Microbiologie in hapklare porties
Ademloos: De invloed van luchtverontreiniging op het microbiële evenwicht
Aangezien luchtvervuiling een groot deel van de wereldbevolking in een wurggreep houdt, is het essentieel om te praten over de omvang van de invloed ervan op onze gezondheid en ons welzijn. Onderzoek heeft het negatieve effect van luchtvervuiling op hart- en bloedvaten, longen en hersenfuncties aangetoond. Van de bestanddelen van luchtvervuiling zoals NOx-stikstofoxiden, ozon (O3), zwevende deeltjes (PM), vluchtige organische stoffen (VOC’s), koolmonoxide (CO) en polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK’s) is al bekend dat ze schadelijk zijn voor de menselijke gezondheid. Helaas zijn de negatieve gevolgen van luchtvervuiling niet beperkt tot de menselijke gezondheid, maar hebben ze ook sociaaleconomische gevolgen. Een Chinese studie uit 2021 belicht het verlies aan menselijk kapitaal. Ze stelden vast dat getalenteerde afgestudeerden ervoor kozen om te migreren als reactie op de toegenomen luchtvervuiling in Chinese steden. Een fenomeen dat vaak “brain drain” wordt genoemd.
Studies hebben de schadelijke effecten van luchtvervuiling op de menselijke gezondheid al aangetoond en we blijven zitten met de vraag HOE deze luchtvervuiling leidt tot chronische ziekten of functionele beperkingen? Een team onderzoekers bestudeerde de verandering in de microbiële samenstelling van de longen en darmen bij muizen die werden blootgesteld aan roet (CB) en ozon (O3) om deze vraag beter te begrijpen. Het meeste onderzoek naar de negatieve effecten van luchtvervuiling op de menselijke gezondheid is gericht op longaandoeningen en er is relatief minder onderzoek gedaan naar de invloed op onze darmen. Bovendien waren de meeste onderzoeken alleen gericht op afzonderlijke luchtverontreinigende stoffen.
Hier willen Mazumdar en zijn team de veranderingen in het long- en darmmicrobioom in kaart brengen en de long-darmas nauwkeuriger bepalen.
Het experiment:
De set-up omvat een whole-body inhalation exposure system, waarbij groepen muizen volledig worden blootgesteld aan aerosolen van carbon black (CB), ozon (O3) of een mengsel van CB + O3. De niveaus van O3 en CB worden specifiek voor elke groep bijgehouden. Er waren vier groepen muizen en elke groep werd blootgesteld aan de volgende omstandigheden
Groep 1: gefilterde lucht
Groep 2: CB (10 mg/m3)
Groep 3: O3 (2 ppm)
Groep 4: CB +O3 (10 mg/m3 + 2 ppm) gelijktijdige blootstelling.
De microbiota identificeren
Van alle muizengroepen werden monsters genomen voor verwerking en analyse. Uit deze monsters werd DNA geïsoleerd en de specifieke regio van het 16S rRNA-gen (V3-V4 regio’s in dit geval) werd geamplificeerd met PCR. Deze amplificatiestap genereert vele kopieën van het gen van interesse, dat vervolgens werd gesequenced met behulp van next-generation sequencing (NGS) en er werden enorme hoeveelheden sequentiegegevens gegenereerd. Deze sequentiegegevens werden gebruikt om taxonomische identiteiten toe te wijzen en om inzicht te krijgen in de rijkdom (soorten micro-organismen die aanwezig zijn) en gelijkmatigheid (gelijkmatige verdeling van microbiële soorten over monsters of individuen) van de microbiële gemeenschappen, en statistische analyse om verschillen in microbiële samenstelling tussen microbiële groepen te vinden.
De resultaten wijzen op veranderingen in de microbiële gemeenschap van longen als reactie op verschillende blootstellingscondities. Er werd een significante invloed op de microbiële rijkdom in de longen gezien na blootstelling aan CB + O3. Onderzoekers vonden ook de aanwezigheid van bacteriefamilies die in verband worden gebracht met longpathofysiologie. Alleen de controlegroep (groep 1), die gefilterde lucht kreeg, had bacteriën uit een mogelijk gunstige Acetobacteraceae-familie.
Wat betreft de darmmicrobiota werden veranderingen in de bacteriële overvloed gezien. De diversiteit van de darmmicrobiota bleef echter gelijk na meerdere blootstellingen. De resultaten lieten ook een toename zien in de relatieve overvloed van verschillende nuttige darmbacteriën, zoals Lactobacillus, Enterococcus faecalis, Streptococcus en Bifidobacterium. Daarnaast werden er veranderingen waargenomen in de bacteriële populatie van Oscillibacter en Anaeroplasma. Interessant genoeg hebben beide tegenstrijdige gevolgen in de darm. Terwijl een toename van de populatie Oscillibacter kan duiden op een verminderde integriteit van de darmbarrière, waardoor deze meer doorlaatbaar wordt, wordt Anaeroplasma geassocieerd met een verbeterde darmbarrièrefunctie.
Waarom waren de resultaten verschillend voor darm- en longmicrobiota? Waarom vertoonden de long- en darmmicrobiota geen vergelijkbare veranderingen in samenstelling?
Misschien suggereert dit een actieve homeostatische aanpassing in het darmmicrobioom om de negatieve effecten van blootstelling door inademing op de longen tegen te gaan.
Wat hebben ze nog meer ontdekt?
Er bestaat een tweerichtings relatie tussen het microbioom en ontstekingen. Microben kunnen ontstekingsprocessen op gang brengen en van ontstekingsbevorderende immuuncellen is bekend dat ze veranderingen in de microbiële samenstelling veroorzaken. De onderzoekers zagen een toename van eosinofielen, B-lymfocyten en neutrofielen na blootstelling aan de verontreinigende stoffen.
Daarnaast lieten de resultaten ook een toename zien in acetaat- en propionaatniveaus, vetzuren met een korte keten (SCFA’s), na meerdere gelijktijdige blootstellingen. Hun aanwezigheid suggereert dat ze misschien een rol spelen bij het reguleren van de ontstekingsreactie. Het onderzoek wijst ook op specifieke leden van de microbiota waarvan bekend is dat ze deze SCFA’s produceren, wat wijst op een mogelijke bron voor de waargenomen veranderingen.
Bovendien suggereert het onderzoek dat wanneer muizen werden blootgesteld aan zowel carbon black (CB) als ozon (O3), de impact op oxidatieve stress sterker was dan bij blootstelling aan CB of O3 alleen. Deze oxidatieve stress werd in verband gebracht met veranderingen in de longmicrobiota. Uit het onderzoek blijkt dat de hoeveelheid bacteriën in de longen nauw samenhangt met de hoeveelheid oxidatieve stress in het lichaam en dat er een omgekeerde correlatie bestaat tussen de twee. Dit suggereert dat de aanwezigheid van bepaalde soorten bacteriën in de longen een rol zou kunnen spelen bij het verminderen van oxidatieve stressniveaus, waardoor mogelijk enige bescherming wordt geboden tegen de schadelijke effecten van deze stressoren. wanneer er minder bacteriën zijn of een afname in de bacteriële belasting, neigen de niveaus van oxidatieve stress te stijgen, wat mogelijk leidt tot een verhoogd risico op ontstekingen en schade aan de longweefsels. het ingewikkelde samenspel tussen het microbioom en de reactie van het lichaam op stress.
Tot slot
In het onderzoek werden veranderingen waargenomen in de overvloed en samenstelling van microben in zowel longen als darmen. We moeten echter nog steeds de exacte mechanismen achter deze veranderingen en hun implicaties in de ontwikkeling van stofwisselingsziekten begrijpen. Alleen een beter begrip van het verband tussen long- en darmontsteking kan helpen bij de ontwikkeling van gerichte preventie- en behandelingsstrategieën. Dit is precies wat we nodig hebben aangezien luchtvervuiling toeneemt en de levensverwachting nu al verkort.
Link to the original post: Mazumder, M.H.H., Gandhi, J., Majumder, N. et al. Lung-gut axis of microbiome alterations following co-exposure to ultrafine carbon black and ozone. Part Fibre Toxicol 20, 15 (2023).
Featured image: Bing Image Creator
Vertaald door: Liang Hobma
micro-bites.org 