29 oktober 2020

De mens is een ecosysteem (1): we leven in symbiose met bacterien

Bacterien, virussen en schimmels hebben lang in het verdomhoekje gezeten, bacterien moesten dood met antibiotica, virussen maken planten en mensen ziek; en schimmels, dat rare spul op het plafond van de badkamer of op planten: weg ermee. Veel onderzoek wat in de afgelopen 20 jaar is uitgevoerd, heeft tot gevolg dat dit beeld aan het draaien is: er zijn inderdaad slechte, maar vooral ook heel veel goede bacterien, virussen en schimmels. Ze allemaal uitschakelen heeft daarmee niet altijd de gewenste positieve gevolgen, maar kan ook zelfs rare negatieve bijeffecten hebben.
Zo werd de bodem gedurende de tweede helft van de 20e eeuw lang gezien als een inert medium waar je met kunstmest je gewassen op moest laten groeien, alle bodemleven met pesticiden doden en alles wat er naast het gewas groeide uitroeien. Maar het blijkt dat een theelepel gezonde bodem zo'n 100 miljoen tot 1 miljard bacterien kan bevatten die de planten kunnen melken om hun nutrienten te krijgen en enkele tientallen tot honderden meters schimmeldraden (het wood wide web), die heel nuttige dingen blijken te doen voor de planten die in deze bodem groeien. Er zit dus heel veel goed en nuttig leven in die bodem. En met het gebruik van pesticiden en kunstmest blijkt dit bodemleven er steeds slechter aan toe te zijn.
Maar hoe zit dat bij de mens? Leven er bij de mens ook bacterien, virussen en schimmels? En zijn deze ook goed voor ons? En worden die ook beinvloed door antibiotica en andere medicijnen?
Daar gaat deze serie blogs over: in de bodem bestaat het bodemvoedselweb, is er iets vergelijkbaars te vinden bij de mens? Deze serie over het ecosysteem in de mens bestaat uit 3 blogs:
1. Het microbioom: we leven in symbiose met bacterien.
2. Het viroom: we leven in symbiose met virussen.
3. Het mycobioom: leven we ook in symbiose met schimmels?

In deze blog gaat het over de symbiose met bacterien, het andere wat groeit en bloeit in en om de mens daar gaan volgende blogs over.

Bacterien

Hoeveel bacterien in de mens leven, daarover is in de jaren 70 een paper gepubliceerd op basis waarvan 7 jaar later een verhouding van 1 menselijke cel op 10 bacterien is gebaseerd, hieruit is een vaak gehoorde quote de wereld ingekomen dat "de mens voor 90% uit niet menselijke cellen bestaat".
In 2016 is een studie gepubliceerd waaruit blijkt dat dit echter een aanname is, die redelijk op drijfzand is gebaseerd. Deze 1:10 verhouding blijft echter nog rondzingen in de wetenschappelijke pers, zo wordt in dit artikel uit 2018 geschreven:
 
"The human microbiome is quickly becoming a key research area particularly as evidence‐based medicine incorporates more individualized treatment schemas; however, studies depicting the impact of microbial populations on host physiology suggest there is still much work to be done to complete the picture (Sender, Fuchs, Milo, 2016; Zmora, Zeevi, Korem, Segal, & Elinav, 2016). The number of human cells in the body is estimated to be around 1013 (Bianconi et al., 2013), leading to striking ratios of up to 10:1 for bacteria‐tohuman cells, implying that a human being is an organism in which 90% of its cell population is foreign."

In het genoemde artikel uit 2016 wordt echter het volgende uitgelegd over de verhouding menselijke tot bacteriele cellen: 
Voor de referentie man van 20 tot 30 jaar oud, met een gewicht van 70 kg en een lengte van 1,70 m, wordt geschat dat het aantal cellen in zijn lichaam 30 biljoen (eerste onderstaande figuur) en 39 biljoen bacterie cellen (tweede onderstaande figuur), wat een verhouding geeft van 1 menselijke cel:1,3 bacteriele cel. 84% van deze menselijke cellen zijn rode bloedcellen (erytrocyten), terwijl de meeste bacterien voorkomen in de dikke darm.

aantal menselijke cellen
Het aantal menselijke cellen.
Bron: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/036103v1.full.pdf

Aantal bacteriele cellen
Het aantal bacterien in het menselijk lichaam.
Bron: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/036103v1.full.pdf

Dit is een duidelijk andere verhouding dan 1:10. Echter, dit betekent nog steeds dat ongeveer 50% van alle cellen in het menselijk lichaam bacteriele cellen zijn. En al deze bacterien zijn dingen aan het doen, die maken dat wij mensen ons eten kunnen verteren, kunnen leven en worden beschermd tegen de buitenwereld (ook op de huid zitten veel bacterien). Bacterien blijken onze vrienden in plaats van onze vijand te zijn: geschat wordt dat slechts 5% van alle bacterie soorten op deze planeet ons kan schaden (bron).
Het hele microbioom blijkt een indrukwekkende bijdrage te leveren aan onze gezondheid!

Bron: https://www.nature.com/articles/sj.bdj.2016.865

Op drie groepen bacterien wordt verder ingegaan: die in de mond, in de darmen en op de huid.

De mondflora

In de mond komen zeer veel bacterien voor, maar ook heel veel verschillende: meer dan 700 soorten bacterien leven in de mond (bron). Deze bacterien dragen bij aan het verteringsproces van het eten wat wij consumeren. De samenstelling blijkt van de mondflora blijkt gedurende de afgelopen duizenden jaren sterk te zijn veranderd. Dit blijkt uit onderzoek naar tanden in opgegraven skeletten. De verkalkte tandplak die op deze tanden is te vinden, bevat nog steeds het DNA van de bacteriepopulatie en biedt dus een goed inzicht in wat de populatie vroeger was, en maakt het daarmee mogelijk om de verandering van de mondflora door de tijd te bepalen.
Het onderzoek (artikel 1, artikel 2, nieuwsbericht 1, nieuwsbericht 2) heeft een aantal fascinerende dingen laten zien:
Allereerst: door de verandering van dieet is de samenstelling van de mondflora veranderd. Toen de jager/verzamelaar boer werd en meer tarwe en gerst ging eten (vanaf ca 10.000 jaar geleden), veranderde de mondflora zodanig dat de mens meer last kreeg van tandvleesaandoeningen. Bij de overgang naar verwerkt meel en suiker (rond 1850) veranderde de mondflora zodanig dat de mens nu ook last kreeg van gaatjes. Consumptie van allerlei zure dranken en roken hebben vervolgens de mondflora verder veranderd.
Een tweede belangrijke conclusie is dat de diversiteit van de mondflora als gevolg van de veranderingen in het eetpatroon sterk is afgenomen. En juist een afnemende biodiversiteit (ook van de mondflora) heeft een lagere veerkracht en is minder gezond. De mondflora is daarmee dus minder goed in staat om tandheelkundige aandoeningen te voorkomen.
In onderstaande afbeelding is de mondflora bij de verschillende aangetroffen skeletten weergegeven, let er hierbij op dat de rechter 6 samples niet van skeletten zijn, maar omgevingsmateriaal is om de mondflora mee te vergelijken.

Bron: https://www.nature.com/articles/ng.2536

De darmflora

In onze darmen zitten de meeste bacterien. En deze wereld van de darmflora staat op dit moment zeer in de spotlights (zie bijvoorbeeld ook deze TED talk, artikel 1 en artikel 2). Er blijken dan ook zeer belangrijke dingen te gebeuren:
de darmflora speelt een belangrijke rol bij de aanmaak van stoffen zoals neurotransmitters, enzymen, vitamines (verschillende B's en K), belangrijke aminozuren, bepaalde vetzuren en allerlei signaalmoleculen (die bijvoorbeeld ons stressniveau en ons temperament bepalen) (bron en deze TED talk).

De darmflora is sterk afhankelijk van wat we eten (zie hierbij dit interview met de Vlaamse professor darmflora Jeroen Raes), er worden (o.a. door hem) verschillende typen darmflora onderscheiden:
1. de Prevotella bacterien zijn dominant; dit is gelinkt aan relatief weinig vet en dierlijke eiwitten en veel zetmeel, vezels en plantaardige eiwitten (soms de jager-verzamelaar genoemd).
2. de Ruminococcus bacterien zijn dominant; dit wordt gelinkt aan een regelmatige langdurige consumptie van veel groenten en fruit met daarin cellulose en zetmeel (soms de boerin genoemd).
3a. de goede Bacteroides bacterien zijn dominant
3b. de slechte Bacteroides bacterien zijn dominant, hierbij zijn veel minder en vooral de minder goede bacterien aanwezig. Deze "arme" darmflora wordt steeds meer gelinkt aan allerlei darmziektes.
Bacteroides zijn vooral uit op dierlijke eiwitten en verzadigde vetten (bron1, bron 2) (soms de stedeling genoemd).
Onderstaand overzicht laat van zes verschillende bevolkingsgroepen wereldwijd de bacterie populatie in de darmen zien (bron). Hierin zijn de 3 groepen bacterien ook terug te vinden, Prevotella zijn rood (linksonder in elke groep), Ruminococcus zijn roze (linksboven in iedere groep) en Bacteroides zijn lichtblauw (rechtsboven in elke groep).

Bron: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2014.00587/full

De typen 3a en 3b komen veel voor in de westerse wereld. Type 1 komt veel voor in Azie, Afrika en bij de inheemse bevolking van Zuid en Latijns Amerika (bron1, bron 2).
Deze 4 groepen van dominante bacteriegroepen en de grote variatie van de darmflora bij verschillende groepen, laat zien hoe sterk dat wat we eten onze darmflora bepaalt. En het dieet per regio verschilt wereldwijd zeer sterk, zoals onderstaande figuur laat zien (rood-bruin zijn de dierlijke producten en geel graanproducten).


Bron: http://www.mdpi.com/2073-4441/6/5/1435/htm

Naast dat eten de samenstelling van onze darmflora beinvloed, zijn generieke antibiotica ook zeer slecht voor de darmflora. Generieke antibiotica dat alle bacterien die het tegenkomt uitschakelt, kan in theorie 50% van ons lichaam uitschakelen... 
In dit artikel komt een voorbeeld voorbij van de opvallende (negatieve) verandering in zijn darmflora die optrad bij een patient die een antibiotica behandeling kreeg voor een operatie aan zijn gebit. Na de eerste antibioticakuur wist de darmflora zich gelukkig redelijk goed te herstellen. Een tweede antibioticakuur lijkt echter een blijvende verandering van de darmflora tot gevolg te hebben. 
Het blijkt dat de antibiotica die in vlees aanwezig is/was, (afhankelijk van waar op deze planeet je bent zit dat er wel of niet (meer) in) de darmflora van de westerling blijvend heeft veranderd (bron 1, bron 2, bron 3, bron 4). Onderstaande figuur laat zien hoe de impact van antibiotica doorwerkt op allerlei plekken in het lichaam; in het artikel waar deze figuur uit komt, wordt bij deze afbeelding het volgende aangegeven:

"Antibiotica werken op de darmflora door de dichtheid ervan te verminderen en de samenstelling langdurig te wijzigen. Dit veroorzaakt een verminderde signalering naar het darmslijmvlies en perifere organen, wat resulteert in een verminderde werking van het immuunsysteem. Afgebeeld zijn voorbeelden van ziekten waarvan is aangetoond dat ze ontstaan of verergeren als gevolg van antibioticabehandeling in muizen."

Bron: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4885777/

Bepaalde darmflora blijken gecorreleerd te zijn aan ziektes, (bijvoorbeeld groep 3b). Tevens blijkt onze veranderde darmflora een slechtere afweer te hebben, waardoor we vatbaarder worden voor bijvoorbeeld antibiotica resistente bacterien (bron). Hoe het causale verband tussen de consumptie van eten, darmflora en ziektes is, dat is echter nog onvoldoende duidelijk. Daar moet nog veel meer goed onderzoek voor worden uitgevoerd (bijvoorbeeld deze studie). Behandelingen van allerlei ziektes zullen in de toekomst wel gaan veranderen, zoals een onderzoek dat in Amsterdam is uitgevoerd laat zien: bij het onderzoek zijn de fecale bacterie flora van gezonde mannen ingebracht in de darmen van mannen met overgewicht; de metabolisatie van suikers in deze mannen veranderde ten positieve (bron).

De huidflora

Ook de huidflora staat steeds meer in de schijnwerpers van onderzoek (bron 1, bron 2, bron 3, bron 4, bron 5). De huidflora blijkt ook een zeer diverse samenleving te zijn, er leven meer dan 1000 bacteriesoorten op de huid. Wat elke bacteriesoort bijdraagt aan het geheel, hoe dit onze gezondheid bepaalt etc is nog niet geheel duidelijk. Wat wel duidelijk is, is dat dit hele ecosysteem van onder andere bacterien bijdraagt aan de gezondheid van onze huid en daarmee ook aan de gezondheid van ons als mens.
Het onderzoek staat nog veelal in de kinderschoenen: dankzij DNA analysetechnieken die steeds breder beschikbaar worden, wordt op dit moment vooral de samenstelling van de huidflora in beeld gebracht:
De samenstelling van de huidflora hangt allereerst sterk af van de locatie van het lichaam, en hiermee samenhangend of de huid vettig, vochtig of droog is.

Bron: https://www.nature.com/articles/nrmicro2537

Iedere persoon leeft ergens anders, gaat naar andere locaties, wroet veel in de tuin, of is alleen maar binnen. Doordat iedereen in verschillende omstandigheden leeft, blijkt de samenstelling van de huidflora bij verschillende mensen daarom ook sterk te verschillen.

A: vettig, B: vochtig, C: droog
Bron: https://www.researchgate.net/publication/26249374_Topographical_and_Temporal_Diversity_of_the_Human_Skin_Microbiome

De variatie van het huidflora blijkt bij mensen die samenleven echter kleiner te zijn dan bij random gekozen personen. Samenleven resulteert dus in delen en mengen van het huidflora (bron).

Zeep blijkt hierbij steeds meer een negatieve bijdrage aan onze huidflora te leveren: we schrobben namelijk te veel. Hygiene is belangrijk en heeft veel goeds gebracht, maar teveel schrobben verzwakt ons afweersysteem: hygiene blijkt een evenwichtsoefening te zijn, in plaats van een strijd voor zo schoon mogelijk (lees dit geweldige artikel over de stand van zaken rondom de huid). Overmatig gebruik van ontsmettingsmiddelen kan (bijvoorbeeld als gevolg van COVID), kan op de lange termijn dan ook negatieve gevolgen hebben (bron).

Conclusie

Het menselijk lichaam wordt bevolkt door triljoenen niet menselijke cellen, die ons gezond houden. Naast elke menselijke cel woont er in en op ons lijf minimaal 1 bacteriecel. Ons lichaam is dus een ecosysteem op zichzelf. Het grote voordeel van deze triljoenen kleine 1-cellige individuen is dat ze veel sneller aanpassen en muteren dan wijzelf kunnen en dus ook ons veel weerbaarder houden bij veranderende omstandigheden. Samenleven met zoveel mogelijk verschillende bacterien (en daarnaast ook virussen en schimmels) is dus een must, wat we juist in veranderende tijden (warmer, droger, ander eten), meer moeten koesteren en uitbuiten.
Tegelijkertijd hebben we door onze leefomstandigheden te veranderen de bacterieflora sterk verzwakt. Onze darmflora is bij de meeste westerlingen zodanig veranderd dat westerlingen veel vatbaarder zijn voor allerlei ziekten, de mondflora is in de afgelopen millennia door de dieetveranderingen (eerst zijn we meer granen gaan eten en daarna meer suikers gaan eten en meer zure dranken gaan drinken) zodanig veranderd, dat we nu meer problemen hebben met ons tandvlees en meer gaatjes in onze tanden krijgen. Door overmatig gebruik van zepen en hygiene producten is onze huidflora ook verzwakt. Kortom, hoewel we nog nooit met zoveel mensen op de planeet hebben rondgelopen hebben we ook nog nooit zo'n slechte afweer gehad, die zeer sterk een invloed beginnen te krijgen op de kwaliteit van ons leven. Dit kunnen we repareren met medicijnen, maar uiteindelijk is dat dweilen met de kraan open.

Bronnen:

- https://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev.mi.31.100177.000543
- https://mbio.asm.org/content/mbio/6/5/e01315-15.full.pdf
- https://evolution.berkeley.edu/evolibrary/news/130301_plaque
- https://www.biorxiv.org/content/10.1101/036103v1.full.pdf
- https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2014.00587/full
- https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnut.2019.00047/full
- https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2019.01629/full
- https://www.hmpdacc.org/
- https://www.humo.be/nieuws/depressie-door-uw-darmen-hoe-u-zich-beter-kan-voelen-door-uw-darmflora-te-veranderen~b28cee40/
- https://www.knack.be/nieuws/gezondheid/ligt-de-oplossing-voor-depressie-dementie-of-kanker-bij-onze-darmbacterien/article-longread-1749527.html
- http://www.mdpi.com/2073-4441/6/5/1435/htm
- https://msystems.asm.org/content/2/4/e00043-17
- https://www.nationalgeographic.com/science/phenomena/2013/02/17/prehistoric-plaque-and-the-gentrification-of-europes-mouth/
- https://www.nature.com/articles/nature11209
- https://www.nature.com/articles/ng.2536
- https://www.nature.com/articles/nrmicro.2017.157
- https://www.nature.com/articles/nrmicro2537
- https://www.nature.com/articles/sj.bdj.2013.878
- https://www.nature.com/articles/sj.bdj.2016.865
- https://www.nature.com/news/scientists-bust-myth-that-our-bodies-have-more-bacteria-than-human-cells-1.19136
- https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK8259/
- https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2805064/
- https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2937523/
- https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3194830/
- https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3279608/
- https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3535073/
- https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3876289/
- https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4885777/
- https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4991899/
- https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6040098/
- https://www.newyorker.com/magazine/2020/08/03/rethinking-the-science-of-skin
- https://www.nytimes.com/2012/06/19/science/studies-of-human-microbiome-yield-new-insights.html
- https://www.nytimes.com/2013/05/19/magazine/say-hello-to-the-100-trillion-bacteria-that-make-up-your-microbiome.html
- https://www.nytimes.com/2018/05/25/opinion/sunday/meat-antibiotics-organic-farming.html
- https://academic.oup.com/ajcn/article-abstract/23/11/1430/4733070?redirectedFrom=PDF
- https://www.researchgate.net/publication/26249374_Topographical_and_Temporal_Diversity_of_the_Human_Skin_Microbiome
- https://www.sciencealert.com/how-many-bacteria-cells-outnumber-human-cells-microbiome-science
- https://www.sciencedirect.com/topics/immunology-and-microbiology/enterotype
- https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452231717300143#f0010
- https://www.ted.com/talks/giulia_enders_the_surprisingly_charming_science_of_your_gut/transcript?language=en
- https://www.theecowell.com/blog/skinmicroflora
- https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/mbo3.761
- https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/dth.13627
- https://www.wired.com/2014/04/hadza-hunter-gatherer-gut-microbiome/
- https://www.youtube.com/watch?v=B9RruLkAUm8

Geen opmerkingen: