Image credit: Flickr

Wetenschappers hebben ontdekt dat gastheren hun microbiële bewoners van voedingsstoffen verhongeren, wat de microben in onze ingewanden dwingt om te doen wat we willen.

Ieder van ons is maar half mens. De andere helft is microbieel. Triljoenen van virussen, schimmels, bacteriën en andere microscopische organismen coaten onze huid en vormen onze vitale organen. We zijn afhankelijk van deze microbiële gemeenschappen om voedsel te verteren, vitaminen te synthetiseren, immuunsystemen te ondersteunen en zelfs de geestelijke gezondheid te handhaven.

De nieuwe bevindingen wijzen erop dat het moderne voedingspatroon en overmatig gebruik van antibiotica onze positie als weloverwogen overheersers zou kunnen ondermijnen, waardoor de kansen voor de microben groter zouden worden.

Voedingsparadijs

"Er lijkt een natuurlijke pikorde te zijn voor de bacteriën en ons", zegt Lawrence A. David, assistent-professor moleculaire genetica en microbiologie aan de Duke University School of Medicine. "In zekere zin is het niet verrassend dat wij, de gastheer, meer van de kaarten zouden moeten houden."

Per gram zitten er meer bacteriën in de darmen dan in enig ander ecosysteem in de wereld.

Toch zegt David dat de heersende opvatting van het microbioom, met name in de darmen, van een voedselrijk paradijs is "waar overvloedig voedsel en natuurlijke bronnen binnenstromen, zoals de chocoladefabriek van Willy Wonka." Per gram zijn er meer bacteriën in de darm dan in elk ander ecosysteem in de wereld.

In totaal wegen die darmmicroben ongeveer drie pond bij een mens, ongeveer evenveel als de lever of hersenen. Het is dus niet verwonderlijk dat veel wetenschappers denken dat deze microben zo overvloedig zijn omdat de darm een ​​unieke gastvrije omgeving is.

Maar onlangs hebben sommige onderzoekers die theorie in twijfel getrokken, waaronder Aspen Reese, een promovendus in het laboratorium van David die onlangs de overstap maakte naar hoofdonderzoeker aan de Harvard University.

Allerlei kak

Als een getrainde ecoloog, realiseerde Reese zich dat vrijwel elk ander ecosysteem op de planeet leden bevat die strijden om middelen. Waarom zou de darm anders zijn? Voedingsstoffen zoals stikstof of fosfor beperken vaak bacteriën in beken of meren. Reese vroeg zich af of stikstof ook een beperkte hulpbron in de darm was.

Ze besloot de stikstofniveaus in het darmmicrobioom te meten. Omdat darmbacteriën in kak leven, betekende dat het verzamelen van ontlastingsmonsters. Met de hulp van collega's, met name Rob Pringle aan de universiteit van Princeton, slaagde Reese erin om ontlasting te verkrijgen van meer dan 30 verschillende soorten zoogdieren, waaronder wilde zebra's, giraffen en olifanten uit Kenia; binnenlandse schapen, runderen en paarden uit New Jersey; en mensen uit North Carolina.

Ze vermaalde de monsters en telde het aantal stikstof- en koolstofatomen beschikbaar voor de microben.

"De bacteriën zijn individuele organismen, die gewoon proberen te overleven - en er is alleen zoveel voedsel om rond te gaan."

Reese ontdekte dat de microben in de menselijke darm toegang hadden tot gemiddeld slechts één stikstofatoom voor elke tien koolstofatomen, terwijl de meeste vrijlevende microben genieten van een dieet dat bestaat uit één stikstof voor elke vier koolstofatomen.

Om te verifiëren dat stikstofniveaus het microbioom onder controle konden houden, voedde Reese de muizen ook een dieet rijk aan eiwitten, die van nature veel stikstof bevatten. Toen ze de hoeveelheid eiwit verhoogde, groeide het aantal bacteriën in de darm van de muizen vertienvoudigd.

Ik probeer gewoon langs te komen

Sterker nog, toen ze stikstof in de bloedbaan van muizen injecteerde, kwam een ​​deel van die stikstof in de darmbacteriën terecht, wat suggereert dat de gastheer stikstof kan afscheiden door de cellen die zijn darm bekleden om microben te redden van de hongerdood. De bevindingen verschijnen in Natuur Microbiologie.

"Onze bevindingen ondersteunen het idee dat we een manier ontwikkeld hebben om onze bacteriën aan de leiband te houden door hen te laten verhongeren voor stikstof," zegt David. "Het verklaart ook waarom het westerse dieet misschien slecht voor ons is. Wanneer mensen te veel eiwitten eten, verzwakt het de capaciteit van de gastheer om die stikstof in de dunne darm op te nemen, en meer ervan komt terecht in de dikke darm, waardoor we onze microbiële gemeenschappen niet meer kunnen beheersen. "

De situatie is analoog aan wat ecologen eutrofiëring noemen, een fenomeen dat veroorzaakt wordt wanneer kunstmest in vijvers of meren terechtkomt, de stikstof- of fosforconcentraties van het water verhoogt en de overmatige groei van algen of algenbloei stimuleert.

"Het is misschien makkelijker om je voor te stellen dat de darm minder 'rood is in tand en klauw' dan andere delen van de natuur, omdat de microbiota zo gunstig kan zijn voor mensen, 'zegt Reese, een junior fellow van de Harvard Society of Fellows. . "Maar de bacteriën zijn individuele organismen, die gewoon proberen voorbij te geraken - en er is alleen zoveel voedsel om rond te gaan."

Wat is het juiste nummer?

Als de theorie erop wijst dat menselijke gastheren de controle over onze microbiële minderjarigen verliezen, lijkt het misschien alsof het gebruik van antibiotica om hele populaties microben uit te roeien een geweldige manier is om te laten zien wie de baas is. Maar een andere studie door Reese en David geeft aan dat tactiek slecht zou zijn.

Het team gaf 10-muizen een vijfdaagse behandeling van orale antibiotica en analyseerde hun ontlastingsmonsters dagelijks. Hun bevindingen, gepubliceerd in juni eLife, toonde aan dat veel van de bronnen van energiemicroben afhankelijk zijn van - zoals de chemicaliën nitraat of sulfaat - zich begonnen te accumuleren toen de microben uitgeput waren.

"We hebben niet echt een idee van wat het 'juiste' aantal bacteriën in de darm is. Zeker nul is te weinig, en vol zijn met alleen bacteriën zou te veel zijn. "

Kort nadat de antibioticakuur voorbij was, keerde de chemische omgeving in het darmkanaal terug naar de status-quo en begonnen de microben opnieuw te bloeien.

"We weten niet echt wat het 'juiste' aantal bacteriën in de darmen is, 'zegt Reese. "Zeker nul is te weinig, en vol zijn met alleen bacteriën zou te veel zijn."

David voegt een waarschuwing toe dat veel van de meer dan duizend soorten darmbacteriën die door antibiotica worden vernietigd, waarschijnlijk nooit meer terug zullen komen. Tijdens hun experimenten ontdekte zijn team dat de enige manier waarop die microben hun weg terug in de buiken van muizen konden vinden was door de muizen te laten doen wat ze normaal doen, dat is elkaars kruk eten. "Mensen zullen dat waarschijnlijk niet willen doen," zegt hij.

Veel studies hebben aangetoond dat na microbioticabehandeling de microbiomen van mensen maanden, zo niet jaren kunnen worden veranderd. Die wijziging kan een gunstige voedingsbodem voor ziekteverwekkers creëren.

"Normaal gesproken zullen pathogenen het moeilijk krijgen om de darm te koloniseren", zegt David. "Er zijn biljoenen andere bacteriën die ze moeten verslaan om te overleven. Maar als we opeens de microbiële concurrentie voor grondstoffen wegnemen, verliezen we de controle en de slechte bacteriën die vervelende ziektes veroorzaken zoals C. moeilijk colitis heeft een duidelijker pad. "

David en zijn team onderzoeken hoe onze voedingskeuzes - inclusief prebiotica en probiotica - onze relatie met ons microbioom en uiteindelijk onze gezondheid kunnen behouden.

"In de evolutionaire geschiedenis hadden onze lichamen de kans om dit allemaal uit te zoeken en om systemen te bouwen om de microbiota onder controle te houden," zegt Reese. "Maar als onderzoekers die in het moderne tijdperk leven, denk ik dat we nog steeds proberen grip te krijgen op wat de juiste tussenwaarde is en hoe we ons daar kunnen houden."

De National Science Foundation, de Hartwell Foundation, de Alfred P. Sloan Foundation, het Searle Scholars Programme, de European Research Council en het Austrian Science Fund steunden het werk.

Bron: Duke University

Verwante Boeken

at InnerSelf Market en Amazon