Microbiologie in hapklare porties
Hoe het Microbioom de Gezondheid van de Longen van Vroeggeborenen Bepaalt
In 2020 werden naar schatting 13,4 miljoen baby’s te vroeg geboren. Dit betekent dat 4-16% van alle baby’s geboren wordt vóór 37 weken zwangerschap. Complicaties bij vroeggeboorte zijn de belangrijkste oorzaak van overlijden bij kinderen vóór de leeftijd van vijf jaar.
Complicaties gerelateerd aan de luchtwegen blijven de belangrijkste doodsoorzaak bij vroeggeboren baby’s, vaak als gevolg van onderontwikkelde longen. Om deze ziekten te behandelen, worden vroeggeboren baby’s vaak op mechanische ventilatie of andere vormen van ademhalingsondersteuning gezet. Echter, zuurstofsuppletie kan een reeks andere problemen veroorzaken door de plotselinge blootstelling aan zuurstof waar hun lichamen niet op voorbereid waren.
De longen van een foetus worden in de baarmoeder niet blootgesteld aan zuurstof, aangezien de meeste zuurstofuitwisseling plaatsvindt via de placenta. Dus, wanneer een baby wordt geboren voordat de longen volledig zijn ontwikkeld, worden ze blootgesteld aan zuurstofconcentraties waar hun longen niet klaar voor zijn, en het gebruik van aanvullende zuurstof kan dit probleem verergeren. Deze overmaat aan zuurstof kan longweefsel beschadigen, abnormale longontwikkeling veroorzaken en leiden tot lange termijn complicaties.
Niettemin resulteert het niet voorzien van een vroeggeboren baby van aangevulde zuurstof vaak in een veel slechtere afloop. Onderzoekers staan voor de moeilijke uitdaging om een manier te vinden om zuurstof aan deze baby’s te geven en tegelijkertijd de negatieve effecten te minimaliseren. In het Willis-laboratorium hebben onderzoekers ontdekt dat het microbioom mogelijk de antwoorden bevat.
In de afgelopen jaren is aangetoond dat het menselijk microbioom essentieel is voor de gezondheid, met invloed op alles van geestelijke gezondheid tot vatbaarheid voor kanker. Het is dan ook geen verrassing dat het microbioom een cruciale rol speelt in longontwikkeling en wondgenezing. Het Willis-laboratorium wilde in eerste instantie bepalen of zuurstofsuppletie de genexpressie kon beïnvloeden, maar ontdekte uiteindelijk dat het het darmmicrobioom kon beïnvloeden.
Onderzoekers stelden vroeggeboren baby’s eerst bloot aan hoge zuurstofniveaus om de expressie van verschillende genen in hun longen en darmen te meten. Daartoe keken ze naar veranderingen in genexpressie na blootstelling aan hoge zuurstofniveaus bij pasgeboren muizen. Ze vonden veranderingen in de longstructuur, maar ook overexpressie van sommige immuungerelateerde genen. Wat echter de interesse van de onderzoekers wekte, waren de veranderingen in de expressie van antimicrobiële peptiden in de darmen van de muizenpups. Antimicrobiële peptiden zijn essentiële eiwitten die helpen bij het doden van dingen zoals bacteriën en betrokken zijn bij wondgenezing en weefsel bescherming.
Toen de muizenpups werden blootgesteld aan hoge zuurstofniveaus, namen antimicrobiële peptiden in hun darm, specifiek hun terminale ileum, af. Het terminale ileum bij vroeggeboren baby’s is zeer vatbaar voor enterocolitis, een ontstekingsziekte die fataal kan zijn. Lysozyme, een cruciaal antimicrobieel peptide, werd minder uitgedrukt in het terminale ileum bij muizen blootgesteld aan overtollige zuurstof (Figuur 1).
Om de invloed van zuurstof op de productie van antimicrobiële peptiden in de darm verder te bevestigen, richtten de onderzoekers zich op organoïden. Organoïden zijn geminiaturiseerde versies van organen geproduceerd in laboratoria, vaak gebruikt om andere systemen in het lichaam uit te sluiten, zoals interacties met andere organen die van invloed zijn op wetenschappelijke resultaten. Dunne darm organoïden die blootgesteld waren aan verhoogde zuurstofniveaus vertoonden een toename van de expressie van ontstekingsgenen en een afname van de expressie van antimicrobiële peptiden. Vergelijkbaar met wat werd gezien in het terminale ileum van de muizen.
Vanwege het effect van zuurstof op antimicrobiële peptiden was het logisch dat er ook een effect zou zijn op bacteriën. Bij het onderzoeken van het microbioom in de darm van muizenpups blootgesteld aan hoge zuurstofniveaus, vonden ze een verschil in de samenstelling van de bacteriële gemeenschap in de darm in vergelijking met muizen die niet aan hoge zuurstofniveaus waren blootgesteld. Specifiek was er een toename van Staphylococcus-bacteriën (Figuur 1).
Hoewel Staphylococcus veel voorkomt in de darm, is het nog niet geassocieerd als een gunstig lid van het darmmicrobioom. De bacterie verandert de structuur van het darmmicrobioom en op hoge niveaus kunnen sommige stammen pathogeen worden. Een toename van Staphylococcus-niveaus kan daarom slecht nieuws betekenen voor het lichaam als geheel.
Dalingen in antimicrobiële peptiden zoals lysozyme verklaren de toename in Staphylococcus-bacteriën. Door de directe link tussen een afname van lysozyme en een toename van Staphylococcus, testten de onderzoekers of afnames in lysozyme verantwoordelijk waren voor longletsel bij muizenpups.
Muizenpups die extra lysozyme kregen, hadden verbeterde longstructuren en functie na blootstelling aan hogere zuurstofniveaus dan de rest van hun nestgenoten (Figuur 2). Interessant genoeg nam ook hun natuurlijke lysozymeproductie toe bij het waarnemen van veranderingen in genexpressie. Bovendien keerden hun niveaus van Staphylococcus-bacteriën terug naar normaal, wat het idee ondersteunt dat lysozyme de bacteriële gemeenschap in de darm onder controle houdt.
Maar hebben de door lysozyme veroorzaakte veranderingen meer dan alleen invloed op de darm?
Extra lysozyme in het dieet veranderde ook de genexpressie in de longen. Muizen die werden blootgesteld aan hoge zuurstofniveaus en lysozyme kregen, vertoonden nog steeds een hogere expressie van genen gerelateerd aan ontsteking in vergelijking met muizen zonder blootstelling. Het toevoegen van lysozyme hielp echter sommige van deze effecten te verminderen.
Huidige behandelingen voor vroeggeboren baby’s om de effecten van vroege zuurstofblootstelling te verminderen, zijn beperkt. Sommige studies hebben aangetoond dat probiotica een ademhalingsstoornis genaamd bronchopulmonale dysplasie verminderen die geassocieerd is met vroege zuurstofblootstelling. Echter, de Food and Drug Administration heeft onlangs afgeraden om probiotische behandeling toe te passen, omdat dit in verband is gebracht met sepsis bij een klein aantal vroeggeboren baby’s, waardoor artsen met weinig behandelingsopties overblijven.
Er wordt al lang gedacht dat er communicatie is tussen de darmen en longen, waarbij ze elkaar beïnvloeden, het zogenaamde darm-long-aspect. Onderzoek in het Willis-laboratorium toont aan dat deze communicatie een grote invloed heeft op de algehele longgezondheid van vroeggeboren baby’s – en het aanvullen van lysozyme in het dieet van vroeggeboren baby’s zou een therapeutische aanpak kunnen zijn om de effecten van zuurstofblootstelling te verminderen.
Dit onderzoek breidt verder uit op onze kennis van het menselijk microbioom en hoe het verband houdt met onze gezondheid – onze bacteriën hebben misschien net zoveel invloed op ons welzijn als wijzelf.
Link to the original post: Abdelgawad, A., Nicola, T., Martin, I., Halloran, B. A., Tanaka, K., Adegboye, C. Y., Jain, P., Ren, C., Lal, C. V., Ambalavanan, N., O’Connell, A. E., Jilling, T., & Willis, K. A. (2023). Antimicrobial peptides modulate lung injury by altering the intestinal microbiota. Microbiome, 11(1), 226. https://doi.org/10.1186/s40168-023-01673-0)
Featured image: Robina Weermeijer on Unsplash
Vertaald door: Mira Stas
micro-bites.org 