De belangstelling voor alle micro-organismen in en op ons lichaam is momenteel erg groot. Vooral onze maag-darmflora is het onderwerp van veel onderzoek. We hebben er onlangs twee columns aan gewijd met betekenisvolle titels als Wie zijn wij en Het individu bestaat niet. En er zijn nieuwsbladen die vele pagina’s vullen met koppen als Brein en buik zijn dikke vrienden. Staan we aan de vooravond van een wetenschappelijk onderbouwde verklaring (en goedkeuring?) van ons buikgevoel?
Project ‘100 jaar antibiotica’
Aflevering 53. Als de chemie verliest
Aflevering 54. Als chemie en biotech samen optrekken
Aflevering 55. Antibiotica en onze maag-darmflora
Aflevering 56. Bacteriofagen: bijna vergeten, maar….
Aflevering 57. Faagtherapie, een veelbelovend alternatief voor antibiotica?
Snel voort-schrijdend inzicht
Het aantal levende gasten in ons lichaam (ons microbioom) loopt in de miljoenen; variërend van bacteriën, schimmels en fagen (hoewel fagen niet zelfstandig kunnen leven) tot nematoden en virussen. Het gaat hoofdzakelijk om eencelligen en het zijn er daarmee wel heel erg veel. De teller loopt op tot 100 biljoen (1014 ) celletjes. Vergelijk daarmee het totale aantal cellen in ons eigen lichaam: 100.000 miljard ofwel ook zo’n 1014. Eén op één dus. De mens heeft ca. 21.000 genen die ons bestaan van voor de wieg tot na het graf bepalen. Het genoom van onze gasten is vele malen groter en bestrijkt volgens de laatste berekeningen meer dan 9,9 miljoen genen. Daar steken onze 21.000 magertjes tegen af. De genetische diversiteit van de met ons meelevende micro-organismen is dus vele malen groter. We tellen bijvoorbeeld al 40.000 bacteriestammen in en op ons lichaam. Allemaal opgeteld is het microbioom (de verzamelnaam voor alle micro-organismen) ruim 1 kilogram, net iets minder dan de anderhalve kilo van de hersenen van een volwassene.
Het microbioom beïnvloedt ons gedrag. Het geeft allerlei signaalstoffen af zoals het bekende serotonine. In onze darmen zitten meer zenuwcellen dan in ons ruggenmerg. Onderzoekers vermoeden tegenwoordig relaties tussen de samenstelling van ons microbioom, de ontwikkeling van het pasgeboren kind en de afstemming van ons immuunsysteem. Er zijn ook vermoedens van effecten op latere leeftijd: in neurologische ontwikkeling, gedrag en cognitie. Er is zelfs vermoeden van veranderingen in erfelijke eigenschappen onder invloed van onze microflora. Omgekeerd weten we hoe snel micro-organismen door mutaties hun (erfelijke) eigenschappen weten aan te passen.
Samenleven is de kunst
Een belangwekkend punt van onderzoek is de invloed van het microbioom op ons groepsgedrag. Het is al lang bekend dat de samenstelling van onze darmflora behoorlijk verandert wanneer we sociaal geïsoleerd raken; of wanneer de groep ons niet echt accepteert. Maar geldt het omgekeerde ook? Waarschijnlijk wel. We kunnen elkaar besmetten met virussen en gevaarlijke bacteriën. Dan kunnen we elkaar ook voorzien van gunstige micro-organismen voor betere groepsvorming of betere relaties – door kussen, strelen of andere vormen van lichamelijk contact. De overdracht van micro-organismen, ongeacht hun aard, zal van invloed zijn op het immuunsysteem van de ontvanger. En we kunnen zo’n verbeterd immuunsysteem doorgeven aan de volgende generatie.
Maar onderzoekers veronderstellen heel wat meer. De uitwisseling van onderdelen van het microbioom beïnvloedt ook de samenstelling van onze genetische codes, zoals het RNA. Of nog wat nauwkeuriger gezegd: die uitwisseling beïnvloedt onderdelen van onze genetische machinerie met een grote rol in de ontwikkeling van onze hersenen; vooral in delen met een grote invloed op groepsvorming en sociaal gedrag. Het lijkt er dan ook op dat mensen met autisme en daaraan gerelateerde aandoeningen tevens een afwijkende darmflora hebben. Onduidelijk is nog wat hier oorzaak en gevolg is. Proeven met ‘steriele’ muizen (germ-free mice) laten zien dat ze aanzienlijk minder sociaal gedrag ontwikkelen dan hun niet-steriele soortgenoten. Behandeling van de steriele muizen met het microbioom van soortgenoten herstelt het gedrag maar zeer ten dele.
Kortom, in de schepping blijken samenleven en symbiose veel meer regel dan uitzondering, anders dan wij altijd dachten. Dat geeft te denken over de (Darwinistische) individualistische kijk op de evolutie.
Opbouwen en onderhouden van ons immuun-systeem
Het immuunsysteem van een ongeboren kind krijgt een oppepper wanner het de baarmoeder verlaat. In het geboortekanaal wordt het met allerlei micro-organismen geconfronteerd (en zeker later, wanneer het in de zandbak speelt). Dat is nog vrij vanzelfsprekend. Door onderzoek weten we nu ook hoe subtiel de natuur te werk gaat bij het geleidelijk overbrengen van het immuunsysteem van de moeder via haar bloedbaan naar de placenta en het embryo. Tijdens de zwangerschap wordt de darmwand meer doorlaatbaar voor essentiële onderdelen van de darmflora naar de bloedvaten. Ook de route van darmflora naar moedermelk komt steeds beter in beeld.
De darmflora blijkt ook extra actief te worden tijdens etenstijden; een open deur zou je denken. Maar dit activeert op die momenten ook ons immuunsysteem; want we kunnen bij het innemen van voedsel gemakkelijk ongewenste gasten binnen laten.
Antibiotica en onze maag-darmflora
Dat antibiotica een nadelige invloed hebben op de micro-organismen in ons lichaam is algemeen bekend. Veel van de bijwerkingen zijn daarop terug te voeren. De ernstige zijn chronische darmontstekingen en heftige diarree. Ons inzicht in de manier waarop de darmflora ongewenste micro-organismen te lijf gaat, neemt snel toe. Daardoor leren we steeds meer over verstandig antibioticagebruik – en beter nog, over het gebruik van probiotica om de maag-darmflora fit en alert te houden.
De eerste les begint met de bacterie die cholera veroorzaakt. Vooral cholerabacteriën die groeien op chitine zijn gevaarlijk. Chitine is het harde deel (exoskelet) van insecten, kreeften, garnalen, spinnen en ook schimmels. De stof bestaat uit een ingewikkelde keten van suikers. Dank zij die voedingsbodem ontwikkelen de choleraveroorzakers een speervormig uitsteeksel. Daarmee kunnen ze uitstekend de nuttige bacteriën in ons darmkanaal om zeep helpen en de cholerabesmetting op gang brengen. Maar wat blijkt? Sommige darmbacteriën hebben een nog betere speer ontwikkeld en winnen de slag. Andere weten te overleven door een laagje suikers om zich heen te leggen. De choleraveroorzaker komt daar niet doorheen. Of misschien vechten de twee bacteriën wel om de suikers als voedingsbron, en moet de choleramicrobe het daarbij afleggen.
Ook andere studies laten zien hoe competitie om voedingsstoffen een verdedigingsmechanisme van onze darmflora tegen indringers kan zijn. De aanwezigheid in onze darmflora van zulke efficiënte verdedigers verschilt van mens tot mens. Daarom is transplantatie van darminhoud een potentieel belangrijk verdedigingsmechanisme. Bij muizen is dit nu bijna routine in dit soort onderzoek. Nu kunnen we ook gerichte transplantaties bij mensen uitvoeren; dan vervangen we zwakke of beschadigde darmflora door sterke en gezonde samenstellingen. Een gezonde darmflora is een precair evenwicht. Verstoring door antibiotica kan daardoor erg vervelend zijn. Maar ook bij eenzijdig gebruik van probiotica (bedoeld om goede bacteriegroei te bevorderen) kan de competitie met ongewenste gasten verkeerd uitpakken.
Poeptransplantaties
Deze ingrepen staan bekend onder de naam poeptransplantaties. De betekenis hiervan reikt misschien nog veel verder. Natuurlijk willen onderzoekers graag weten welke onderdelen van het transplantaat belangrijk zijn, welke de hoofdrol spelen bij een bepaalde aandoening en wat ze kunnen weglaten. Ook voor octrooideskundigen en wetgevers is het handig om te weten om welk middel of preparaat het gaat. Om van verzekeringsmaatschappijen maar niet te spreken.
Maar helaas, in dit geval is het geheel meer en belangrijker dan de som der delen. We hebben te maken met een samenleving. Daar kun je niet een (vermoedelijk) belangrijke speler uit halen en denken dat het probleem dan is opgelost. Of er één nieuwe component aan toevoegen en denken dat de hele diverse populatie dan de gewenste kant op gaat. De ontwikkelaars van agrochemicaliën (bestrijdingsmiddelen) weten dat al meer dan 10 jaar. Om het enorme microbioom in en om een plant te beïnvloeden is een enkelvoudig product niet meer voldoende. In de afgelopen honderd jaar hebben we de krenten al uit de pap gehaald (kunstmest, insecticiden, feromonen). We moeten nu slimmer te werk gaan: levende organismen gebruiken als sluipwespen, bacteriemengsels of schimmels, om planten gezond te houden en vlot te laten groeien. Ook de geneeskunde, inclusief het gebruik van antibiotica, zal deze weg steeds meer gaan gebruiken. Denk aan steeds slimmere transplantaties; van stamcellen tot volledige organen en onderdelen daarvan.
Darmflora en het immuunsysteem
Om de bacterie te bestrijden die darminfectie en ernstige diarree veroorzaakt, de notoire clostridium difficile, is in Amerika in 2013 al een bank voor gezonde darminhoud (About FMT — OpenBiome) opgericht. De FDA heeft de regels voor toepassing versoepeld zonder dat de samenstelling volledig beschrijfbaar moet zijn. Als het maar veilig is. Maar in 2020 is dit proces helaas niet volledig betrouwbaar gebleken – met allerlei beperkingen in toepassingen tot gevolg. Inmiddels is het bedrijfsleven redelijk actief geworden op dit onderwerp. Ze ontwikkelen producten als gevriesdroogde bacteriemengsels uit de stoelgang, mengsels van goedaardige gekweekte bacteriën uit het lab of mengsels van bacteriesporen.
Het inzicht in de rol van onze darmflora neemt snel toe. Sommige onderzoekers schatten vooruitzichten en mogelijkheden erg hoog in: behandeling van vele aandoeningen, van darmklachten tot autisme en kanker. Ook staat op hun lijstje dat ze diverse multiresistente bacteriën willen aanpakken.
Geraadpleegde bronnen:
Wikipedia: alle genoemde eigennamen en producten
‘Friends with social benefits: host-microbe interactions as a driver of brain evolution and development?’ Roman M. Stilling, Seth R. Bordenstein, Timothy G. Dinan en John F. Cryan in Frontiers in Cellular and Infection Microbiology ,29 oktober 2014
Review van Javier Suárez in Symbiosis 76(2), pg. 77-96 (2018): The importance of symbiosis in philosophy of biology: an analysis of the current debate on biological individuality and its historical roots.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/search/research-news/14278/
The Scientist AUGUST 1, 2021 The Role of Mom’s Microbes During Pregnancy https://www.the-scientist.com/news-opinion/how-commensal-gut-bacteria-keep-pathogens-in-check-69310 About FMT — OpenBiome
Fecal Microbiota Transplantation Is Poised for a Makeover | The Scientist Magazine® (the-scientist.com)
N0-nonsense Guide to Antibiotics, Moira Dolan, SmartMedInfo, 2015; ISBN: 978-09968860-2-4
Entangled Life, how fungi make our worlds, change our minds and shape our futures, Merlin Sheldrake, The Bodley Head, London, 2020. ISBN 9781847925190
Bio-stimulants for sustainable crop production.Edited by Yoessef Rouphael, Patrick du Jardin, Patrick Brown, Stefania De Pascale and Giuseppe Colla. Burleigh Dodds series in agricultural science, 2020. ISBN 9781786763365.