Om te overleven in de darmen hebben bacteriën een genetische "toegangscode" nodig (en vaak stelen ze die)
Bacteriën hebben een heel assortiment aan gespecialiseerde genen nodig om de gifstoffen van andere bacteriën te neutraliseren, als ze willen overleven in de menselijke darmen. Uit een nieuwe studie blijkt nu dat ze die vaak stelen van de darmbacterie Bacteroides fragilis. De samenstelling van dat assortiment genen verschilt van persoon tot persoon, wat betekent dat inspanningen om het microbioom gezonder te maken, waarschijnlijk op maat zullen aangemaakt moeten worden.
De darmen van de mens zijn een gevaarlijke plaats om in te leven. Bacteriën die deel uitmaken van het microbioom - de verzameling van de micro-organismen die in en op ons lichaam leven - en die in de darmen leven, scheiden toxines af - gifstoffen - om andere bacteriën die willen binnendringen in de darmen af te weren.
De darmen van elk individu hebben evenwel hun eigen reeks toxines, een individuele 'toegangscode', die bacteriën zich eigen moeten maken om te overleven.
Dat betekent dat een uniforme benadering van probiotica of levende biotherapeutica - de voedingssupplementen met micro-organismen die de groei van gezonde bacteriën onder de darmflora moeten bevorderen - waarschijnlijk niet goed of niet zullen werken, zei mede-auteur van de nieuwe studie Joseph Mougous, een Howard Hughes Medical Institute onderzoeker aan de University of Washington (UW). Het werk van zijn team is een eerste stap om te weten te komen hoe onderzoekers gunstige microben zouden 'op maat' kunnen aanmaken voor verschillende mensen.
"Het manipuleren van de darmflora om mensen gezonder te maken, is zeer beloftevol", zo zei Mougous, "maar de regels voor het koloniseren van de darmen zijn nog onduidelijk." Dankzij de nieuwe studie hebben onderzoekers nu een beter idee van wat er nodig is voor een bacterie om een plaatsje te veroveren in het darmsysteem.
Behoorlijk verraderlijke gifstoffen
Menselijke darmen zitten barstensvol bacteriën: uitwerpselen bevatten zo'n 100 miljard bacteriële cellen per gram en er zouden zo'n 10 keer meer bacteriën in onze darmflora zitten dan we zelf cellen hebben.
Die bacteriën, die samen het microbioom van de darmen genoemd worden, verrichten allerlei onderhoudswerk en dagelijkse karweitjes, zei Mougous. Ze verteren voedsel, houden het oppervlak van de darmen intact, zorgen voor vitamines en gooien slechte bacteriën buiten. "Het microbioom van de darmen is erg belangrijk voor de menselijke gezondheid - daarvan zijn we alvast zeker."
In de laatste tien jaar heeft het team van Mougous een aantal details blootgelegd van een bacterieel verdedigingsmechanisme dat het 'type VI secretion system' (type VI uitscheidingssysteem) genoemd wordt.
Dat verdedigingsmechanisme lijkt op een moleculaire spuit die gifstoffen in de naburige cellen smijt. De toxines breken de celwanden af, hakken membranen in stukken en vernietigen de energiebron van cellen. "Ze zijn behoorlijk verraderlijk", zei Mougous.
Bacteriën gebruiken immuniteitsgenen om die toxines te neutraliseren en zichzelf te beschermen, en indringers die de juiste genen niet hebben, worden uit de darmen gegooid.
Het team van Mougous dacht dat de genen voor de gifstoffen en de immuniteit in paren zouden voorkomen, zoals een slot en een sleutel. Maar een analyse van meer dan 1.000 stalen menselijke stoelgang leverde een verrassing op.
Gestolen immuniteitsgenen
Uit de analyses bleek namelijk dat de immuniteitsgenen van de darmbacterie Bacteroides fragilis veel talrijker waren dan de genen van de bacterie voor de gifstoffen, wat dus een complete verrassing was.
Het team ontdekt dat die extra immuniteitsgenen niet van Bacteroides fragilis zelf afkomstig waren, maar toebehoorden aan andere bacteriën. Die bacteriën hadden de genen van B. fragilis gestolen om zichzelf te beschermen tegen zijn gifstoffen. Dat betekent dat de genen essentieel zijn voor bacteriën om te overleven in de darmen, zei Mougous, iets wat onderzoekers tot nu toe niet wisten.
Omdat die andere bacteriën zelf niet de gifstoffen van B. fragilis aanmaken, hadden ze die genen niet nodig en vandaar dat er dus veel immuniteitsgenen in de stoelgang bleken te zitten dan genen voor de gifstoffen.
Experimenten in het labo toonden aan dat de immuniteitsgenen zich bundelen op stukken DNA die van de ene stam van bacteriën kunnen overspringen op een andere stam. Als de onderzoekers in schaaltjes in het labo en in levende muizen die genen aan bacteriën gaven, werden die onmiddellijk resistent aan de gifstoffen van B. fragilis.
Bovendien ontdekt het team dat de stalen menselijke stoelgang unieke combinaties van genen voor gifstoffen en immuniteit bleken te hebben. "Zodoende kan wat er nodig is om te overleven in het microbioom van één persoon, niet hetzelfde zijn als wat er nodig is om te overleven in het microbioom van iemand anders", zei Mougous.
De resultaten van het onderzoek kunnen mogelijk helpen om te verklaren waarom het zo moeilijk is voor mensen om te sleutelen aan de samenstelling van hun microbioom, zei hij. "Veralgemeende benaderingen om de darmen te koloniseren met bepaalde bacteriën zullen misschien nooit slagen, en moeten mogelijk geïndividualiseerd worden."
De studie van het team van de University of Washington is gepubliceerd in Nature. Dit artikel is gebaseerd op een persbericht van het Howard Hughes Medical Institute.