Hoe en waarom ons lichaam darmbacteriën verhongert
Hebben bacteriën een onbeperkte toevoer van voedingsstoffen in de darmen? In het verleden waren wetenschappers geneigd te geloven dat de darmen een soort paradijs zijn voor deze micro-organismen; maar het blijkt dat die veronderstelling onjuist is - en dat is goed nieuws voor ons.
Volgens recent onderzoek bevatten onze lichamen mogelijk meer bacteriën dan we ons misschien hadden voorgesteld.
In feite is ten minste de helft van de cellen in het lichaam microbieel, en een aanzienlijk aantal daarvan bevolken onze ingewanden.
We hebben een symbiotische relatie met onze bacteriën. Deze micro-organismen hebben een sterke invloed op de toestand van onze algehele gezondheid - zowel lichamelijk als geestelijk.
De bacteriën zijn echter ook afhankelijk van ons lichaam om te voeden, te leven en te groeien, en het blijkt dat ons lichaam behoorlijk bedreven is in het onder controle houden van deze micro-organismen.
Hoe gebeurde dit? Door te regelen tot hoeveel voedingsstoffen de microben toegang hebben. Dit is wat een nieuwe studie, uitgevoerd door wetenschappers van de Duke University School of Medicine in Durham, NC, heeft ontdekt.
“Er lijkt een natuurlijke pikorde te zijn voor de bacteriën en voor ons. In zekere zin is het niet verwonderlijk dat wij, de gastheer, meer kaarten zouden moeten hebben ”, zegt co-auteur Lawrence A. David, Ph.D.
Dit is in tegenspraak met eerdere ideeën over het microbioom van de menselijke darm, die het beschouwen als een omgeving "waar overvloedig voedsel en hulpbronnen binnenstromen, zoals Willy Wonka's chocoladefabriek", zoals David het uitdrukt.
David en collega's rapporteren hun bevindingen in het studiepapier dat in het tijdschrift verschijnt Nature Microbiology.
De darmen hebben de overhand op bacteriën
Het uitgangspunt voor deze studie was afkomstig van Aspen Reese, die nu is gevestigd aan de Harvard University in Cambridge, MA, terwijl ze was ingeschreven als Ph.D. kandidaat bij Duke University.
Dankzij haar achtergrond in ecologie, dacht Reece aan darmbacteriën in de context van de natuurlijke concurrentie om hulpbronnen. In vrijwel alle ecosystemen, zo meende ze, hebben de bewoners de neiging om te concurreren om de beperkte hulpbronnen.
Dus vroeg ze zich af of het misschien hetzelfde is voor de microbiële darmbewoners. Bacteriën in watermassa's, zo redeneerde ze verder, worden beperkt door de beperkte toegang tot voedingsstoffen zoals stikstof of fosfor. Zou stikstof ook in beperkte hoeveelheden in de darmen beschikbaar kunnen zijn?
Om het antwoord op deze vraag te vinden, bestudeerden Reese en collega's ontlastingsmonsters die ze van talloze dieren en mensen hadden verzameld. Ze bestudeerden de uitwerpselen van zebra's, giraffen, olifanten, schapen en paarden, om er maar een paar te noemen. De monsters van menselijke ontlasting waren afkomstig van vrijwilligers in North Carolina.
De resultaten van de analyse van Reese en collega's onthulden dat bacteriën in de menselijke darm aan een korte lijn worden gehouden: ze hebben toegang tot ongeveer 1 stikstofatoom per 10 koolstofatomen. Dit is veel minder dan wat vrijlevende microben krijgen: gemiddeld 1 stikstofatoom op elke 4 koolstofatomen.
Om te bevestigen dat beperkte stikstofniveaus in het milieu in feite de 'vrijheid' van de bacterie controleerden, voerden de onderzoekers een experiment uit bij muizen. Ze gaven de muizen voedsel met veel eiwitten, omdat deze veel stikstof bevatten.
Hoe meer eiwitten de onderzoekers de muizen gaven, hoe meer darmbacteriën erbij kwamen. Toen Reese de dieren met stikstof injecteerde, merkte ze bovendien dat een deel van de stikstof de darmbacteriën bereikte.
Dit, legt ze uit, suggereert dat een gastheerzoogdier in staat is om stikstof af te scheiden via de cellen in de darm om de bacteriën te voeden.
"Onze bevindingen", zegt David, "ondersteunen het idee dat we een manier hebben ontwikkeld om onze bacteriën aan de lijn te houden door ze te laten hongeren naar stikstof."
Een delicaat evenwicht vinden
David legt uit dat dit “ook verklaart waarom het westerse dieet misschien slecht voor ons is. Wanneer mensen te veel eiwitten eten, wordt het vermogen van de gastheer om die stikstof in de dunne darm op te nemen, overstroomd, en meer daarvan komt terecht in de dikke darm, waardoor we onze microbiële gemeenschappen niet meer kunnen beheersen. ''
"Het is misschien gemakkelijker", zegt Reese, "om je voor te stellen dat de darmen minder 'rood van tand en klauw' zijn dan andere delen van de natuur, omdat de microbiota zo gunstig kan zijn voor de mens", aldus het eerdere idee dat suggereert dat de darm is een toevluchtsoord voor bacteriën.
"Maar de bacteriën zijn individuele organismen, die gewoon proberen rond te komen - en er is maar zo veel voedsel om rond te gaan", merkt ze op.
De wetenschappers gingen echter ook in op de gevaren van het bestrijden van bacteriën door ze met antibiotica te bestrijden. Om dat te doen, voerden ze opnieuw een experiment met muizen uit, waarvan ze de resultaten in het tijdschrift publiceerden eLife eerder dit jaar.
Als onderdeel van die studie dienden de wetenschappers antibiotica toe aan 10 muizen gedurende een periode van 5 dagen, en ze verzamelden ontlastingsmonsters - die ze analyseerden - op dagelijkse basis van de dieren.
Dit experiment toonde aan dat, als er geen bacteriën zijn om ze op te eten, stoffen zoals nitraat of sulfaat zich te veel in de darmen verzamelen.
Toen ze stopten met het voeren van antibiotica aan de muizen, herstelden hun ingewanden het microbiële evenwicht; hoewel, legt Reese uit: "We hebben niet echt een idee van wat het 'juiste' aantal bacteriën in de darmen is."
"Zeker nul is te weinig, en vol met alleen bacteriën zou te veel zijn", gaat ze verder. Ook al kunnen muizen vrij gemakkelijk herstellen, zelfs na een agressieve blootstelling aan medicijnen die bacteriën afvegen, is het niet hetzelfde voor mensen, legt David uit.
Het belang van concurrentie
Dat komt gedeeltelijk doordat de knaagdieren bepaalde bacteriën opnieuw verwerven door elkaars ontlasting op te eten. David merkt op: "Mensen zullen dat waarschijnlijk niet willen doen."
Wanneer het microbioom van een persoon wordt gedestabiliseerd, kan dit ervoor zorgen dat ziekteverwekkers gemakkelijker grip krijgen, waarschuwen de onderzoekers.
“Normaal gesproken zullen ziekteverwekkers het moeilijk krijgen om de darmen te koloniseren. Er zijn biljoenen andere bacteriën die ze moeten verslaan om te overleven. Maar als we plotseling de microbiële concurrentie om hulpbronnen wegnemen, verliezen we de controle en hebben de slechte bacteriën die nare ziekten veroorzaken […] een duidelijker pad. "
Lawrence A David, Ph.D.
Er kan een manier zijn om het delicate bacteriële evenwicht te helpen behouden, merken de auteurs op. Momenteel onderzoekt het team hoe voeding - met name de aanwezigheid van prebiotica en probiotica - kan bijdragen aan de darmgezondheid.
"Gedurende de evolutionaire geschiedenis hadden onze lichamen de kans om dit allemaal uit te zoeken en systemen te bouwen om de microbiota onder controle te houden", zegt Reese.
"Maar als onderzoekers die in de moderne tijd leven, denk ik dat we nog steeds proberen grip te krijgen op wat de tussenliggende waarde is en hoe we ons daar kunnen houden", voegt ze eraan toe.
