Het microbioom: alle micro-organismen op en in ons lichaam

Dr. Dirk-Jan Scheffers
Universitair Docent Moleculaire Microbiologie
Rijksuniversiteit Groningen

1. Wat is de belangrijkste wetenschappelijke ontwikkeling in uw vakgebied?

Mijn vakgebied is de microbiologie. De belangrijkste ontwikkeling in dit vakgebied, waar ik overigens niet zelf aan werk, is de beschrijving van het ‘microbioom’ (‘runner-up’ bij de verkiezing van Breakthrough of the year 2011 in het blad ‘Science’) [1]. Het microbioom is een verzamelnaam voor alle verschillende micro-organismen (bacteriën, Archaea) die op en in (darmflora) ons lichaam leven. Ieder mens draagt tussen de 500 en 1500 verschillende soorten micro-organismen met zich mee, met een totaal aantal cellen dat 10 keer zo groot is als het aantal cellen in ons eigen lichaam. De afgelopen jaren zijn er grote stappen vooruit gemaakt in de identificatie van alle mogelijke bacteriën in het microbioom. De vooruitgang in de technieken om DNA-sequenties te analyseren maken het mogelijk om bacteriën die niet gekweekt kunnen worden in het laboratorium toch te identificeren.

Of je ‘normaal’ geboren wordt of met een keizersnee zorgt voor een verschil in je ‘eerste’ microbioom en er zijn bijvoorbeeld aanwijzingen dat een keizersnee leidt tot een licht verhoogd risico op allergieën en astma. Later wordt de samenstelling van het microbioom bepaald door ons dieet (over langere perioden). Het lijkt er op dat er net als verschillende bloedgroepen, drie verschillende ‘enterotypen’ zijn – mogelijke samenstellingen van de darmflora. De relatie tussen dieet en microbioom heeft gevolgen voor onze kennis van obesitas, diabetes en darmaandoeningen zoals Irritable Bowel Disease en de ziekte van Crohn. Onder laboratoriumomstandigheden is bijvoorbeeld aangetoond dat muizen die getransplanteerd worden met het microbioom van obese of magere muizen vervolgens ook obees worden of mager blijven. Het lijkt er ook op dat het microbioom gedrag kan beïnvloeden – muizen zonder microbioom (germ-free muizen) zijn angstiger en beweeglijker dan normale muizen. De aanmaak van een neurotransmitter die invloed heeft op onder andere depressie kan worden beïnvloed door toevoeging van bepaalde bacteriën aan het voedsel (in de vorm van probiotica – denk aan Yakult). In fruitvliegen is zelfs aangetoond dat de voorkeur voor een seksuele partner kan worden beïnvloed door de samenstelling van het microbioom.

2. Op welke wetenschappelijke doorbraak hoopt u?

Een zorgelijke ontwikkeling in de microbiologie is de ontwikkeling en verspreiding van antibioticum-resistentie onder bacteriën. Er zijn inmiddels stammen van Staphylococcus aureus waar antibiotica nauwelijks meer tegen helpen en hieraan overlijden per jaar in de VS meer mensen dan bijvoorbeeld aan AIDS. Door resistentie-ontwikkeling is tuberculose bezig aan een ‘come-back’ in de derde wereld. De ontwikkeling van deze resistenties wordt gestimuleerd door onverantwoord gebruik van antibiotica (zowel in de gezondheidszorg als in de veehouderij). Ontwikkeling van nieuwe antibiotica is hard nodig en ik hoop op doorbraken die leiden tot de ontdekking van nieuwe antibiotica. Hiervoor worden twee strategieën gebruikt:

De eerste is gebruik maken van het natuurlijke reservoir – er zijn bacteriën en schimmels die van nature antibiotica produceren, om mogelijke indringers uit hun omgeving te weren. Genetische analyse laat zien dat deze bacteriën en schimmels mogelijk ook nog veel andere antibioticum-achtige stoffen zouden kunnen produceren. In de natuur (en in het lab) gebeurt dit niet omdat de genen die voor de synthese van deze stoffen coderen niet worden afgelezen. Deze genen worden nu systematisch achter reguleerbare schakelaars gezet waardoor ze wel worden afgelezen, en vervolgens wordt gekeken of er inderdaad actieve antibiotica geproduceerd worden.

De tweede strategie berust op het beter begrijpen van hoe bacteriën leven en zich voortplanten. Door dit op molecuulniveau te onderzoeken kunnen we gericht ‘doelwitten’, bijvoorbeeld enzymen, vinden waartegen een remmende stof kan worden ontwikkeld. Hierbij is het belangrijk dat het geremde proces in de bacterie niet teveel lijkt op een vergelijkbaar proces in de menselijke cel anders zou het antibioticum wel eens ernstige bijeffecten kunnen hebben. Dit is lastig, kostbaar, tijdrovend en tot nog toe weinig succesvol onderzoek. Toch is het erg nodig omdat het resistentieprobleem steeds groter wordt.

3. Wat is de waarde van uw vakgebied voor de samenleving?

Het belang van de microbiologie voor de samenleving lijkt mij uit bovenstaande voorbeelden al erg duidelijk. Maar buiten hun rol in ons lichaam, zowel ten goede als als ziekteverwekkers, zijn micro-organismen in grote mate verantwoordelijk voor de cycli van bijvoorbeeld koolstof, stikstof en zwavel in de natuur – de rol van bacteriën hierin is lange tijd onderschat maar o.a. expedities die de rijkdom van het leven in de oceaan hebben bestudeerd hebben laten zien dat er veel meer bacteriën in de zee leven dan we tot voor kort dachten. Ook worden micro-organismen ingezet bij allerlei toepassingen – van heel traditionele als het maken van kaas, bier, wijn tot het produceren van geneesmiddelen (insuline), en biobrandstoffen (waterstof, biodiesel uit algen).

[1] Een Nederlandse expert op dit gebied is Prof.Dr. Willem de Vos, Universiteit Wageningen. Veel informatie is te vinden op het blog van wetenschapsjournalist Ed Yong


Andere bijdragen in Biologie, DNA, Medicatie