Microbiologie in hapklare porties
Microben in gestreste omgevingen: voor ieder wat wils!
Stel je een ‘bijna’ leeg landschap voor in de prehistorie. Verschillende gemeenschappen van levende wezens proberen zich in dit landschap te vestigen. Welke zullen slagen en bloeien? Welke zullen ten onder gaan? Hoewel we deze vraag niet kunnen beantwoorden voor alle levende wezens en de overvloed aan landschappen om ons heen, kunnen we wel enig inzicht krijgen in hoe goed microbiële gemeenschappen in de menselijke darm het darmlandschap koloniseren. Maar dat is………makkelijker gezegd dan gedaan!
Een gezonde darm en zijn microbioom
Darmlandschappen kunnen worden ingedeeld in verschillende vormen en maten. Terwijl sommige gezond zijn, zijn andere dysbiotisch; wat betekent dat ze niet het zogenaamde gezonde darmmicrobioom hebben. Dat laatste is een mysterie! Met steeds meer onderzoek realiseren wetenschappers over de hele wereld zich dat er geen eenduidige definitie of samenstelling van een gezond microbioom bestaat. Het verschilt van regio tot regio, van dieet tot dieet, van persoon tot persoon en, nog belangrijker, het verschilt zelfs van persoon tot persoon gedurende zijn of haar hele leven. De meeste wetenschappers zijn het er echter over eens dat een divers darmmicrobioom een essentieel kenmerk is van een gezond darmmicrobioom. Maar wat nog meer? Wat definieert nog meer een gezond darmmicrobioom of een dysbiotisch darmmicrobioom?
Gezien de complexiteit van het maagdarmkanaal en de inwonende darmmicrobiële gemeenschap, wordt het moeilijk om te onderzoeken hoe microben de menselijke darm koloniseren of hoe ze met elkaar interageren. Een onderzoek heeft aangetoond dat een diverse gezonde microbiële gemeenschap verschillende auxotrofe microben bevat die geen genen hebben voor de synthese van essentiële verbindingen om te overleven. De auxotrofen worden echter niet alleen gelaten in hun zoektocht. In hun omgeving bevinden zich andere microben die deze essentiële stoffen in overmaat kunnen aanmaken en de auxotrofen kunnen helpen overleven. Op hun beurt leveren de auxotrofen andere stoffen of een ander overlevingsvoordeel. Deze relatie van geven en nemen vormt in wezen de kern van een gezonde microbiële darmgemeenschap. Deze microbiële symfonie is afhankelijk van een gezonde darmomgeving. Wat gebeurt er als het maagdarmkanaal geen gunstige omstandigheden biedt? Het antwoord op deze vraag is complex.
Een gestresste darm en zijn microbioom?
Weet je nog, het ‘bijna’ lege landschap? In het geval van het darmmilieu kan deze ‘bijna’ leegte schadelijk zijn. Een darmomgeving is gezond als deze niet ontstoken of lek is en niet geïnfecteerd is door een ziekteverwekker. Als deze noodzakelijke gezondheidsrichtlijnen ontbreken, heeft het darmmilieu een inwendige bekleding die doorlatend genoeg is om opportunistische ziekteverwekkers binnen te laten en verdere chronische of schadelijke infecties te veroorzaken. Deze laag van complexiteit in de darm leidt tot de vestiging van een ongelijke mix van microben, die niet noodzakelijkerwijs goed zijn voor de gezondheid van de darmen. Onlangs onderzocht een groep wetenschappers de kolonisatie dynamiek van de darmmicrobiota bij patiënten die leden aan een Clostridioides difficile-infectie. Dit soort onderzoek is lastig! Eerst moesten deze patiënten een antibioticakuur ondergaan om hun bestaande dysbiotische darmmicrobiota schoon te vegen. Daarna werd darmmicrobiota van gezonde donoren overgebracht naar de darmen van de patiënten met behulp van fecale microbiota transplantatie (FMT). Er zijn verschillende manieren om FMT uit te voeren en in het huidige onderzoek gebruikten de wetenschappers ofwel een capsule ofwel een colonoscopie.
Na FMT vergeleken de wetenschappers de microbiota samenstelling tussen de donors op hun basisniveau en de ontvangers. Ze categoriseerden de nieuw gekoloniseerde microben in de darmen van de ontvangers in twee groepen: goed en slecht. Ze ontdekten ook dat de goede kolonisatoren een relatief vollediger metabolisch profiel hadden, voornamelijk de synthese van essentiële organische verbindingen die verantwoordelijk zijn voor de algemene microbiële overleving. De slechte kolonisatoren daarentegen hadden een verminderd metabolisch profiel.
Over het geheel genomen ontcijferden de wetenschappers dat in een gestreste darmomgeving, microben die zelfvoorzienend zijn erin slagen hun niche te vestigen. In dit geval verwijst zelfvoorziening naar het voorspelde vermogen van de microbe om essentiële organische verbindingen, cellulaire bouwstenen, cofactoren en vitaminen te synthetiseren om te overleven. Dit leidt op zijn beurt tot een verminderde diversiteit in de totale darmmicrobiota, waardoor het risico op dysbiose en pathogene infecties toeneemt.
Wat betekent dit voor de toekomst van FMT?
Het onderzoek dat in het artikel wordt besproken, richt zich op het karakteriseren van de darmmicrobiële gemeenschap in een gestreste darmomgeving. FMT heeft in veel recente onderzoeken bewezen een middel te zijn om darmmicrobiële dysbiose te bestrijden. De voor- en nadelen op lange termijn van deze prospectieve behandeling worden echter nog steeds bestudeerd en zijn nog niet volledig ontrafeld. Nog een paar jaar en we zijn misschien dichter bij de ontrafeling van het mysterie!
Link to the original post: Watson, A.R., Füssel, J., Veseli, I. et al. Metabolic independence drives gut microbial colonization and resilience in health and disease. Genome Biol 24, 78 (2023). https://doi.org/10.1186/s13059-023-02924-x
Featured image: By author using Biorender.com
Vertaald door: Liang Hobma
micro-bites.org 