsenzym ist es für die Hydrolyse des Milchzuckers verantwortlich.

Das Säugen der Nachkommen mittels der in den Milchdrüsen gebildeten Milch ist namensprägend für die Klasse der Säugetiere. Aufgrund der hohen Nährstoffdichte und bioaktiver Faktoren sichert die Muttermilch das Überleben, sorgt für eine schnelle Entwicklung und schützt den Nachwuchs vor Infektionen. Wesentliche Bestandteile der Nährflüssigkeit sind die Kohlenhydrate, zu denen insbesondere Oligosaccharide und Lactose (von lat. lactis = Milch) gehören. Letztere gehört zur Gruppe der Zweifachzucker (Disaccharide) und trägt laut IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) die wissenschaftliche Bezeichnung Beta-D-galactopyranosyl-(1->4)-D-glucose. Über eine Beta-1,4-glykosidische Bindung sind die beiden Moleküle Beta-D-Galactose und Alpha/Beta-D-Glucose miteinander verbunden und bilden das Disaccharid. In dieser Form kann das Verdauungssystem den aufgenommenen Zucker jedoch nicht verwerten, daher ist mittels Lactase eine Aufspaltung in die Monosaccharide (Einfachzucker) Galactose (Schleimzucker) und Glucose (Traubenzucker) erforderlich. Anschließend erfolgt eine Aufnahme der Monosaccharide über die Dünndarmwand.

Biosynthese, Struktur und weitere Eigenschaften der Lactase

Als Verdauungsenzym aus der Familie der Beta-Galactosidasen gehört die Lactase (auch: Laktase) oder Lactase-Phlorizin-Hydrolase (LPH) zur Enzymklasse der Hydrolasen. Grundlage für die Produktion des Enzyms im Darm ist der im menschlichen Genom hinterlegter Befehl zur Aufspaltung des Milchzuckers in seine verdaubaren Bestandteile. Diese Anweisung ist im kodierenden LCT-Gen auf Chromosom 2 (2q21) hinterlegt und dieses Gen umfasst 17 Exons und 49.340 Basenpaare.

Die nach der Transkription entstandene mRNA enthält 6.274 Basen und diese Basensequenz wird per Translation in eine Aminosäurensequenz (1927 Aminosäuren) übersetzt. Das Ergebnis ist das lange Molekül Pre-pro-LPH, in dem vier Glykosidase-1-Domänen sowie eine Signalsequenz enthalten sind. Letztere löst den Transport des Moleküls zur Zellmembran aus. Peptidasen (Enzyme) spalten das Molekül in die Bestandteile Beta-LPH (1.061 Aminosäuren) und Alpha-LPH (847 Aminosäuren). Es ist anzunehmen, dass Alpha-LPH für den Transport von Beta-LPH zur Membran erforderlich ist. Im letzten Schritt wird das Polypeptid Beta-LPH phosphoryliert und glykosyliert.

Zusätzlich zur Lactaseaktivität ist eine weitere Glykosylceramidase-Aktivität des Enzyms relevant, daher ist in Fachkreisen die Bezeichnung Lactase-Phlorizinhydrolase üblich. Ein Blick auf die Struktur des LCT-Gens zeigt vier ähnliche Domänen, dabei ist die Lactaseaktivität an der vierten, die Phlorizinhydrolase hingegen an der dritten Domäne zu verorten.

Die Evolution des LCT-Gens

Grundsätzlich besteht bei allen gesunden Säuglingen eine hohe LPH-Aktivität, im Säuglingsalter kommt es nur in seltenen Fällen aufgrund eines Gendefekts zu einem absoluten Lactasemangel. In der Natur ist bei Säugetieren der lebenslange Milchkonsum eigentlich nicht vorgesehen. Die Fähigkeit, Milchzucker auch im Erwachsenenalter problemlos verdauen zu können, verdankt der Mensch einer Genmutation.

Mit Blick auf die vierfache Glykosidase-1-Domäne geht die Forschung bezüglich der Evolution des LCT-Gens von zwei Genverdopplungen aus. Es ist anzunehmen, dass die letzte Verdoppelung bereits vor der Entwicklung der Wirbeltiere erfolgt ist, da bei mehreren Fischarten in den zum LCT-Gen orthologen Genen ebenfalls vier Glykosidase-1-Domänen vorhanden sind. Die Ursache für die Lactasepersistenz-Mutation liegt in der jüngeren Evolution begründet und lässt sich auf eine natürliche Selektion innerhalb milchtrinkender Kulturen zurückführen. Weiterhin wird angenommen, dass die eine Koevolution mit einer ähnlichen Mutation bei Milchkühen eine schnelle Verbreitung der Lactasepersistenz beim Menschen begünstigt hat.

Die autosomal dominant vererbbare Persistenz steht vermutlich in Zusammenhang mit diversen Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNP = Single Nucleotide Polymorphism). Sie regulieren die LCT-Transkription. Die SNP-Verteilung kann je nach Verbreitungsgebiet variieren, dazu gehören beispielsweise:

• Europa: C/T-13910
• Afrika: G-13907, G-13915 und C-14010
• Saudi-Arabien: G-13915 und C-3712

Inzwischen wurden mindestens sechs Genmutationen nachgewiesen,

Entwicklung und Verbreitung der Lactasepersistenz

Zum erstmaligen Auftreten und der weiteren Entwicklung der Lactasepersistenz gibt es unterschiedliche Hypothesen, die überwiegend von einer Entstehung der Persistenz innerhalb der letzten 7.500 bis 8.000 Jahre ausgehen. Vor rund 11.000 Jahren breitete sich vom Mittleren Osten die Landwirtschaft immer weiter aus und veränderte nachhaltig das Leben der Menschen, die vormals als Jäger und Sammler gelebt hatten. Tausende Jahre später entwickelte sich im europäischen Raum eine Mutation, die bei Erwachsenen zur Bildung von Lactase führte und den problemlosen Konsum von Milch und Milchprodukten ermöglichte. Wissenschaftler der Johannes Gutenberg-Universität Mainz und des University College London (UCL) kamen vor einigen Jahren zu dem Schluss, dass sich die Milchverträglichkeit vor rund 7.500 Jahren von Südosteuropa aus über den europäischen Kontinent verbreitet hat.

Aufgrund der Unterschiede hinsichtlich der geografischen Verteilungsmuster nehmen viele Experten inzwischen an, dass es für die Lactasepersistenz mehrere Ursprünge gibt und die Entwicklung in unterschiedlichen Bevölkerungsgruppen mehr oder weniger unabhängig verlaufen ist. 2004 kamen Forscher zu dem Schluss, dass auf dem europäischen Kontinent die Anzahl der Nachkommen von Menschen mit LP-Allel um rund 19 Prozent höher gewesen sein muss als bei Menschen ohne Mutation. Demnach kann es zu einem starken Selektionsvorteil gekommen sein, der eine rasante Ausbreitung auf dem europäischen Kontinent begünstigt hat. Demnach könnte bereits nach rund 120 Generationen ein Großteil der Bevölkerung lactasepersistent gewesen sein.

Global betrachtet ist die Lactasepersistenz die Ausnahme, da ein Anteil von rund 75 Prozent der Weltbevölkerung bildet im Erwachsenenalter nicht mehr ausreichend Lactase. In Asien ist der natürliche Lactasemangel im Erwachsenenalter besonders weit verbreitet, je nach Region liegt der Anteil hier zwischen 84 und 100 Prozent. Die Genmutation ist überwiegend bei Menschen europäischer Abstammung sowie vereinzelt in Regionen Afrikas sowie Zentralasiens zu finden. Die Fähigkeit zum bedenkenlosen Konsum von Milch und Milchprodukten ist insbesondere in Nordeuropa sehr verbreitet, hier tritt die Lactasepersistenz bei rund 90 Prozent der Erwachsenen auf. Nach Süden nimmt die Milchverträglichkeit kontinuierlich ab, in Mitteleuropa liegt sie bei durchschnittlich 60 Prozent und in Ländern wie Griechenland oder Spanien vertragen zwischen 40 und 60 Prozent keine Laktose.

Industrielle Nutzung: Wozu dient das Enzym?

Lactase ist in der Natur nicht nur im Darm von Säugetieren zu finden, es kommt auch in pflanzlichem Gewebe vor und findet sich beispielsweise in Sojabohnen, Pfirsichen oder Mandeln. Im industriellen Bereich ist das Enzym in erster Linie als Zusatzstoff bei der Lebensmittelproduktion gefragt. Bei der Herstellung von Speiseeis bietet der Einsatz von Lactase entscheidende Vorteile. Laktose kristallisiert bei sehr niedrigen Temperaturen, die Spaltprodukte Galactose und Glucose bleiben jedoch in ihrer ursprünglichen Form erhalten. Die Aufspaltung des Milchzuckers mittels Enzym sorgt folglich für eine deutlich feinere Speiseeisstruktur.

Im Wesentlichen nutzt die Industrie das Enzym zur Herstellung von laktosefreien Lebensmitteln und Lactase-Tabletten oder -Kapseln, die laktoseintoleranten Menschen den beschwerdefreien Genuss von Milch und Milchprodukten ermöglichen sollen. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit kommt jedoch keine menschliche oder tierische Lactase zum Einsatz, zudem sind die Unternehmen aufgrund strenger EU-Regeln gehalten, ausschließlich Enzymquellen zu nutzen, die aus lebensmitteltechnischer Sicht als unbedenklich gelten. Dazu zählen in erster Linie:

• Bakterien: Lactobacillus bulgaricus, Streptococcus lactis, Bacillus stearothermophilus etc.
• Hefen: Candida pseudotropicalis, Saccharomyces lactis, Kluyveromyces lactis, Saccharomyces fragilis etc.
• Pilze: Mucor meihei, Aspergillus niger, Aspergillus oryzae etc.

Da es sich bei der aus den Mikroorganismen gewonnenen Lactase nicht um das humane intestinale Enzym handelt, sind einige Experten der Ansicht, dass in diesem Fall die Bezeichnung Beta-Galactosidase durch einen Zusatz (z. B. “aus Aspergillus oryzae”) zu ergänzen ist.

Laktoseintoleranz als Folge des Lactasemangels

Bei einem Lactasemangel kommt es zu einer ineffizienten Resorption der Laktose, die Aufspaltung in Galactose und Glucose unterbleibt und das Disaccharid kann nicht vom Dünndarm resorbiert werden. Die unverdaute Laktose gelangt in den Dickdarm und wird dort von den Darmbakterien vergoren. Dabei werden Kohlendioxid, Laktat, kurzkettige Fettsäuren und Wasserstoff freigesetzt, in vielen Fällen entstehen zudem größere Mengen von Methan. In der Folge leiden die Betroffenen unter gesundheitlichen Problemen und zeigen Symptome wie Schwindel, Blähungen, Übelkeit, Kopfschmerzen, Darmkrämpfe und Diarrhö. In der Regel treten die Beschwerden rund 30 Minuten bis zwei Stunden nach der Aufnahme größerer Laktosemengen auf. Liegt eine chronische Laktoseintoleranz vor, kann es langfristig zu einer bakteriellen Fehlbesiedlung des Dünndarms kommen. Im Wesentlichen wird zwischen primärer und sekundärer Laktoseintoleranz unterschieden.

Unterformen des primären Lactasemangels

Eine primäre Laktoseintoleranz (auch: primäre Lactosemalabsorption, Lactasenonpersistenz oder Hypolactasia) ist angeboren, sie bedingt eine fortschreitende Reduzierung der Lactaseproduktion. Im Wesentlichen sind drei Formen zu unterscheiden.

Endemischer Lactasemangel

Die endemische Variante betrifft rund zwei Drittel der Weltbevölkerung und ist somit die häufigste Form der primären Laktoseintoleranz. Sie ist genetisch bedingt, bei den Betroffenen liegt keine Mutation des LCT-Gens vor. Nach der Stillphase setzt ein schleichender Prozess ein, der im Laufe mehrerer Jahre zu einer sich immer weiter reduzierenden Enzymaktivität führt. Viele Kinder zeigen erst ab dem fünften Lebensjahr erste Anzeichen einer funktionellen Laktosemaldigestion, in einigen Fällen ist dies auch erst zwischen dem achten und zehnten Lebensjahr der Fall. Bei dieser Variante stellt der Körper die Lactaseaktivität jedoch keineswegs vollständig ein, die meisten Betroffenen können durchaus geringe Mengen Laktose zu sich nehmen. Zudem gibt es Hinweise, dass eine längere Laktoseeinnahme die Enzymaktivität leicht anregen kann. Die genetische Veranlagung für diese Form der Laktoseintoleranz lässt sich anhand der Bestimmung des LCT-Genotyps nachweisen.

Entwicklungsbedingter Lactasemangel

Bei ungeborenen Kindern setzt die Lactasebildung erst in der 35. Schwangerschaftswoche ein, Frühgeborene können daher den Milchzucker oft nicht aufspalten und leiden in der Folge unter Verdauungsproblemen. Das Auftreten dieser Form des Lactasemangels liefert jedoch keine Hinweise zur Laktoseverträglichkeit im Erwachsenenalter.

Kongenitaler Lactasemangel

Der kongenitale Lactasemangel (CLD = congenital lactase deficiency) ist eine autosomal-rezessive Erbkrankheit. Aufgrund mehrerer Mutationen des LCT-Gens kommt es zur veränderten Struktur des Proteins und in der Folge zur Inaktivität des Enzyms. Charakteristisch ist das vollständige Fehlen der LPH-Aktivität bei gleichzeitig histologisch unauffälliger Darmschleimhaut. Bisher sind weltweit nur wenige Fälle dokumentiert, die meisten Betroffenen sind in der finnischen Bevölkerung zu finden, die eigentlich zum größten Teil laktosetolerant ist.

Sekundäre Laktoseintoleranz

Eine sekundäre Form der Laktoseintoleranz ist auf eine krankheitsbedingte Schädigung des Dünndarms zurückzuführen. Wird die Oberfläche des Epithels geschädigt, kommt es zu einer Verringerung der Absorptionsfläche, die eine funktionelle Einschränkung der Lactaseaktivität zur Folge hat. Die sekundäre Laktoseintoleranz kann beispielsweise durch folgende Erkrankungen ausgelöst werden:

• Zöliakie
• SIBOS (small intestinal bacterial overgrowth syndrome = bakterielle Fehlbesiedlung des Dünndarms)
• strahleninduzierte Enteritis (als Folge einer Strahlentherapie im Rahmen einer Tumorbehandlung)
• Kurzdarmsyndrom
• Infektionskrankheiten (HIV, Giardiasis etc.)
• chronische Darmerkrankungen (Morbus Crohn, Colitis ulcerosa etc.)

Meist ist diese Form der Laktoseintoleranz vorübergehend. Wenn das Epithel heilt, reguliert sich in der Regel auch wieder die Lactaseaktivität.

Therapie bei Laktoseintoleranz

Lactasemangel führt nicht bei allen Betroffenen zu klinischen Beschwerden, das Auftreten klassischer Symptome hängt im Wesentlichen von der bakteriellen Besiedlung des Darms ab. Zudem können andere malabsorbierte Kohlenhydrate eine Rolle spielen, dazu zählen beispielsweise Sorbit, Xylit oder Fruchtzucker. Die Therapie bei Laktoseintoleranz zielt in erster Linie auf die Vermeidung laktosehaltiger Lebensmittel ab. In den ersten Wochen der Behandlung ist es zudem ratsam, bestimmte Lebensmittel wie Kohl, Lauch oder Bohnen zu meiden, in denen nicht resorbierbare Kohlenhydrate enthalten sind. Betroffene sollten zudem ein Bewusstsein für den Laktosegehalt in Lebensmitteln entwickeln, um die Einnahme möglichst zu umgehen. Mit einem Laktosegehalt von rund 4,8 g je 100 ml ist Milch als Hauptbestandteil der Laktosezufuhr anzusehen, bei Milchprodukten kann der Gehalt abhängig von der Herstellungsart stark variieren. Ein weiterer Aspekt ist der Laktosegehalt in verarbeiteten Lebensmitteln, der von Betroffenen nicht immer korrekt eingeschätzt werden kann.

Einnahme und Dosierung von Lactase-Präparaten

Ergänzend zur Vermeidung laktosehaltiger Lebensmittel kann das Enzym als Lactase-Tabletten, -Kapseln oder -Tropfen zugeführt werden. In Apotheken, Drogerien und Supermärkten sind diverse Präparate als frei verkäufliche Nahrungsergänzungsmittel erhältlich, dazu zählen beispielsweise:

• Lactrase
• Sanotact
• Lactostop
• LactoJoy
• Avitale
• Altapharma
• Laluk

Die Einheit FCC (Food Chemicals Codex) zeigt die Enzymaktivität auf und dient bei Lactase-Tabletten und ähnlichen Präparaten als Mengenangabe. Im Idealfall bauen 1.000 FCC-Einheiten rund 7,5 g Laktose ab. Hinsichtlich Dosierung und Einnahme können die Empfehlungen je nach Produkt variieren, daher sind die Angaben in den Gebrauchsanweisungen zu beachten. Grundsätzlich sollte das Enzym vor einer Mahlzeit eingenommen werden, als empfehlenswert gilt eine rund 30 Minuten vorher erfolgte Einnahme.

Wirkung im menschlichen Körper

Ebenso wie das natürlich vorkommende Enzym bewirkt auch die von außen zugeführte Lactase eine Spaltung des Milchzuckers in Galactose und Glucose, die anschließend von der Dünndarmwand aufgenommen werden können. Steht ausreichend Lactase zur Verfügung, gelangen lediglich geringe Mengen in den Dickdarm und es kommt nicht zum Auftreten klassischer Symptome einer Laktoseintoleranz. Diese Wirkung ist ausschließlich auf die aufgenommene Nahrung begrenzt, das zugeführte Enzym selbst wirkt sich nicht auf den Organismus aus und wird nicht vom Dünndarm resorbiert. Wie sich das eingenommene Präparat auswirkt, hängt maßgeblich vom jeweiligen FCC-Gehalt ab.

Kontraindikation und mögliche Nebenwirkungen

Aktuell liegen keine Studien zur Wirksamkeit vor, von einigen Experten wird die Enzymaktivitäten in Lactase-Tabletten und ähnlichen Präparaten jedoch überwiegend als zu gering kritisiert. Weiterhin sind in vielen Produkten Füll- und Zusatzstoffe enthalten, die sich als zusätzliche Belastung erweisen können. So kann beispielsweise nicht ausgeschlossen werden, dass in Lactase-Tabletten enthaltenes Sorbit bei einer zusätzlich bestehenden Fruchtzuckermalabsorption die klinische Symptomatik verschlechtert.

Vereinzelt klagen Betroffene nach der Einnahme von Lactase-Tabletten oder vergleichbaren Präparaten über Symptome wie Durchfall, Verstopfung oder Übelkeit. Die geschilderten Symptome gleichen den klassischen Beschwerden der Laktoseintoleranz. Es ist durchaus möglich, dass diese Anzeichen auf eine zu geringe Aktivität der zugeführten Enzyme im oberen Dünndarm zurückzuführen sind, ein Nachweis ist bislang noch nicht erfolgt. Eine placebokontrollierte Crossover-Studie beschäftigte sich mit der Wirkung von Lactase-Tabletten, Nebenwirkungen konnten im Rahmen der Untersuchungen nicht nachgewiesen werden. Die Lactase selbst steht somit nicht im Verdacht, Nebenwirkungen auszulösen. In Einzelfällen kann es jedoch zu allergischen Reaktionen auf andere Bestandteile der Präparate kommen. Vor der Einnahme ist eine Rücksprache mit dem behandelnden Arzt empfehlenswert, da Überempfindlichkeiten gegen Tilactase oder bestimmte Hilfsstoffe bestehen können.

Fazit

Rund zwei Drittel der erwachsenen Weltbevölkerung weist die natürliche Form des Lactasemangels auf. Während gesunde Säuglinge grundsätzlich Lactase im Dünndarm bilden, wird die Lactaseaktivität nach dem Abstillen in der Regel im Laufe der Zeit verringert. In Europa und bei europäischstämmigen Einwohnern anderer Kontinente haben sich hingegen spezielle Mutationen des LCT-Gens etabliert, die vielen Erwachsenen den bedenkenlosen Genuss laktosehaltiger Lebensmittel ermöglicht. Das Verdauungsenzym Lactase spaltet den Milchzucker in die verdaubaren Spaltprodukte Galactose und Glucose auf. Bei Laktoseintoleranz aufgrund eines Lactasemangels treten nach laktosehaltigen Mahlzeiten klassische Symptome wie Übelkeit, Bauchschmerzen oder Durchfall auf, da die Aufspaltung unterbleibt und der Milchzucker somit nicht im Dünndarm resorbiert werden kann. Entsprechend gelangen große Mengen in den Dickdarm und werden von den dort lebenden Bakterien vergoren.

Laktoseintolerante Menschen sollten laktosehaltige Lebensmittel daher bestmöglich meiden, alternativ ist vor der Einnahme von milchzuckerhaltigen Speisen die Einnahme von Lactase-Tabletten möglich. Dies bietet den Vorteil, dass sich die Betroffenen weniger einschränken und somit nicht auf gewohnte Nahrung verzichten müssen. Nachteilig an der Einnahme ist jedoch, dass es in Einzelfällen vermutlich nicht zu einer ausreichenden Enzymaktivität im Dünndarm kommt und dennoch Beschwerden auftreten können. Weiterhin ist auf Überempfindlichkeiten gegen Hilfs- und Zusatzstoffe zu achten, die in den Präparaten enthalten sein können. Trotz der vereinzelt auftretenden Nachteile ist die Einnahme von Lactase-Tabletten zu empfehlen. Die Einnahme der Präparate kann den bestehenden Lactasemangel kurzfristig ausgleichen und somit bei Laktoseintoleranz zu einer deutlichen Verbesserung der Lebensqualität beitragen.

Wissenschaftliche Quellen

https://www.zhb.uni-luebeck.de/epubs/ediss2432.pdf