Samenwerking tussen darmen en hersenen - moduleren van psyche, spieren en immuunsysteem

De laatste jaren hebben onze microbiële medebewoners in de darm een bijna sensationele carrière doorgemaakt dankzij intensief onderzoek. Tot enkele decennia geleden waren ze weinig bekend en werden ze hooguit beschouwd als hulpjes bij de spijsvertering en als leveranciers van enkele vitaminen. Dit is grondig veranderd. Elk jaar brengt microbioomonderzoek voor een verbaasd publiek bevindingen aan het licht die voorheen bijna niemand in verband zou hebben gebracht met de darmflora die bekend staat als het microbioom. Niet alles is tot in detail onderzocht. Veel weten we alleen van dierproeven, waarvan de resultaten alleen met voorzichtigheid op mensen kunnen worden overgebracht. Toch hebben we al een vrij uitgebreid overzicht van wat de darmflora doet en zou kunnen doen.



D armflora is divers en uniek als een vingerafdruk Ieder mens heeft een typisch samengestelde darmflora die zo uniek zou zijn als een vingerafdruk. Dit is een van de basisbevindingen van het Human Microbiome Project, dat zich ten doel stelde het complexe ecosysteem dat het menselijk microbioom heet, van zoveel mogelijk mensen te analyseren. De onderzoekers besteedden bijzondere aandacht aan de darmflora, omdat die waarschijnlijk het belangrijkste deel van het microbioom is. Daarin leven vooral bacteriën, maar ook virussen en schimmels. Tot nu toe zijn ongeveer 1000 verschillende soorten bacteriën geïdentificeerd. Omdat de identificatiemethoden voortdurend worden verfijnd, valt te verwachten dat het aantal nieuw ontdekte bacteriële medebewoners nog verder zal toenemen. Ondanks de grote variabiliteit hebben onderzoekers echter ook patronen vastgesteld in de samenstelling van de darmflora, die kunnen worden gegroepeerd in drie soorten darmflora, bekend als enterotypen. Wetenschappers werken momenteel aan de correlatie tussen deze individuele enterotypes en bepaalde menselijke eigenschappen.



De darm praat met de hersenen - Wat de darm-hersenas doet De term "darm-hersenas" beschrijft een communicatieweg tussen de darm en de hersenen die lange tijd onopgemerkt was gebleven en ook niet voor mogelijk werd gehouden. Het is niets minder dan de aansturing van hersenfuncties door de darm. Voor velen is dit vandaag de dag nog steeds moeilijk te verteren, omdat het de term "darmgevoel" een geheel nieuwe betekenis geeft. Dus wat zit er achter de darm-hersenas en hoe moeten we ons voorstellen dat hersenfuncties door de darm worden aangestuurd? Natuurlijk moet het gesprek tussen de darmen en de hersenen niet in letterlijke zin worden voorgesteld. Ook al is de aard van de communicatie nog niet in alle onderdelen opgehelderd of het stadium van dierlijke experimentele waarnemingen gepasseerd, meent onderzoek vandaag te weten dat de darm met zijn darmflora op minstens drie manieren contact kan maken met de hersenen voor de uitwisseling van informatie. Daartoe behoort met name de nervus vagus, die de darm en de hersenen communicatief met elkaar verbindt. Maar ook hormonen en neurotransmitters als serotonine, dopamine of melatonine spelen een belangrijke rol. Ze worden allemaal in de darm geproduceerd om in zenuwcellen van de hersenen te werken. Verder zijn stofwisselingsproducten van de darmbacteriën betrokken bij de communicatie. Boterzuur bijvoorbeeld kan de eigenschappen van de bloed-hersenbarrière veranderen. Ook immuunmoleculen en cytokinen die door darmbacteriën worden geproduceerd kunnen de fysiologie van zenuwcellen beïnvloeden.



D armmicrobioom beïnvloedt psyche - Er zouden psychobiotica kunnen zijn Studies over de samenstelling en functie van de darmflora wijzen erop dat de aard van de samenstelling ervan de hersenfunctie en het geestelijk evenwicht beïnvloedt. Als de darmflora verstoord is en bacteriën met een schadelijke invloed de overhand krijgen, correleert dit met psychische welzijnsstoornissen tot en met psychiatrische ziekten zoals depressie, zo kon een groep onderzoekers uit België aantonen. De onderzoekers onderzochten ruim 1000 ontlastingmonsters op hun microbiële samenstelling en correleerden dit met de geestelijke gezondheid van hun eigenaars. Daarbij identificeerden ze bacteriestammen die vaker voorkomen bij mensen met een goede geestelijke gezondheid. Omgekeerd wees de afwezigheid van deze bacteriën op geestelijke stoornissen, waaronder depressie. Het wordt spannend als het gaat om het verhelpen van geestelijke stoornissen door gerichte toediening van zulke bacteriën. Er zijn hierover nog niet voldoende gegevens die het mogelijk maken een cocktail van psychoactieve bacteriën therapeutisch te gebruiken als psychobiotica. Het zou in elk geval wenselijk zijn, want de psychotrope middelen die nu beschikbaar zijn hebben hun nadelen.



D armflora regelt spiergroei - darmbacteriën werken als anabole steroïden Gerichte trainingsactiviteiten bevorderen spiergroei en kunnen pathologisch of leeftijdsgebonden spierverlies compenseren. Of het microbioom in de darm ook een beslissende rol speelt in dit proces is nog niet helemaal duidelijk. Dierstudies bij muizen wijzen erop dat het microbioom in zijn geheel de spieropbouwende training van de dieren ondersteunt. Daartoe werd bij muizen eerst de microbiële flora volledig vernietigd door antibiotica. Daarna trainden de dieren net als hun onbehandelde soortgenoten op het loopwiel. Bij dieren met een intact microbioom was het trainingseffect, gemeten als gevormde spiermassa, aanzienlijk groter dan bij dieren zonder microbioom. Of specifieke bacteriestammen of de anabole stoffen die ze produceren verantwoordelijk zijn voor het anabole effect zal in verdere studies worden opgehelderd.



M icrobioom moduleert immuniteit - Niet-specifieke afweer wordt geactiveerd Hoe kan het immuunsysteem snel reageren op ziekteverwekkers en de mens beschermen tegen infecties? Een antwoord wordt gegeven door het microbioom. Grofweg bestaat het immuunsysteem uit twee divisies, het aangeboren, niet-specifieke immuunsysteem en het adaptieve, specifieke immuunsysteem. Het microbioom communiceert met structuren van het aangeboren immuunsysteem, dendritische cellen genaamd, en brengt ze in een permanente staat van paraatheid om te reageren. Op deze manier geactiveerd, is het aangeboren immuunsysteem snel in staat te reageren op indringers uit de luchtwegen, de darm of via de huid, en in een tweede stap het specifieke immuunsysteem te alarmeren. Als de activering uitblijft door verstoringen van het microbioom, kan de afweer de aanvaller niet zo snel afweren, zoals experimenten met kiemvrije muizen hebben aangetoond. Dit vertraagt ook het alarmeren van het specifieke immuunsysteem. Welke biomoleculen verantwoordelijk zijn voor de communicatie tussen het microbioom en het immuunsysteem wordt onderzocht door immunologen van de Berlijnse Charité.



K olonisatieweerstand - darmbacteriën beschermen tegen ziekteverwekkers Een gezonde darmflora als onderdeel van het menselijk microbioom bestaat uit een groot aantal micro-organismen. Moderne analysemethoden brengen voortdurend nieuwe, voorheen onbekende soorten bacteriën aan het licht. Momenteel gaat onderzoek uit van minstens 1000 verschillende darmbacteriën en een grotendeels onbekend aantal virussen en schimmels. Deze microbiële veelheid is een belangrijke component van de kolonisatieresistentie, die de opkomst van andere bacteriën onderdrukt en beschermt tegen ziekteverwekkers. Zo zorgt een gezonde darmflora ervoor dat geen ziekteverwekkers zich in de darm kunnen vermenigvuldigen en via het darmslijmvlies in de bloedbaan terechtkomen.



M icrobioom is een bioreactor - bacteriën produceren belangrijke biomoleculen Communicatie tussen de darm en de hersenen vindt zowel zenuwachtig plaats via de nervus vagus als humoraal via neurotransmitters en neurohormonen. De meeste humorale boodschappers worden in de darm geproduceerd door darmbacteriën, maar ook in de hersenen. Dit zorgt voor onderlinge communicatie. Serotonine, noradrenaline en dopamine zijn betrokken bij de humorale communicatie. Serotonine staat ook bekend als het gelukshormoon en draagt in belangrijke mate bij aan het geestelijk welzijn.
Minder bekend zijn korte-keten vetzuren, die ook door darmbacteriën worden geproduceerd. Ze omvatten boterzuur (butanoaat) en valeriaanzuur (pentanoaat), die volgens een studie van de universiteiten van Würzburg en Marburg immuuncellen agressiever maken. Als het mogelijk zou zijn dit effect van de twee vetzuren gericht therapeutisch te gebruiken, zouden kankertherapieën effectiever gemaakt kunnen worden. Dit is de hoop van de onderzoekers.
Bacteriën van de darmflora produceren ook vitaminen. Daartoe behoren biotine, foliumzuur, vitamine B2 en B12 en vitamine K. Het is bekend dat een aanzienlijk deel van de dagelijkse behoefte aan vitamine B12 door darmbacteriën wordt geproduceerd.

Conclusie: Wie denkt dat alles bekend is over de darm en zijn darmflora en dat er niets nieuws te ontdekken valt, vergist zich. In de huidige onderzoeksprogramma's wordt zeer intensief gezocht naar mogelijkheden om sommige ziekten te behandelen door gerichte veranderingen in de darmflora. Dit gaat zover dat een pathologisch veranderde darmflora volledig vervangen wordt door een gezonde met gewenste eigenschappen.

Bron: Valles-Colomer, M., et al. The neuroactive potential of the human gut microbiota in quality of life and depression.

Nat Microbiol 4, 623-632 (2019). https://doi.org/10.1038/s41564-018-0337-x Taylor R. Valentino, et al. Dysbiose van het darmmicrobioom schaadt de aanpassing van de skeletspieren van muizen aan inspanning, The Journal of Physiology, First published: 26 September 2021,https://doi.org/10.1113/JP281788 Laura Schaupp et al. Microbiota-Induced Type I Interferons Instruct a Poised Basal State of Dendritic Cells, Cell Volume 181, ISSUE 5, P1080-1096.e19, May 28, 2020DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2020
.04.022 Maik Luu, et al. Microbiële vetzuren met korte keten moduleren CD8+ T-celresponsen en verbeteren adoptieve immunotherapie voor kanker. Nature Communications, https://doi.org/10.1038/s41467-021-24331-1