Ligt de oplossing voor depressie, dementie of kanker bij onze darmbacteriën?

Het wordt steeds duidelijker dat onze darmflora een effect heeft op zowel ons fysieke als ons mentale welzijn.

Wetenschappers laten geen middel onbenut om inzicht te vergaren in de verre voorgeschiedenis van de mens. In het vakblad Communications Biology verscheen een analyse van de microben in coprolieten van neanderthalers in Spanje. Coprolieten zijn versteende fossiele uitwerpselen. In dit geval ging het om zo’n 50.000 jaar oude drollen.

Enkele technische handigheidjes lieten de onderzoekers toe te garanderen dat het om menselijke resten ging: er konden meer dan tweehonderd soorten darmbacteriën uitgehaald worden. Sommige daarvan, zoals soorten uit de geslachten Ruminococcus en Bifidobacterium, zijn ook vandaag nog prominent in onze darmflora aanwezig.

Bijzonder was de ontdekking van vertegenwoordigers van het geslacht Faecalibacterium, dat vandaag geldt als een biomarker voor een gezonde darmflora. Van het eveneens aangetroffen geslacht Prevotella wordt aangenomen dat het langzaam uit onze darmflora aan het verdwijnen is, als gevolg van onze moderne levensstijl met sterk bewerkte voeding en massaal gebruik van antibiotica. Wat niet wil zeggen dat het vroeger allemaal per se beter was: op fossiele tanden van neanderthalers zijn tal van nog onbekende bacteriën ontdekt die wellicht tandproblemen veroorzaakten.

Wetenschappers hebben gekeken naar de darmflora van stammen die vandaag nog leven volgens de aloude jager-verzamelaarstraditie, zoals de Hadza in Tanzania. Ook daar zagen ze significante verschillen met ‘onze’ darmflora. Het belangrijkste is dat de diversiteit in de darmflora bij die mensen veel rijker is dan de onze. Maar omdat de stammen niet langer volledig geïsoleerd van de moderniteit leven, al was het maar omdat wetenschappers er regelmatig op bezoek gaan, moet er voorzichtig worden omgesprongen met het transfereren van hun informatie naar inzichten over de prehistorie.

Uitstervingsgolf

Daarom wordt er zoveel gewicht gehangen aan recent onderzoek gepubliceerd in Nature, waarin 1000 jaar oude coprolieten uit drie opgravingssites van vroege landbouwgemeenschappen in Mexico en de VS onderzocht werden op de aanwezigheid van darmbacteriën.

De onderzoekers registreerden er vele bacteriën die nooit eerder waren gezien, goed voor 38 procent van alle bacteriën die ze konden identificeren. Hun conclusie was onverbiddelijk: het voorbije millennium heeft er zich in onze darmen een grote uitstervingsgolf afgespeeld. Veel microbiodiversiteit is verloren gegaan. In de natuur geldt de regel: hoe hoger de biodiversiteit, hoe beter. In de natuur van onze darmen is dat niet anders.

Ons lichaam herbergt naar schatting ongeveer evenveel microben als eigen cellen, zo’n 15 triljoen elk. Bacteriën zijn niet alleen belangrijk voor de vertering van ons voedsel, ze oefenen tal van functies uit, zoals het bijsturen van onze afweer en het interageren met wat er in onze hersenen gebeurt. Het gewicht van de darmflora, soms beschouwd als een apart orgaan, is hoger dan dat van de hersenen: zo’n 2 kilogram gemiddeld versus 1,4.

De inhoud is een amalgaam van duizenden soorten in variërende verhoudingen, die gezamenlijk zo’n 20 miljoen genen meebrengen, een scherp contrast met de schamele 20.000 genen waarover wij zelf beschikken. Bacteriële genen staan in voor productie- en afbraakprocessen waar wij zonder hen niet toe in staat zijn, zoals het omzetten van stikstof in een biologisch bruikbare vorm.

In feite kunnen wij niet leven zonder onze microflora. We zijn een samenleving, een symbiose met een massa kleine wezentjes die evenmin zonder ons kunnen. Iedereen is een planeet, een biotoop met tal van levensvormen, zowel nuttige als schadelijke.

Vingerafdruk

We worden geboren met zo goed als lege darmen. De eerste lading darmbacteriën krijgen we in principe mee tijdens de geboorte en met de eerste moedermelk. Op basis daarvan ontwikkelen we een eigen darmflora, die voor veel mensen zo uniek is dat hij als een vingerafdruk zou kunnen dienen, zij het wat minder gemakkelijk af te nemen.

De verhouding tussen verschillende soorten en stammen bacteriën varieert sterk van persoon tot persoon, in functie van wat je als basis meekreeg en hoe je verder in het leven staat. De darmflora is enorm flexibel en past zich probleemloos aan nieuwe omstandigheden aan.

In Nature is beschreven hoe de darmen van prematuur geboren baby’s gekoloniseerd worden. Die kindjes komen meestal met een keizersnede ter wereld en profiteren dus niet van de bacteriën die ze bij een normale geboorte meekrijgen. Het patroon van bacteriële kolonisatie ziet er voorspelbaar uit. Eerst komen er pioniers uit het geslacht Staphylococcus in de darmen terecht. Later profiteren vertegenwoordigers van het genus Klebsiella van het voorbereidend werk van de stafylokokken. Enterococcus en Escherichia, die wij als ‘klassieke’ darmbacteriën beschouwen, komen nog later en hypothekeren de kansen van Klebsiella. Er is ook niet te vermijden interactie met schimmels.

De evolutie van onze darmflora is een proces van intense competitie, dat niet bij iedereen op dezelfde manier wordt afgehandeld. Ieder mens reageert anders op zijn leefomgeving, onder meer onder invloed van de typische samenstelling van zijn darmflora.

Immuuntherapie

Het potentieel van darmfloraonderzoek voor de strijd tegen ziektes groeit. Sinds een halve eeuw wordt er werk gemaakt van darmfloratransplantaties voor de behandeling van steeds meer aandoeningen. Bij zo’n transplantatie wordt de darminhoud van een zieke patiënt vervangen door die van een gezond iemand. Voor bepaalde vormen van darmontsteking werkt het uitstekend bij een groot aantal patiënten.

Twee onderzoeksgroepen toonden recent in Science aan dat een darmfloratransplantatie ook nuttig kan zijn in de strijd tegen gevorderde kwaadaardige huidkanker. Een specifieke darmmicrobencocktail zou patiënten gevoeliger maken voor een immuuntherapie waarmee de kanker zelf bestreden wordt. Zo vergroot de kans op een succesvolle behandeling. Vooral bacteriën uit de Firmicutes-groep zouden hierin tussenkomen, maar hoe ze het doen is nog niet opgehelderd.

Het wordt wel steeds duidelijker dat darmbacteriën een belangrijke rol spelen in het sturen van ons afweersysteem. Volgens een analyse in Nature bepalen ze mee de productie van een brede waaier aan antistoffen door zogenaamde B-cellen uit de afweer. Ze hebben ook een rechtstreekse invloed op de verdeling van verschillende soorten afweercellen in ons bloed. Dat komt onder meer omdat een deel van hen door onze flinterdunne darmwand raakt – die is dun om de transfer van voedingsstoffen uit de darm naar het bloed te vergemakkelijken. De bacteriën zouden de ‘gevoeligheid’ van het afweersysteem voor de productie van antistoffen bevorderen, waardoor het efficiënter reageert als het nodig is.

In Cell Reports verscheen een intrigerende analyse die vertrok van de vaststelling dat een alcoholverslaving de doorlaatbaarheid van de darmwand verhoogt, waardoor meer darmbacteriën dan gewoonlijk in de bloedbaan terecht kunnen komen. Sommige bacteriën in de darm van zware drinkers maken stoffen aan die op hun beurt de productie van heilzame stoffen door andere darmbacteriën hinderen. Een alcoholverslaving kan ook via een tussenstap langs de darmflora de hersenen beïnvloeden en mensen depressiever en minder sociaal maken, waardoor ze nog meer de neiging hebben om naar de fles te grijpen.

Het is een van de grote verrassingen die de jongste jaren uit het darmflora-onderzoek is gekomen: er is een rechtstreekse verbinding tussen de darmen en de hersenen, die in twee richtingen loopt. Onze darmflora kan signalen naar de hersenen sturen om sommige dingen anders te gaan doen, maar de hersenen kunnen ook interfereren met de activiteit van microben in het wispelturige orgaan.

Voedselvergiftigingen

Gemakkelijk is het onderzoek naar die darm-hersen-interactie niet, want een verband tussen een bepaald type darmflora en bepaald gedrag (of een gedragsafwijking) betekent niet per definitie dat het ene de oorzaak is van het andere. Maar omdat het veel gemakkelijker is om de darminhoud te manipuleren dan de werking van de hersenen, wordt er sterk ingezet op het exploreren van de interactie.

Zo zijn er solide aanwijzingen dat de ziekte van Parkinson wortels heeft in de darmen. In het vakblad Brain verschenen indicaties dat de fout geplooide eiwitten die in de hersenen aanleiding geven tot de symptomen die met Parkinson gepaard gaan, zoals oncontroleerbare bewegingen en cognitieve problemen, vanuit de darmen naar de hersenen zouden trekken. De route zou via de belangrijkste zenuw van de darmwand naar de hersenen (de nervus vagus) kunnen lopen, maar mogelijk ook via de bloedbaan.

Zelfs banale voedselvergiftigingen kunnen al een effect hebben op je stemming, en niet alleen omdat je niet veel anders ziet dan de muren van je badkamer. Mensen die veel antibiotica nemen, hebben gemakkelijker last van depressies dan anderen. Depressieve mensen beschikken doorgaans over een afwijkende darmflora, met tekorten aan bacteriën als Coprococcus en Dialister, die essentieel zijn voor een goede hersenwerking – zo bleek uit een Belgische studie in Nature Microbiology.

Bepaalde darmbacteriën zijn in staat om het aminozuur tryptofaan om te bouwen tot serotonine: een prikkeloverdrager uit de hersenen die een overwegend gunstig effect op ons doen en laten heeft. Een tekort aan serotonine kan resulteren in depressies en andere psychiatrische problemen.

Het collectief aan microben in onze darmen lijkt zelfs in staat om zo goed als alle prikkeloverdragers uit de hersenen te produceren. Speciale cellen in de darmwand kunnen die prikkels detecteren en omzetten in signalen die via de nervus vagus naar de hersenen gaan.

De hoop is levendig dat het ingrijpen op de bacteriële samenstelling van een darmflora niet alleen het fysieke, maar ook het mentale leven van een persoon beïnvloedt. Bepaalde Lactobacillus-soorten uit yoghurt zouden kunnen helpen bij angsten, als een natuurlijk prozac. Sommige Prevotella-samenstellingen zijn juist gelinkt aan méér angsten en diepere depressies.

De vraag is hoe je manipulatie van de darmflora praktisch organiseert. De ultieme droom is, volgens New Scientist, een ‘genetisch gemanipuleerd organisme met genen van verschillende bacteriën’ dat kan worden gekweekt en ingebracht. Het simpelste zou een effect via de voeding zijn. Een verandering van voedingsgewoonten heeft een effect op de samenstelling van de darmflora. Veranderen van lief impliceert dus soms niet alleen een nieuw type shampoo, maar ook een aangepaste samenstelling van de darmflora, wegens nieuwe eetgewoonten. Meestal betreft het wijzigingen in de verhouding van voorkomen van de aanwezige darmbacteriën.

Het zal altijd gemakkelijker zijn de verhoudingen in de samenstelling van een darmflora aan te passen dan nieuwe soorten te introduceren. Die moeten dan een weg zien te vinden in de microbengemeenschap die zich vanaf de geboorte ontwikkeld en gevestigd heeft, wat niet voor de hand ligt.

Doping

Nature signaleert dat ingrijpen op de darmflora al onderzocht wordt als een methode om topsportprestaties te bevorderen, een soort doping dus. Een van de basisfuncties van darmbacteriën als Faecalibacterium is het afbreken van complexe koolwaterstoffen tot korte vetzuren zoals butyraat, die een belangrijke energieleverancier voor onder meer de spieren zijn.

Marathonlopers blijken over hogere concentraties Veillonella-bacteriën te beschikken dan gemiddeld. Deze bacterie zou instrumenteel zijn in het afbreken van het melkzuur dat zich opstapelt in overbelaste spieren. Ze gebruikt het melkzuur als energiebron voor zichzelf, maar produceert in ruil de stof propionaat die de spierwerking stimuleert. Het is een feedbackmechanisme dat nuttig is voor zowel de mens als de bacterie. Maar of het prestatiebevorderend werkt, is nog niet bevestigd.

Een recente studie in Cell Host Microbe beschreef de kwalijke effecten van voeding rijk aan veel suikers en vetten op de activiteit van darmbacteriën. Zo zitten er in onze darmwand gespecialiseerde Paneth-cellen die een controlerende invloed uitoefenen op de bacteriën in onze darmen door de productie van lichaamseigen antibiotica. Die viseren minder gewenste gasten. Een overmaat aan suikers en vetten blijkt de werking van die cellen zo sterk te hypothekeren dat de remmen op sommige ongewenste gasten wegvallen, zodat ze kunnen gaan woekeren. Dat kan uitmonden in effecten op onze darmflora die funest zijn voor ons welzijn.

Hoewel er nog veel onduidelijkheden zijn, is ‘de markt’ al op het verhaal gesprongen. Handige marketeers hebben een zogenaamd gut-and-psychological-syndrom-dieet uitgedokterd. Het bestaat uit voedingsbestanddelen die via een interventie op de darmflora een gunstig effect op de hersenen zouden hebben, maar volgens Science is er geen solide wetenschappelijke indicatie dat het werkt. Sterker nog, een studie in PLoS One waarin werd beweerd dat het dieet efficiënt is, moest worden teruggetrokken wegens fundamentele fouten in de wijze waarop ze werd uitgevoerd. Ondertussen circuleert het verhaal wel in kringen van vooral alternatieve gezondheidswerkers, die het soms zelfs promoten als een goede behandeling voor aandoeningen als depressie en autisme.

Er zijn ook bedrijfjes die tegen betaling een analyse van je darmflora aanbieden, met indicaties over waarop je het best let om je voeding te ‘optimaliseren’ in functie van de flora in je darmen. Maar een kritische analyse door enkele wetenschappers in New Scientist illustreert dat de bedrijfjes soms totaal verschillende conclusies uit hetzelfde darmstaal puren. Bovendien heeft niet iedereen dezelfde samenstelling van de darmflora nodig om gezond te zijn – darmbacteriën staan in constante interactie met hun drager. Het is wel duidelijk dat de darmflorasamenstelling meer kan zeggen over je vatbaarheid voor bepaalde ziekten dan analyses van je genen, maar dat betekent nog altijd niet dat er pasklare oplossingen uit voort kunnen komen. Daar is het te vroeg voor.

In een darmfloraversie van het retrodenken dat inzake onze voeding tegenwoordig hip is – zie het paleodieet dat zegt dat we moeten eten zoals onze voorouders, omdat we dat honderdduizenden jaren gewoon zijn geweest – promoten sommigen de idee-fixe dat we onze ‘voorouderbacteriën’ in ere moeten herstellen. Maar volgens Science is ook dat geen goed idee, al was het maar omdat wij niet meer leven zoals onze voorouders en onze bacteriën zich al lang hebben aangepast aan onze nieuwe voedings- en andere gewoonten. Velen hebben zelfs resistentie verworven tegen ons overdreven antibioticaverbruik van de jongste halve eeuw. Bacteriën hebben veel grotere genetische aanpassingsvaardigheden dan wijzelf, zodat ze gemakkelijker kunnen inspelen op nieuwe levensomstandigheden. ‘ Rewilding‘ van onze darmen, met wat vroeger ‘wild’ zou zijn geweest, is dus niet noodzakelijk een goed idee.