Divers microbioom voorkomt buikloop

Bacteriën (groen, rood en blauw) in de darm van zoogdieren: de gastheercelkernen (blauwe cirkels) zijn omgeven door groen slijm. Foto: Carolina Tropini, University of British Columbia

Combinaties van sleutelsoorten in darmmicrobiota van muizen bieden dankzij voedingstofblokkades bescherming tegen bacterie-infecties.

Het collectieve vermogen van een gezond darmmicrobioom om voedingstoffen te consumeren die ook geschikt zijn voor ziekteverwekkers maakt gastheren resistent tegen darminfecties. Britse en Franse microbiologen tonen deze kolonisatieresistentie voor Salmonella- en Klebsiella-bacteriën nu aan in reageerbuisproeven en muisexperimenten (Science, 15 december). Ook laten ze zien dat deze bevindingen toepasbaar zijn om te voorspellen welke bacteriële gemeenschappen in een menselijk darmmicrobioom bescherming bieden tegen belangrijke ziekteverwekkers.

Dat darmmicrobiota een cruciale rol spelen in de verdediging van gastheren tegen infecties is reeds veelvuldig aangetoond. Zo bezwijken muizen die steriel zijn grootgebracht bij blootstelling aan de buitenwereld al snel aan infecties. Daarnaast zorgt verstoring van het darmmicrobioom door behandeling met antibiotica bij patiënten vaak voor levensbedreigende infecties door opportunistische microben. Ondanks het belang ervan is er nog weinig inzicht in de beschermende functie van microbiota en welke rol microbiële gemeenschappen hier precies in spelen. Voor het team onder leiding van de Britse evolutiebioloog Kevin Foster van Oxford University reden om op zoek te gaan naar de ecologische patronen achter resistentie tegen voedselinfecties.

Schematische weergave van de blokkering van voedingsstoffen: diverse darmbacteriën (rechts) consumeren de voedingsstoffen die een ziekteverwekker nodig heeft om te groeien en dit voorkomt dat de ziekteverwekker het microbioom binnendringt. Illustratie: Erik Bakkeren, University of Oxford

Hiertoe bestudeerde het team de kolonisatieresistentie bij twee soorten, gramnegatieve bacteriële ziekteverwekkers die op de prioriteitenlijst van de wereldgezondheidsorganisatie WHO staan: de darmbacteriën Klebsiella pneumoniae en Salmonella enterica , serotype Typhimurium. Waarvan K. pneumoniae vooral bekend staat als opportunistische veroorzaker van ziekenhuisinfecties en S. Typhimurium als acute veroorzaker van darminfecties en buikloop. De experimenten in reageerbuizen en muizen bevestigen dat ecologische diversiteit van het microbioom belangrijk is voor resistentie tegen kolonisatie. Hierbij levert een enkele soort darmbacterie slechts een verwaarloosbaar effect op effectieve resistentie tegen ziekteverwekkers, maar vertonen combinaties van essentiële sleutelsoorten – waaronder E. coli en meerdere Bifidobacterium- en Lactobacillus-soorten – een veel grotere kolonisatieresistentie.

Dit complexe patroon is volgens Foster en collega’s verklaarbaar door een eenvoudig onderliggend principe: een divers microbioom consumeert collectief vrijwel alle voedingsstoffen die binnendringende ziekteverwekkers nodig hebben om zich in een gastheer te kunnen vestigen. ‘De complexiteit van het microbioom kan ontstaan door eenvoudige onderliggende principes, wat veelbelovend is bij het oogmerk rationeel microbiomen te ontwerpen voor een betere gezondheid’, claimen de auteurs. In een begeleidend perspective bevestigen de microbiologen Lauren Radlinkski en Andreas Bäumler van de University of California in Davis die claim en voegen daaraan toe: ‘Het zal interessant zijn om te zien of deze principes ook gelden voor andere weefsels van het lichaam die een microbioom huisvesten.’