Part 3/ Teil 3: The Microbiome and Nitric Oxide/Mikrobiom und Stickstoffmonoxid

By Eben van Tonder, 12 September 2025

English and German

Table of Contents

Series Overview/ Überblick über die Serie

The stomach is more than a vessel of digestion; it is a battlefield. Each day, it faces incoming threats: nitrite, reactive nitrogen species, and the potential for carcinogenic nitrosamines. Yet the body is not defenceless. It maintains overlapping protective systems or shields that intercept, neutralise, or transform these compounds before they can cause harm. This series explores these shields one by one, tracing their biochemical mechanisms, their resilience, and their vulnerabilities.

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Der Magen ist mehr als ein Ort der Verdauung; er ist ein Schlachtfeld. Tag für Tag sieht er sich Bedrohungen gegenüber: Nitrit, reaktive Stickstoffverbindungen und die Möglichkeit der Bildung krebserregender Nitrosamine. Doch der Körper ist nicht wehrlos. Er verfügt über sich überschneidende Schutzsysteme — Schilde —, die diese Substanzen abfangen, neutralisieren oder umwandeln, bevor sie Schaden anrichten können. Diese Serie beleuchtet die Schilde einzeln, erklärt ihre biochemischen Mechanismen, ihre Stärke und ihre Schwächen.

Shields of the Body, Part 3: The Third Shield — The Microbiome and Nitric Oxide

Introduction to Part 3: The Microbiome and Nitric Oxide

If ascorbate is the sentinel and polyphenols the auxiliary guard, then the microbiome and nitric oxide represent a living, dynamic defence force. The stomach and intestines host microbial communities that shape nitrite metabolism, sometimes consuming it, sometimes converting it into nitric oxide. In parallel, the body itself harnesses nitrite to generate nitric oxide, a molecule that defends the mucosa, regulates blood flow, and prevents harmful nitrosation. This shield is paradoxical: nitrite is both the risk and the raw material for protection.

The Microbiome as a Filter

Microbial communities in the upper digestive tract modulate nitrite availability. Certain bacteria can reduce nitrite directly, preventing its progression toward nitrosamine formation. Others use nitrite in their own metabolic cycles, consuming it before it accumulates. The balance between harmful and beneficial species therefore influences the shield’s strength. A healthy, diverse microbiome tends to limit nitrosation potential.

Nitric Oxide: Friend Born from the Enemy

When nitrite enters the acidic stomach, it can be converted into nitric oxide (NO) instead of nitrosamines. NO has multiple protective roles:

It is a potent vasodilator, increasing blood flow and supporting mucosal healing.
It has antimicrobial activity, reducing the survival of pathogens.
It interferes with nitrosating reactions, competing with pathways that generate carcinogens.

In this way, the very molecule feared as a precursor to danger becomes the foundation of defence.

The Paradox of Nitrite

The third shield reveals a paradox: nitrite is both the risk factor and the resource. Without antioxidants like ascorbate or polyphenols, nitrite can drift toward harmful chemistry. With these allies, and under the guidance of microbial and physiological processes, nitrite becomes the basis for nitric oxide — a protective agent. The outcome depends not on the presence of nitrite alone, but on the surrounding environment.

Vulnerabilities of the Third Shield

Disruption of the microbiome weakens this defence. Antibiotics, poor diet, or gastric diseases can diminish microbial diversity, tilting the balance toward harmful nitrosation. Similarly, reduced gastric acidity limits NO generation, leaving nitrite to form other reactive species. The third shield is therefore powerful but conditional.

Conclusion

The microbiome and nitric oxide together form the third shield of the stomach. It is a living, adaptive barrier — sometimes fragile, always dynamic. It shows us that nitrite itself is not destiny: context determines whether it fuels carcinogenesis or generates protection. Within this paradox lies the brilliance of physiology: the transformation of risk into remedy.

Schilde des Körpers, Teil 3: Der dritte Schild — Mikrobiom und Stickstoffmonoxid

Einführung in Teil 3

Wenn Ascorbat der Wächter und Polyphenole die Hilfstruppen sind, dann bilden Mikrobiom und Stickstoffmonoxid eine lebendige, dynamische Verteidigung. Magen und Darm beherbergen mikrobielle Gemeinschaften, die den Nitritstoffwechsel steuern: Sie können Nitrit verbrauchen oder in Stickstoffmonoxid umwandeln. Gleichzeitig nutzt der Körper selbst Nitrit, um NO zu bilden — ein Molekül, das die Schleimhaut schützt, den Blutfluss reguliert und schädliche Nitrosierungsreaktionen hemmt. Dieser Schild ist ein Paradox: Nitrit ist zugleich Risiko und Rohstoff des Schutzes.

Das Mikrobiom als Filter

Mikroben im oberen Verdauungstrakt beeinflussen die Verfügbarkeit von Nitrit. Manche Bakterien reduzieren Nitrit direkt und verhindern so die Bildung von Nitrosaminen. Andere nutzen Nitrit in ihren Stoffwechselwegen und verbrauchen es, bevor es sich anreichert. Das Gleichgewicht zwischen nützlichen und schädlichen Arten bestimmt die Stärke des Schildes. Ein gesundes, vielfältiges Mikrobiom begrenzt in der Regel das Nitrosierungspotenzial.

Stickstoffmonoxid: Ein Freund aus dem Feind geboren

Gelangen Nitrite in den sauren Magen, können sie zu Stickstoffmonoxid (NO) und nicht zu Nitrosaminen umgewandelt werden. NO hat mehrere Schutzfunktionen:

Es ist ein starker Vasodilatator, verbessert die Durchblutung und unterstützt die Heilung der Schleimhaut.
Es wirkt antimikrobiell und reduziert die Überlebensfähigkeit von Krankheitserregern.
Es stört Nitrosierungsreaktionen und konkurriert mit der Bildung krebserregender Verbindungen.

So wird aus dem Molekül, das als Risiko gilt, ein zentrales Element des Schutzes.

Das Paradox des Nitrits

Der dritte Schild zeigt ein Paradox: Nitrit ist sowohl Risiko als auch Ressource. Ohne Antioxidantien wie Ascorbat oder Polyphenole kann es in schädliche Bahnen gelenkt werden. Mit diesen Verbündeten und durch mikrobielle wie physiologische Prozesse wird es jedoch zur Basis für Stickstoffmonoxid — einen Schutzfaktor. Entscheidend ist also nicht die bloße Anwesenheit von Nitrit, sondern das Umfeld.

Schwächen des dritten Schildes

Eine Störung des Mikrobioms schwächt diesen Schutz. Antibiotika, schlechte Ernährung oder Magenerkrankungen können die Vielfalt der Mikroben verringern und das Gleichgewicht zugunsten schädlicher Nitrosierungsreaktionen verschieben. Auch verminderte Magensäure senkt die NO-Bildung und lässt Nitrit andere reaktive Verbindungen eingehen. Der dritte Schild ist daher stark, aber bedingt.

Fazit

Mikrobiom und Stickstoffmonoxid bilden gemeinsam den dritten Schild des Magens. Er ist eine lebendige, anpassungsfähige Barriere — manchmal fragil, stets dynamisch. Er zeigt, dass Nitrit nicht Schicksal ist: Der Kontext entscheidet, ob es Krebs fördert oder Schutz bringt. In diesem Paradox offenbart sich die Genialität der Physiologie: die Verwandlung von Risiko in Abwehr.

A series about the natural defence of the body, which makes nitrosamine formation highly unlikely in the body.

Eine Serie über die natürlichen Abwehrmechanismen des Körpers, die die Bildung von Nitrosaminen im Körper höchst unwahrscheinlich machen.

Link to all my work on meat curing and human health. / Link zu all meinen Arbeiten über Fleischpökelung und menschliche Gesundheit.

Literatur

Benjamin, N., O’Driscoll, F., Dougall, H., Duncan, C., Smith, L., Golden, M., & McKenzie, H. (1994). Stomach NO synthesis. Nature, 368, 502.
Lundberg, J. O., & Weitzberg, E. (2013). Biology of nitrogen oxides in the gastrointestinal tract. Gut, 62(4), 616–629.
McKnight, G. M., Smith, L. M., Drummond, R. S., Duncan, C. W., Golden, M., & Benjamin, N. (1997). Chemical synthesis of nitric oxide in the stomach from dietary nitrate in humans. Gut, 40(2), 211–214.
Duncan, C., Dougall, H., Johnston, P., Green, S., Brogan, R., Leifert, C., Smith, L., Golden, M., & Benjamin, N. (1995). Chemical generation of nitric oxide in the stomach from dietary nitrate: possible relevance to defence against pathogens. Infection and Immunity, 63(10), 3768–3771.