Microbiologie in hapklare porties

Een lied van darm en bacteriën

Written by

Disha Tandon

Heb je je ooit afgevraagd waarom we elke dag op ongeveer hetzelfde tijdstip eten, slapen, en naar het toilet gaan? Dat komt door de biologische klok van ons lichaam. Een aantal factoren kan deze klok verstoren. Wanneer we bijvoorbeeld naar landen met verschillende tijdzones reizen, ontstaat er in de eerste dagen een chaos voor ons lichaam in de nieuwe tijdzone (verstoord slaappatroon, vermoeidheid, enz.) Geleidelijk aan past het lichaam zich aan en zijn we weer op de goede weg. Deze biologische klok, ook wel circadiaans ritme genoemd, wordt gedeeltelijk gecontroleerd door een systeem dat in elke cel van ons lichaam aanwezig is. Het circadiaans ritme is samengesteld uit verschillende van deze biologische kloksystemen.
Een van deze systemen is de schommeling van dag en nacht, die een verandering in de lichaamsfuncties met de dag/nacht-cyclus inhoudt. De meeste darmepitheelcellen volgen deze ‘diurnale’ cyclus. Als reactie daarop passen ook de door deze cellen geproduceerde eiwitten zich aan de dag/nachtcyclus aan. De darmepitheelcellen in ons lichaam produceren regenererende islet-afgeleide proteïne 3 gamma (Reg3γ), een antimicrobiële peptide (AMP). AMPs richten zich op specifieke microben in onze darmen en weerhouden de anders zo vriendelijke microbiële bewoners ervan de intestinale epitheliale barrière te passeren. Als deze microben in staat zijn de barrière te passeren, dan wordt ons lichaam blootgesteld aan een groot aantal infecties (wat helemaal niet prettig is!).

Hebben de microbiële bewoners van ons lichaam hetzelfde ritme?

Het is normaal dat alle andere niet-lichaamscellen die in ons lichaam verblijven zich ook aanpassen aan het ritme van het lichaam. Niet-lichaamscellen zoals darmmicroben zijn verweven met het circadiane ritme van ons lichaam en dragen bij tot de constante werking van onze immuunresponsroutes. Daarom zijn darmmicroben niet vreemd voor ons lichaam. Als deze microben echter ongecontroleerd blijven, kunnen ze de darmbarrière doorbreken en een infectie veroorzaken in organen die niet zijn aangepast aan de aanwezigheid van microben.

Microben in de darmen werken synchroon met het circadiaans ritme en spelen een belangrijke rol bij de verandering van metabolische parameters van de gastheer [1,2]. Recentelijk hebben wetenschappers zich gebogen over een intrigerende vraag: Passen deze microben zich aan aan het dagritme van ons lichaam? Hoewel microben hun eigen biologische klok hebben, kunnen ze zich aanpassen aan het ritme van hun omgeving. Maar dit is niet eenvoudig. Specifieke microben die de synthese van Reg3γ kunnen induceren (b.v. Lactobacillus) kunnen met hetzelfde ritme zingen als ons lichaam. Dit duet is echter alleen succesvol als het wordt ondersteund door een vezelrijk, vetarm dieet. Microben die Reg3γ induceren hebben de neiging zelf resistent te zijn tegen het effect van Reg3γ.

De wetenschappers voerden een experiment uit op muismodellen die representatief zijn voor de menselijke darmmicrobiota om te begrijpen of de niveaus van Reg3γ varieerden naargelang de dagcyclus van de muizen. Zij verdeelden de muizen in 2 groepen: de eerste groep kreeg een vetarm dieet (10% vet) en de tweede groep kreeg een vetrijk dieet (37,4% vet) (Figuur 1).

Na vier weken oogstten de wetenschappers de darmen van de muizen op specifieke tijdstippen in een 24-uurs cyclus (4 AM, 8 AM, 12 PM, 4 PM, 8 PM, 12 AM). Ze haalden de slijmvlieslaag (binnenste kleverige bekleding van de darm) eruit. De slijmvlieslaag voorkomt dat de darmmicroben de darmbarrière overschrijden en andere organen van het lichaam bereiken. Bij inspectie van de niveaus van AMPs in deze laag, ontdekten de wetenschappers dat de Reg3γ transcripten op hun hoogtepunt waren om 4 uur ‘s middags bij de met vetarme voeding gevoede muizen, terwijl dit niet het geval was bij de met vetrijke voeding gevoede muizen. In feite bleven de Reg3γ-niveaus in de muizen die met een vetrijk dieet werden gevoed, onveranderlijk gedurende de 24-uurs cyclus.

Om de verandering in de microbiota van de twee groepen muizen te begrijpen, haalden de wetenschappers de darminhoud uit een specifiek deel van de darm: Het ileum. Het ileum is de plaats waar de meeste darmmicroben zich koloniseren. Zij vonden significante verschillen in de relatieve hoeveelheid van diverse bacteriën in het ileum van muizen met een vetarm dieet en muizen met een vetrijk dieet.

Bovendien stelden ze vast dat de hoeveelheid Lactobacillus soorten (waarvan bekend is dat deze Reg3γ induceren) schommelde met de dagcyclus van muizen in muizen die met een vetarm dieet werden gevoed (figuur 1). De wetenschappers ontdekten ook dat een vetrijk dieet de groei bevorderde van bacteriën die behoren tot de Clostridiaceae en Peptostreptococcaceae familie in de muizen met een vetrijk dieet (figuur 1). Van deze families is bekend dat zij in hoeveelheid afnemen in aanwezigheid van Reg3γ.

Figuur 1: Experimentele opzet van de studie met twee groepen muizen die gevoed werden met (a) vetarme en (b) vetrijke voeding. Vetarm gevoede muizen herbergden Reg3γ-inducerende Lactobacillus-bacteriën die met hetzelfde ritme als de dagcyclus van de muizen schommelden. Met een vetrijk dieet gevoede muizen vertoonden geen vergelijkbare trend. De afbeelding is gemaakt in BioRender.com. Het is geïnspireerd op de grafische samenvatting van de oorspronkelijke studie.

Met dit experiment concludeerden ze dat het vetrijke, vezelarme dieet leidt tot de expansie van een andere set microben die de productie van Reg3γ niet induceert. Een dergelijke uitbreiding verhoogt de kans dat opportunistische microben de darmbarrière passeren. Dit betekent meer vatbaarheid voor infecties en in sommige gevallen zwaarlijvigheid, gevolgd door chronische gezondheidsproblemen zoals diabetes.

Wat betekent dit voor ons?

Onze gezondheid, onze darmmicrobiota en ons lichaamsritme zijn met elkaar verweven. Zo ook onze keuze van het voedsel dat we dagelijks eten. Als onze voeding niet wordt aangevuld met de juiste hoeveelheid voedingsstoffen en vezels, slaat ons lichaamsritme een slag over en worden we blootgesteld aan ongewenste gezondheidsproblemen. Daarom moeten we goed nadenken over wat we eten en wanneer we eten. Als onze darmflora gelukkig blijft, blijft ons lichaamsritme dat ook. En het uiteindelijke resultaat? Naast alle primaire gezondheidsvoordelen, een regelmatige en bevredigende toilet cyclus!

Link to the original post: Katya Frazier et al., High-fat diet disrupts REG3γ and gut microbial rhythms promoting metabolic dysfunction. Cell host & Microbe, June 2022.

Featured image: https://www.bionity.com/en/news/1169405/bacterial-cells-can-tell-the-time.html

Vertaald door: Charlotte van de Velde