Microbiologie in hapklare porties
Terugkerende UTI’s en GI-microbioom
Naar de WC gaan is een van de eenvoudige geneugten van het leven. Het is een moment om te ontspannen, je kwetsbaar op te stellen en mens te zijn. Helaas wordt deze ervaring bij 50-60% van de vrouwen en 12% van de mannen minstens één keer in hun leven verpest door het branderige gevoel dat wordt veroorzaakt door een urineweginfectie (UTI). Wat nog erger is, is dat 20-30% van de vrouwen die een UTI doormaken, tot zes keer per jaar een terugkerende infectie kunnen krijgen!
Maar we leven in het tijdperk van antibiotica, het is een gemakkelijke oplossing, toch? Nou, nee. Terugkerende UTI’s (rUTI) worden steeds moeilijker te behandelen naarmate meer veerkrachtige bacteriën zich aan de behandeling onttrekken. Erger nog, de kans op een UTI neemt toe met de leeftijd (vooral bij vrouwen na de menopauze). Dit leidt tot een verminderde levenskwaliteit dankzij de psychologische en sociologische gevolgen.
Wat maakt sommige vrouwen vatbaarder voor terugkerende infecties? Er zijn verschillende factoren vastgesteld en het is een goed idee om na te gaan welke preventieve maatregelen kunnen worden genomen. In het afgelopen decennium hebben studies gesuggereerd dat verschuivingen in het darmmicrobioom, dat in verband is gebracht met verstoringen in andere orgaansystemen, ook een rol zouden kunnen spelen bij rUTI.
De setup
Om deze relatie te onderzoeken hebben Worby et al. het UTI-microbioomproject (UMB) opgezet, een cohortstudie, ook bekend als een prospectieve observationele studie. De klinische studie werd uitgevoerd in twee groepen, een experimentele en een controlegroep. De experimentele groep, bestaande uit 15 vrouwen, is geclassificeerd als vrouwen die het afgelopen jaar minimaal drie UTI’s hebben gehad. De controlegroep bestond uit 16 vrouwen van vergelijkbare leeftijd en gezondheidsstatus. Bij de inschrijving werden ontlasting-, bloed- en urinemonsters verzameld om een uitgangswaarde vast te stellen. Daarna werden gedurende een jaar maandelijks ontlastingstalen verzameld. Binnen de experimentele groep werden aanvullende monsters van ontlasting, bloed en urine verzameld wanneer zich een UTI voordeed. Kortom, genoeg monsters om te proberen te zien wat er aan de hand was voor, tijdens en na een UTI.
Met deze opzet konden de onderzoekers een aantal belangrijke vragen beantwoorden. Vergeet niet dat deze eerste vragen gericht zijn op de associatie tussen het gastro-intestinale microbioom en rUTI’s.
Wat zijn enkele belangrijke kenmerken van het darmmicrobioom van vrouwen met rUTI’s?
Er is een vermindering van butyraat-producerende bacterien en andere nuttige korte keten vetzuren (SCFA) producenten. Er was ook een afname in bacteriesoorten, ook bekend als een lagere rijkdom. Deze kenmerken zijn consistent in een verscheidenheid van op het immuunsysteem gebaseerde aandoeningen, bekijk deze artikelen voor de dodelijke combinatie. Uit de aanwezige soorten konden de onderzoekers een functioneel verlies afleiden van belangrijke tussenproducten bij de suikerafbraak en de biosynthese van aminozuren die nodig zijn voor een stabiel microbioom. Meer bepaald diegene die belangrijk zijn voor het behoud van de gezondheid van de gemeenschap en de suikeropname in de gastheer. Geen van deze factoren verslechterde voorafgaand aan elke UTI gebeurtenis; ze waren gewoon een universeel kenmerk specifiek voor het rUTI cohort.
Dringen dezelfde binnendringende bacteriën als in de urine ook het darmmicrobioom binnen?
Het meest voorkomende type bacterie bij UTI’s (82% van de tijd) is E. coli en wordt gewoonlijk UPEC of uropathogene E. coli genoemd. Maaginfecties zoals C. difficile of voedselvergiftiging favoriet, Salmonella, komen typisch voor bij personen met een laag rijk microbioom en een gebrek aan SCFA-producenten. Aangezien de rUTI-groep deze kenmerken vertoonde, wilden de onderzoekers nagaan of dit ook gold voor E. coli.
In het algemeen waren er geen duidelijke verschillen in overvloed van gastro-intestinale E. coli tussen de controle- en rUTI-cohorten. Maar hoe zit het met de subtielere dynamiek? Er waren incidenten in het rUTI cohort waarbij 10x de normale hoeveelheid E. coli werd waargenomen in het maagdarmkanaal. Helaas waren dit geen betrouwbare voorspellers van een rUTI-gebeurtenis binnen de experimentele groep.
Toen de onderzoekers verschillende stammen van E. coli in urine- en ontlastingmonsters vergeleken, zagen zij twee fylotypen of genetische elementen die voldoende op elkaar leken en die werden gekenmerkt als “persistent” en “virulent”. Dat was opwindend nieuws! Totdat ze zien dat deze stammen aanwezig waren in zowel de controle als de experimentele groepen. De onderzoekers denken dat de genetische informatie misschien niet voldoende is om inzicht te krijgen in de vraag waarom sommige E. coli-stammen hun gedrag veranderen of virulentiefactoren activeren en waarom dit niet in alle gevallen gebeurt, en in toekomstige experimenten zouden zij meer urinemonsters moeten verzamelen.
Is de antibioticabehandeling doeltreffend of schaadt zij de gastheer en houdt zij een onstabiele samenstelling van de gemeenschap in stand?
Antibiotica kon de pathogene micro-organismen slechts tijdelijk uitroeien, aangezien de bacterie na verloop van tijd weer opdook in ontlasting- en urinemonsters. Anderzijds kwam het voorkomen van dezelfde stam, waarbij dezelfde boosdoener herhaaldelijk UTI-symptomen veroorzaakte, slechts bij één deelnemer voor. Maar de stammen die opnieuw opdoken waren vergelijkbaar met de vorige infecterende stam. Bovendien verscheen de pathogene stam tegelijkertijd in ontlastingmonsters. Dit wijst op een soort migratie van deze stammen tussen de anus en de urinewegen.
De dynamiek van de gemeenschap was niet duidelijk, aangezien er geen significante verschillen waren tussen antibioticagebruik en veranderingen in de samenstelling van de gemeenschap. De verergering van de lage gemeenschapsdiversiteit en de instabiliteit na antibiotica duurde niet langer dan 2 weken. In wezen zou een langere observatieperiode nodig zijn om te bepalen of herhaalde blootstelling aan antibiotica in toenemende mate een nog onstabielere bacteriële gemeenschapssamenstelling aanstuurt. Toch is het voor onderzoekers altijd de moeite waard om andere mogelijke behandelingen dan antibiotica te onderzoeken.
Zijn er kenmerken van de gastheer die bijdragen tot de kans op een rUTI?
Omdat de darmbacteriën niet in een vacuüm bestaan en het individu iets kan hebben dat hem vatbaarder maakt voor rUTI’s, onderzochten de onderzoekers het immuunsysteem van de deelnemers. Door te kijken naar uit bloedmonsters verkregen perifere bloedmononucleaire cellen (PBMC’s) werden geen grote verschillen in het immuunsysteem gezien tussen de twee groepen.
De onderzoekers observeerden welke genen “actief” waren in deze PBMC’s binnen de twee groepen. In de RNA-seq beoordeling kwamen slechts twee genen naar voren die sterk tot expressie kwamen. ZNF266, dat verband houdt met een overactieve blaas en het onvermogen om het plassen onder controle te houden bij vrouwen. Een niet-coderende versie van LINC00944 werd in verband gebracht met de verspreiding van een ontstekingsreactie. Een verlies van dit gen betekent een afwezigheid van de belangrijke natural killer cellen die een bacteriële invasie zouden hebben onderdrukt.
De auteurs maakten echter geen bijkomende vergelijkingen tussen samenstelling en genregulering. Zij benadrukten alleen de verschillen in immuunregulatie tussen de cohorten, die mogelijk van invloed zijn op het darmmicrobioom.
Enkele zaken om in gedachten te houden
Hoewel sommige inzichten uit de resultaten van deze studie interessant waren, was dit slechts een eerste verkenning van de relatie tussen het gastro-intestinale microbioom en rUTI. Sommige cruciale elementen werden in de studie verwaarloosd. De vagina heeft bijvoorbeeld een eigen microbioom, maar er werden geen vaginale swabs genomen. Hoewel veel pathogene bacteriën afkomstig zijn uit het rectum, is dit problematisch omdat een derde van de bacteriën bij rUTI uniek zijn voor het vaginale microbioom. Ze konden ook niet duidelijk vaststellen of langdurige antibiotica de scheve populatie bacteriën van onstabiele samenstelling in stand hield en rechtstreeks leidde tot UTI. De onderzoekers konden zich slechts oppervlakkig verdiepen in het verband tussen het darmmicrobioom en rUTI, maar ze begonnen wel de basis te leggen om het verband te bestuderen.
Link to the original post:
Featured image: Created by Author in Bio Render
Vertaald door: Charlotte van de Velde
micro-bites.org 