Microbiologie in hapklare porties
Relatieadvies van slijm
Een haat-liefde verhouding
De menselijke darm is een thuis voor triljoenen bacteriën. Deze microbiële bewoners zijn noodzakelijk voor onze gezondheid. Ze helpen ons bij het verteren van het voedsel dat we eten, scholen ons immuunsysteem zodat we beter kunnen reageren op aanvallen van ziekteverwekkers, en communiceren met onze hersenen om verschillende processen te helpen handhaven. Het kost echter veel moeite om deze schijnbaar harmonieuze relatie in stand te houden. Effectieve symbiose tussen gastheer en microbe vereist – net als elke relatie – een evenwicht tussen communicatie en gezonde grenzen. We willen met onze microben praten, maar we willen ze niet zo dicht bij ons hebben dat ons lichaam ze probeert af te weren. Als ze te dichtbij komen, zal ons immuunsysteem geactiveerd worden en ontsteking kunnen veroorzaken. Dat wil niemand. Dus, hoe kan ons lichaam een grens trekken die ervoor zorgt dat we in staat zijn om te communiceren met onze microbiële bewoners, maar dat ze niet dichtbij genoeg komen om een actieve immuunrespons te veroorzaken?
Het antwoord ligt in een vaak onbemind woord: slijm, oftewel mucus!
Onze bacteriën op afstand houden met mucus
Om onze microben op afstand te houden, scheiden onze darmcellen een slijmlaag af die fungeert als een fysieke barrière tegen microben. Slijm is een gel-achtige structuur die voornamelijk bestaat uit glycoproteïnen (eiwitten die aan suikermoleculen zijn gebonden), mucinen genaamd (Figuur 1). Slijmvlies wordt aangetroffen op de meeste “barrièrelocaties”: delen van het lichaam die in contact staan met de externe omgeving, waaronder onze ademhalingswegen en ons spijsverteringskanaal. Deze beschermende laag is een fysieke barrière die voorkomt dat microben ons systeem binnendringen. Slijm is echter niet alleen een “blijf weg!” teken voor microben in de darmen, het kan ook dienen als een voedingsbron voor ze. Bacteriën kunnen op mucinesuikers kauwen met behulp van enzymen (mucinases genaamd) om energie te krijgen. De symbiose tussen gastheer en micro-organismen wordt dus actief in stand gehouden in onze slijmvlieslagen.
Je kunt je voorstellen dat deze dunner en vlekkeriger wordt, als onze microben gulzig worden en te veel van onze slijmlaag opeten. Door deze breuk in de barrière kunnen microben makkelijker ons systeem binnendringen en ontstekingen veroorzaken. Het is dus duidelijk dat het slijm evenwicht moet bewaren tussen het voeden van onze darmbacteriën en ze op afstand houden. Maar hoe kan het dit evenwicht vinden? Een recente studie van Yao en collega’s wijst op een mogelijk antwoord: sialylering!
Ons slijm stabiliseren door siaalzuren toe te voegen
Sialylering is het toevoegen van een molecuul siaalzuur aan mucine-glycoproteïnen (de slijm-suikers). Yao et al. tonen aan dat wanneer een siaalzuur molecuul aan mucines wordt gehecht door een enzym genaamd ST6, deze eiwitten worden beschermd tegen afbraak door bacteriële enzymen (Figuur 2). De auteurs ontdekten dit door MUC2 (het meest voorkomende mucine in mucus in de darmen) te mengen met een mucinase van E. coli in aanwezigheid of afwezigheid van ST6. Wanneer ST6 ontbreekt, worden de mucinen niet gesialyleerd. In dit scenario zagen ze een verhoogde afbraak van MUC2, wat impliceert dat sialylering nodig is om te voorkomen dat mucine voedsel wordt voor bacteriën. Zo kunnen onze cellen deze modificatie gebruiken om ervoor te zorgen dat onze mucuslaag intact blijft. Dit enzym, ST6, kan het aandeel van onze mucinen regelen dat door onze bacteriën kan worden opgegeten, en zo de gastheer-microbe-symbiose in stand helpen houden.
Defecten in sialylering geassocieerd met ontsteking
Nadat ze begrepen hadden hoe ST6 de relatie tussen microbe en gastheer in evenwicht kan helpen brengen, onderzochten de auteurs of deze bevinding relevant is voor de menselijke gezondheid. Ze onderzochten wereldwijde groepen van patiënten met inflammatoire darmziekten (IBD), een reeks van aandoeningen die resulteren in chronische darmontsteking. Interessant genoeg vonden ze ST6-mutaties bij personen met beginnende IBD. De auteurs creëerden muismodellen door de ST6-mutaties die bij menselijke patiënten waren geïdentificeerd, in de stamcellen van de muis in te brengen. Deze muismodellen bevestigden de hypothese van de auteurs; ST6 mutante muizen hadden minder mucine sialylatie, verhoogde invasie van darmbacterien in het slijm van de darm, en ernstigere dikke darm ontsteking. Wanneer deze gemuteerde muizen niet-gemuteerde mucines kregen, verdwenen de symptomen! De muizen hadden nu verdikte mucusbarrières en een duidelijke vermindering van ontstekingen, wat verder bevestigt dat ST6 essentieel is om ervoor te zorgen dat het mucus perfect in balans is tussen bescherming tegen invasie en het leveren van voeding aan onze darmmicrobiomen (Figuur 3).
Slijm: een bacteriële vriend en vijand
Onze slijmvliesbarrière is de eerste verdedigingslinie tegen ziekteverwekkers in de darmen. Het is echter ook de thuisbasis van een rijke diversiteit aan darmmicroben die ons op talloze manieren helpen. In deze studie stelden de auteurs een mechanisme vast wat helpt de relatie met onze darmbacteriën te reguleren. Met behulp van dit mechanisme kunnen onze darmcellen bepalen hoeveel van ons slijm onze microben bestrijdt of voedt. Dit perfecte evenwicht maakt slijm een expert in het onderhouden van symbiose. Zijn relatie advies? Blijf flexibel, evenwichtig en altijd gesialyleerd!
Meer informatie (in het Engels):
Lees dit om een inleiding te krijgen over hoe slijm wordt geproduceerd.
Leer hoe mucus wisselt tussen het bestrijden en voeden van onze microben in dit overzicht.
Graaf hier dieper over het belang van mucus bij inflammatoire darmziekten.
Link to the original post: Yao, Y., Kim, G., Shafer, S., Chen, Z., Kubo, S., Ji, Y., Luo, J., Yang, W., Perner, S. P., Kanellopoulou, C., Park, A. Y., Jiang, P., Li, J., Baris, S., Aydiner, E. K., Ertem, D., Mulder, D. J., Warner, N., Griffiths, A. M., Topf-Olivestone, C., … Lenardo, M. J. (2022). Mucus sialylation determines intestinal host-commensal homeostasis. Cell, 185(7), 1172–1188.e28.
Featured image: Created by author using Bioicons and Adobe Illustrator.
Vertaald door: Charlotte van de Velde
micro-bites.org 