Gefermenteerd eten vecht aan onze zijde – Deel 1.

                                

Breaking down the microbiology world one bite at a time


Gefermenteerd eten vecht aan onze zijde – Deel 1.

Aan het begin van de pandemie onderzochten wetenschappers in allerijl manieren om de verwoestende effecten van COVID-19 te verzachten. Als wanhoopsdaad zochten ze naar patronen in epidemiologische gegevens. Hoewel de infectiegraad in zowel Oost-Aziatische als Centraal-Europese landen relatief hoog lag, waren de sterftecijfers juist minder heftig in deze regio’s. De onderzoekers stonden stil bij een kenmerk die de beide regio’s verbindt: het uitgebreid gebruik van gefermenteerd voedsel [1]. 

Dit gegeven kan de kritische lezer als toeval bestempelen. Misschien is het een artefact in de data [2]. Daarentegen zijn anti-virale eigenschappen in gefermenteerd voedsel geen vreemd idee. Er zijn zelfs vele projecten bezig waarin gefermenteerde etenswaren worden gebruikt om het immuunsysteem en algemene gezondheid te verbeteren.

BELANGRIJKE INFORMATIE:

Nee, dit artikel gaat niet over pseudowetenschap en we adviseren niet om gefermenteerd voedsel te gebruiken als vervanging voor vaccinaties. MicroBites moedigt iedereen (die het kan) aan om een vaccinatie te halen! 

EEN HELE KLUIF

Omdat dit thema erg breed is, splitsen we het in twee smakelijke ‘hapjes’. De eerste homp gaat over fermentatie en onderzoek naar de voordelen ervan voor de algemene gezondheid. De tweede gang gaat over gefermenteerd eten met betrekking tot onze luchtwegen en COVID-19 in het bijzonder. Als je direct meer wilt weten over gefermenteerd eten en COVID-19, lees dan “Gefermenteerd eten vecht aan onze zijde – Deel 2” (zodra die beschikbaar is op de homepage).

IN HET KORT: GESCHIEDENIS VAN FERMENTATIE

Laten we eerst “fermentatie” definiëren. Dit is een proces waarbij de enzymen van micro-organismen vers voedsel omzetten tot een ander product, dat ook (voor mensen) eetbaar is. Dat proces kan spontaan of doelgericht gebeuren. Zowel planten als dierlijke producten worden sinds de steentijd door mensen gefermenteerd. Deze culinaire praktijken werden door noodzaak aangedreven: er bestond nog geen koeling, er werden lange wegen afgelegd en in de winter was er te weinig voedsel te vinden.

Figuur 1. Gefermenteerde producten en hun herkomstland. Gemaakt door Hannah Seo  van Popular Science.

Tegenwoordig wordt ons voedsel onder gecontroleerde omstandigheden en op industriële schaal gefermenteerd. Veel bacterieculturen die we gebruiken om te fermenteren behoren tot de groep Melkzuurbacteriën. In de zuivelindustrie worden vaak bacteriën uit de familie Lactobacillus of Bifidobacterium gebruikt. De bacteriecultuur wordt in een steriele omgeving aan de melk toegevoegd en de voortgang van de fermentatie wordt nauw in de gaten gehouden.

Figuur 2. Schematische tekeningen van drie veelgebruikte melkzuurbacteriën. Naar: Noun Project en Vecteezy. Tekeningen van Olena Panasovska (Bifidobacterium & Streptococcus) en Ksenia Gorova (Lactobacillus).  

Schraap geen klodder melkzuurbacteriën van een agarplaatje als superfood! De bacteriecultuur zelf is niet altijd eetbaar, en kan zelfs schadelijk zijn voor ons. Daarom zijn er strenge regels voor de samenstelling en het gebruik van de culturen om de fermentaties te starten. Maar waarom? Het korte antwoord luidt: bacteriofagen.

BACTERIOFAGEN – DE BOEVEN VAN GEFERMENTEERD VOEDSEL

Bacteriofagen zijn virussen die specifiek bacteriën infecteren (lees bijvoorbeeld ook dit artikel over het onderwerp). Ze zijn vaak nog simpeler dan virussen die meercelligen infecteren, maar gebruiken ook de machinerie van hun gastheren om zich te vermeerderen [3]. 

Bacteriofagen zijn vaak de schuldige als een fermentatie mislukt [3]. Doordat bacteriofagen een brede groep bacteriën kunnen infecteren, niet alleen de ‘klassieke’ melkzuurbacteriën, heeft een uitbraak ervan verwoestende gevolgen voor het bacteriële ecosysteem in een fermenteervat. De bacteriofagen die melkzuurbacteriën infecteren zijn doorgaans uit de orde Caudovirales [4]. Die orde is onderverdeeld in drie families, die in Figuur 3 staan afgebeeld.

Figuur 3. Drie bacteriofagen van de orde Caudovirales, hun meest voorkomende manier van verspreiding en de fermentatieproducten waar ze het meeste voorkomen. Afbeelding naar Samson & Moineau [4]. 

Sommige bacteriofagen gebruiken een bacteriële gastheer als ‘vermomming’ om bij een andere gastheer te komen, zoals een Trojaans paard. Bacteriën die door mensen worden gegeten zijn daarom gewild onder zulke bacteriofagen! De meeste virussen overleven niet zonder gastheer, en hoppen daarom zo snel mogelijk van de ene gastheer naar de andere. Notoire virussen zoals hepatitis A & E, norovirus, en rotavirus sluipen bij mensen naar binnen via gefermenteerd voedsel of verstopt in bacteriën uit ons darmstelsel (die we per ongeluk weer eten! Ja echt…). Zulke uitbraken veroorzaken bijvoorbeeld lever-, hersen- en hersenvliesontstekingen met mogelijk dodelijke afloop. In 2019 werd een uitbraak van hepatitis A uit in Seoul (Zuid-Korea) in verband gebracht met jogaejeot, een lokale lekkernij van gefermenteerde mosselen in zout.

Figuur 4. Jogaejeot. Afbeelding zonder rechten overgenomen van tradekorea.com.

Goed, dat is eng, maar vergeet niet dat het artikel eigenlijk gaat over de heilzame effecten van gefermenteerd voedsel! Niet alle virussen zijn hetzelfde, COVID-19 zou bijvoorbeeld de fermentatie-omstandigheden van jogaejeot niet uithouden (zoutgraad, zuurgraad en temperatuur [3, 67]). De meeste bacteriofagen die de Trojaans-Paard-truc gebruiken, overleven de fermentatie wel.

Bacteriofagen kunnen ook een fermentatie ten goede komen. Als er bijvoorbeeld een specifieke melkzuurbacterie te hard groeit en teveel giftige metabolieten uitscheidt, kan een bacteriofaag de populatie terugdringen [4]. Een vergelijkbaar verhaal vind je hier, waar de commensale bacteriesoort S. epidermidis een eczeem kan veroorzaken als de populatie ongecontroleerd groeit.

Sausset et al publiceerden recent een onderzoek waarin de voordelen van bacteriofagen op een gastheer in de schijnwerper staan. Bacteriofagen kunnen bijvoorbeeld pathogene bacteriën uitschakelen. Ook de infectie van nuttige bacteriën in het darmkanaal heeft een positieve invloed: door de bedreiging wordt het uitwisselen van genen door horizontale genoverdracht gestimuleerd, waardoor de diversiteit en daarmee veerkracht van het microbioom wordt verstevigd. Het is nog lastig om die voordelen aan specifieke virussoorten te koppelen [8].

Ten tweede noemen Sausset en collega’s dat de interactie tussen bacteriofagen en de darmepitheelcellen een zeer lokaal afweermechanisme in gang zet. Het houdt een deel van het immuunsysteem alert dat zich in de darmwand bevindt, het “darmgeassocieerd lymfoïd weefsel” (de Engelse afkorting GALT is gangbaar). In Figuur 5 staat zo’n GALT-cel afgebeeld die een antigen – de hele bacteriofaag of een brokstuk ervan – detecteert en daarop belangrijke antilichamen produceert. Antilichamen kunnen niet alleen de darmen beschermen tegen aanvallen van bacteriofagen (IgA) maar in de hele gastheer het immuunsysteem alert maken, mocht het virus ook via andere wegen in het lichaam binnendringen (IgG) [8]. 


Figuur 5. Bacteriofaag (blauw) en antigenen (oranje golfjes) worden opgepikt door de lokale vertegenwoordiger van het immuunsysteem, de GALT-cel. Deze activeert een immuunrespons. Figuur uit bron 8 zonder nadrukkelijke toestemming.

De voordelen van gefermenteerd voedsel komen natuurlijk niet alléén van de bacteriofagen die er steevast in zitten. Er zijn meer manieren waarop gefermenteerde voedselbronnen het immuunsysteem kunnen versterken, die meer met de luchtwegen te maken hebben.

DE KRACHT VAN PROBIOTICA IN GEFERMENTEERD VOEDSEL

Veel melkzuurbacteriën in gefermenteerde producten worden tot de “probiotica” gerekend [8]. Dat betekent dat ze, net als de bacteriën in onze darm, helpen met het verteren van voedsel dat we normaliter niet zouden kunnen afbreken [9]. Zo kunnen bijvoorbeeld mensen met lactose-intolerantie sommige varianten van yoghurt wel eten, omdat specifieke melkzuurbacteriën de lactose afbreken [10]. In dit geval zien we het probiotisch effect van yoghurt nog voordat het gegeten wordt. 

Probiotica zijn alleen nuttig als ze de constant veranderende omstandigheden in het maag-darmkanaal kunnen overleven. Als melkzuurbacteriën kunnen overleven in de darmen en een voordeel aan de gastheer kunnen leveren, dan noemen we ze probiotisch. Hoewel er veel “probiotische” producten op de markt zijn, zijn er weinig die echt wat toevoegen aan onze vertering of algemene gezondheid [11]. In een review van MacFarland, Evans, and Goldstein staan specifieke bacteriesoorten genoemd, die bij specifieke ziektebeelden kunnen helpen. Tenminste, áls deze soorten het overleven in het maag-darmkanaal!

Het onderzoek is dus nog niet zo ver dat we probiotica kunnen voorschrijven ter bevordering van de gezondheid. Wel zien we het verband tussen probiotica-rijk voedsel (zoals gefermenteerd eten) en goede gezondheid, vanwege de biologisch actieve stoffen die ze produceren.

BIOACTIEVE STOFFEN IN FERMENTATIES

Bioactieve stoffen en metabolieten in gefermenteerd voedsel kunnen in verband worden gebracht met positieve uitwerkingen op de gastheer. Melkzuurbacteriën produceren bijvoorbeeld een groep nuttige chemische verbindingen die korte vetzuurketens worden genoemd. Zo onderdrukt de stof boterzuur (een beroemde onder microbioom-onderzoekers) de groei van pathogenen, reguleert beweging van de darmen en werkt ontstekingsremmend in het maag-darmstelsel zowel bij het eten ervan, als bij productie door bacteriën in ons lichaam [12]. Andere korte vetzuurketens worden in allerlei delen van het lichaam gebruikt om energie zo efficiënt mogelijk te gebruiken, cholesterol te reguleren en orgaanfuncties te verbeteren [12].

Een gastheer vertrouwt over het algemeen op het microbioom om moeilijk verteerbaar voedsel zoals complexe koolhydraten in planten te verteren. Dat gaat vaak gepaard met gasvorming: een opgezwollen gevoel en andere ongemakkelijkheden als het microbioom niet tegen dat plantenmateriaal is opgewassen [13]. In zulke gevallen helpt voedsel met veel korte vetzuurketens om wel de vertering, maar minder gasvorming te hebben.

DE GROTE BOODSCHAP

Je ziet het: gefermenteerd voedsel zit bomvol voordelen. Soms kleeft er een risico aan vast – dus geen bacteriën van de agarbodem likken, jongens en meisjes! Gefermenteerd eten geeft naast een heerlijke dimensie aan je eten, ook een veelzijdige boost voor je gezondheid en dat zou je moeten overtuigen om ook wat vaker gefermenteerd te eten!

Dit lijkt ons genoeg om op te kauwen, dus we laten het voor nu hierbij. We duiken binnenkort in de fascinerende anti-virale eigenschappen van gefermenteerd eten in een nieuw artikel!

Link to the original posts:

  1. Bousquet J, Anto JM, Czarlewski W, Haahtela T, Fonseca SC, Iaccarino G, Blain H, Vidal A, Sheikh A, Akdis CA, Zuberbier T. Cabbage and fermented vegetables: From death rate heterogeneity in countries to candidates for mitigation strategies of severe COVID‐19. Allergy. 2021 Mar;76(3):735-50.
  2. National Center for health & Human Services services https://www.cdc.gov/nchs/nvss/covid-19.htm#understanding-death-data-quality [Internet]. Atlanta, Georgia, USA: Publisher; February 5, 2021 [February 5, 2021; July 26, 2021]. Image Centres for Disease Control and Prevention.
  3. Maske BL, de Melo Pereira GV, da Silva Vale A, Souza DS, Lindner JD, Soccol CR. Viruses in fermented foods: are they good or bad? Two sides of the same coin. Food microbiology. 2021 Mar 25:103794.]
  4. Samson JE, Moineau S. Bacteriophages in food fermentations: new frontiers in a continuous arms race. Annual review of food science and technology. 2013 Feb 28;4:347-68.
  5. Jeong HW, Kim MK, Yi HJ, Kim DM, Jeon SJ, Lee HK, Oh YH, Hwang YO. Hepatitis A virus strains identified in jogaejeot associated with outbreaks in Seoul, South Korea. Letters in Applied Microbiology. 2021 Apr 2.
  6. Doms RW. Basic concepts: A step-by-step guide to viral infection. In Viral Pathogenesis 2016 Jan 1 (pp. 29-40). Academic Press.
  7. Chernomordik LV, Leikina E, Frolov V, Bronk P, Zimmerberg J. An early stage of membrane fusion mediated by the low pH conformation of influenza hemagglutinin depends upon membrane lipids. The Journal of cell biology. 1997 Jan 13;136(1):81-93.
  8. Sausset R, Petit MA, Gaboriau-Routhiau V, De Paepe M. New insights into intestinal phages. Mucosal immunology. 2020 Mar;13(2):205-15.
  9. Hill C, Guarner F, Reid G, Gibson GR, Merenstein DJ, Pot B, Morelli L, Canani RB, Flint HJ, Salminen S, Calder PC. Expert consensus document: The International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics consensus statement on the scope and appropriate use of the term probiotic. Nature reviews Gastroenterology & hepatology. 2014.
  10. Muhialdin BJ, Zawawi N, Razis AF, Bakar J, Zarei M. Antiviral activity of fermented foods and their probiotics bacteria towards respiratory and alimentary tracts viruses. Food Control. 2021 Apr 11:108140.
  11. McFarland LV, Evans CT, Goldstein EJ. Strain-specificity and disease-specificity of probiotic efficacy: a systematic review and meta-analysis. Frontiers in medicine. 2018 May 7;5:124.
  12. Salehi B, Dimitrijević M, Aleksić A, Neffe-Skocińska K, Zielińska D, Kołożyn-Krajewska D, Sharifi-Rad J, Stojanović-Radić Z, Prabu SM, Rodrigues CF, Martins N. Human microbiome and homeostasis: insights into the key role of prebiotics, probiotics, and symbiotics. Critical reviews in food science and nutrition. 2021 May 15;61(9):1415-28.
  13. Sun Q, Jia Q, Song L, Duan L. Alterations in fecal short-chain fatty acids in patients with irritable bowel syndrome: A systematic review and meta-analysis. Medicine. 2019 Feb;98(7).

Featured image:

https://pixabay.com/photos/kimchi-korea-kimchi-4044268/