Darmen

Onderzoekers van de Universiteit van Gothenburg in Zweden en de Chalmers University of Technology in Zweden tonen aan dat bij de mens een veranderde darmflora in verband wordt gebracht met symptomatische atherosclerose en beroerte. Deze bevindingen zijn gepresenteerd in een studie die op 4 december gepubliceerd is in Nature Communications.

Het menselijke lichaam bevat tien keer meer bacteriële cellen dan menselijke cellen, waarvan de meeste zich bevinden in de darmen. Deze bacteriën bevatten een enorm aantal genen in aanvulling op ons host genoom en zijn gezamenlijk bekend als de darm metagenoom.

Hoe beïnvloed de metagenoom onze gezondheid? Deze vraag wordt momenteel opgepakt door onderzoekers in het snel groeiende gebied van metagenomic onderzoek. Verschillende ziekten zijn gekoppeld aan variaties in het metagenoom.

Onderzoekers van Chalmers University of Technology en Sahlgrenska Academie, Universiteit van Gothenburg laten nu ook zien dat veranderingen in de darm metagenoom gekoppeld kan worden aan atherosclerose en beroerte.

De onderzoekers vergeleken een groep van patiënten met een beroerte met een groep gezonde proefpersonen en vonden grote verschillen in hun darmflora. Ze toonden in het bijzonder aan dat genen die nodig zijn voor de productie van carotenoïden vaker gevonden werden in de darmflora van gezonde personen. De gezonde personen hadden ook aanzienlijk hogere niveaus van een bepaalde carotenoïde in het bloed dan de overlevenden van een beroerte.

Carotenoïden zijn een type antioxidant en er wordt al vele jaren geclaimd dat ze beschermen tegen angina en beroerte. Aldus kan de verhoogde incidentie van carotenoïden producerende bacteriën in de darmen van gezonde proefpersonen aanknopingspunten bieden om te verklaren hoe de darm metagenoom ziektetoestanden beïnvloedt.

Carotenoïden worden tegenwoordig verkocht als een voedingssupplement. De markt ervoor is groot maar klinische studies naar hun werkzaamheid in de bescherming tegen angina pectoris en beroerte hebben wisselende resultaten gegeven.

Jens Nielsen, hoogleraar Systems Biology aan Chalmers zegt dat het de voorkeur geniet om in plaats daarvan probiotica te nemen – voedingssupplementen bevatten bijvoorbeeld die soorten bacteriën die carotenoïden produceren.

“Onze resultaten tonen aan dat langdurige blootstelling aan carotenoïden, via de productie door de bacteriën in het spijsverteringsstelsel, belangrijke voordelen voor de gezondheid hebben. Deze resultaten zouden het mogelijk moeten maken om nieuwe probiotica te ontwikkelen. Wij denken dat de bacteriële soorten in de probiotica zich als permanente cultuur in de darm zouden kunnen vestigen en een langdurig effect zouden kunnen hebben.”

“Door het onderzoeken van de bacteriële microbiota van de patiënt zouden we ook in staat moeten zijn om risico prognoses voor hart- en vaatziekten te ontwikkelen,” zegt Fredrik Bäckhed, hoogleraar Molecular Medicine van de Universiteit van Gothenburg. “Het moet mogelijk zijn om volledig nieuwe ziekte-preventie opties te bieden.”

De onderzoekers hebben nu een bedrijf gestart, Metabogen, om hun ontdekkingen met betrekking tot de metagenoom verder te ontwikkelen. Hun succes is gebaseerd op een nauwe samenwerking tussen ingenieurs, microbiologen en artsen.

Jens Nielsen en Fredrik Bäckhd zijn het er beide over eens dat een van de uitdagingen, op het snel ontwikkelende gebied van metagenomica, de multidisciplinaire facetten zijn, die nieuwe samenwerking en samenvoeging van onderzoeksgebieden vereisen.

Onderzoekers aan het Baylor college van medicijnen en het Texas kinderziekenhuis hebben commensale bacteriën (Commensalisme is in de ecologie een interactie tussen twee organismen, waarbij het ene voordeel heeft en het ander niet beinvloed is) ontdekt in de darmflora die een neurotransmitter produceren die misschien een rol spelen in het voorkomen of behandelen van inflammatoire darmziektes zoals de ziekte van Crohn.

Naar ons weten hebben we de eerste bifidobacterie stam, bifidobacterie dentium, die in staat is om gamma-aminobutyric zuur (GABA) uit te scheiden. “Dit molecuul is een grote remmer van neurotransmitters in de centrale- en het darm zenuwstelsel,”zegt Karina Pokusaeva, een onderzoeker van deze studie en een lid van het loboratorium van James Versalovic.

GABA is een van de hoofd remmers van neurotransmitters in het menselijk zenuwstelsel. Het speelt een rol in het regulieren van pijn, sommige pijnbestrijders die nu in de markt zijn werken door GABA receptors aan te vallen op neurale cellen.

Pokusaeva en haar collegas waren vooral geinteresseerd om de rol te begrijpen die menselijke microben mogelijk spelen in pijn. Ze scanden het genoom (is het geheel van erfelijke informatie in een cel) van potentiele gunstige intestinale microorganismen, geidentificeerd door het menselijke microbiome project, als bewijs voor een gen dat hun mogelijk maakt om GABA te creeren.

“Lab analyse van metagenomic DNA reeksen zorgden ervoor dat we konden demonstreren dat microbiele glutamaat decarboxylase coderings gen overvloedig aanwezig is in de intestinale microbiota vergeleken met andere lichaamsdelen,”zegt Pokusaeva. Een van de grootste producent van GABA is B. dentium, welke een samenstelling uitscheidt die helpt om de zure omgeving te overleven.

Als toevoeging bij de pijnmodulerende eigenschappen kan GABA ook in staat zijn om ontstekingen te remmen. Recente onderzoeken hebben laten zien dat immuun cellen genaamd macrofagen ook GABA receptoren hebben. Wanneer deze receptoren geactiveerd op de macrofagen was er een verlaagde productie van de verbindingen die verantwoordelijk zijn voor ontstekingen.

“Ons lab was nieuwsgierig om te ontdekken of GABA die geproduceerd is door intestinale menselijke isolaat B. dentium een kan hebben op GABA receptoren die aanwezig zijn in de immuun cellen,” zegt Pokusaeva. Samen met haar medewerkers Dr. Yamada en Dr. Lacorazza ontdekten ze dat wanneer de cel blootgesteld werd aan de afscheiding van de bacteriën dat ze dan verhoogde expressie vertoonde van de GABA receptoren in de immuun cellen.

Terwijl de bevindingen nog verder onderzocht moet worden suggereren ze dat B. dentium en de verbindingen die het scheidt mogelijk een rol spelen in het verminderen van ontstekingen die geassocieerd worden met inflammatoire darmziekte.

Een voorlopige studie onder 16 personen suggereert dat het eten van pistachenoten de niveaus van potentieel gunstige bacteriën in de darm kunnen veranderen. Deze ontdekking belooft een goede ondersteuning van een gezonde spijsvertering. Het onderzoek, is de eerste studie naar pistachenoten en amandelen en hun modulerende rol op de darmflora samenstelling.

“Darm microbiota, of de microbiële milieu in de gastro-intestinale darmkanaal, biedt belangrijke functies voor de menselijke gastheer “, zegt Volker Mai, PhD, hoofdauteur van de studie en assistent-professor aan de Universiteit van Florida’s Institute of Food and Agricultural Sciences. “Het wijzigen van microbiota naar een ‘gunstige’ compositie is een veelbelovende aanpak voor de ondersteuning van de gezondheid van de darmen, met mogelijke effecten op de totale gezondheid, en het blijkt dat pistachenoten een rol kunnen spelen in dit proces”.

Pistachenoten lijken prebiotische eigenschappen hebben, deze bevatten niet verteerbare componenten zoals voedingsvezels, die voorkomen in de darm en dienen als voedsel voor de van nature voorkomende bacteriën. Ook bevatten zij fytochemicaliën die het potentieel heeft om microbiota te wijzigen van samenstelling. Voedingsmiddelen met prebiotische eigenschappen versterken de groei van de nuttige bacteriën in het spijsverteringskanaal.

Om deze relatie tussen prebiotica in pistachenoten en de darm te onderzoeken, voerden onderzoekers een voedingonderzoek uit aan de Beltsville Human Nutrition Research Center in Maryland. Zestien gezonde personen kregen een willekeurig van te voren vastgesteld Amerikaans dieet toegewezen. Dit dieet bevatte ofwel 0 gram, 1,5 gram of 3 gram pistachenoten of amandelen per dag. Bij elke deelnemer werden het aantal calorieën per dieet nauwkeurig gecontroleerd om ervoor te zorgen dat ze geen gewicht verloren of in gewicht aankwamen tijdens het onderzoek.

Meerdere ontlasting monsters werden verzameld gedurende het onderzoek en geanalyseerd op bacteriële samenstelling. De onderzoekers hebben ook bepaald hoeveelheden melkzuurbacteriën en bifidobacteriën (twee groepen van levende micro-organismen die zich in het spijsverteringskanaal en helpen afbreken voedingsmiddelen) de ontlasting bevatte.

Na controle van leeftijd, voedingsfactoren en andere relevante variabelen, ontdekte de onderzoekers dat na 19 dagen, bij de mensen die tot 3 gram pistachenoten (ongeveer 147 noten of 2 porties) per dag aten, een veranderingen in de niveaus van verschillende darmbacteriën had plaatsgevonden.

Volgens de uitkomst bleek dat bij mensen die pistachenoten aten een stijging te zien was in de potentieel gunstige butyraat-producerende bacteriën. Butyraat blijkt een geprefereerde bron van energie voor colon epitheel cellen, waarvan wordt gedacht dat zij een belangrijke rol spelen bij de menselijke gezondheid (2). Het verschil in de darm microben was sterker bij mensen die pistachenoten aten dan bij de mensen die amandelen aten. De onderzoekers gebruikten “moderne hoge doorvoer sequencing “om specifieke darmbacteriële DNA handtekeningen te kwantificeren voor en na de consumptie van noten. Volgens de onderzoekers is met behulp van deze methode vast te stellen dat pistachenoten en amandelen het vermogen hebben om de hoeveelheid bacteriën in de darm te helpen veranderen.

“Vezels en onvolledig verteerd voedsel, waaronder noten, zijn nodig voor het handhaven van diverse microbiota, “zegt Mai.” Hoewel het onderzoek nog in een vroeg stadium verkeert, geeft deze studie een veelbelovend signaal dat het verhogen van de consumptie van noten,
specifiek pistachenoten, nieuwe mogelijkheden biedt voor het aanpassen van het aantal in de darm aanwezige ‘gezonde’ microbiota, met potentiële voordelen voor de gezondheid. “

ANN ARBOR, Mich. – Van kleine dorpen in ontwikkelende landen naar stedelijke keukens in de Verenigde Staten, gevaarlijke stammen van de E-coli bacterie maken elk jaar miljoenen mensen ziek – en zorgen voor een onschatbaar aantal doden onder kinderen.

Momenteel geeft nieuw onderzoek van de Universiteit van Michigan Health System wetenschappers een betere kijk op wat er gebeurt bij slachtoffers met door diarree- aangetaste darmen en wat er kan worden gedaan om het te voorkomen of te behandelen.
Zij laten specifiek zien dat bacteriën die normaal in ons spijsverteringskanaal voorkomen, de competitie aangaan met binnendringende bacteriën zoals E-coli om ons lichaam te helpen deze af te weren.

Tevens laten zij zien dat binnendringers afhankelijk zijn van bepaalde genen om tijdelijk de overhand te kunnen krijgen in de competitie – net lang genoeg om te kopiëren en symptomen te veroorzaken die hun afstammeling uit het lichaam verjaagd zodat ze een nieuwe gastheer kunnen vinden.

De bevindingen die gepubliceerd zijn in het tijdschrift Science op haar website Science Express, wijzen op mogelijke manieren om infecties door entero-hemorragische of entero-pathogene E-coli te voorkomen of te behandelen. Dit zijn de types die op de loer liggen bij vlees wat niet lang genoeg gebraden heeft, niet gepasteuriseerde melk, onbehandeld drinkwater, en besmette producten – en dat kan diarree veroorzaken en andere symptomen waar volwassenen ziek van kunnen worden en wat fataal kan zijn bij kwetsbare kinderen.

“Meer dan 1.000 soorten bacteriën leven in onze darmen, in een symbiotische populatie genaamd microbiota, zegt Gabriel Nunez, M.D., de U-M patholoog die het onderzoeksteam leidt. Deze resultaten wijzen uit dat deze bacteriën, ook wel kostgangers genoemd, wedijveren met pathogenen (ziekteverwekkende bacteriën) op een voorheen ondankbare manier – en dat de ziekteverwekkers een bepaald soort genen gebruiken om de kostgangers er tijdelijk uit te concurreren voordat ze het lichaam verlaten. Inzicht in het voorgaande maakt potentieel streven naar preventie en behandeling mogelijk”.

Bijvoorbeeld, omdat het onderzoek aantoont dat schadelijke bacteriën concurreren met kostgangers vanwege bepaalde voedingsstoffen die ze nodig hebben om te overleven, kan het selectief verwijderen van bepaalde nutriënten en het stimuleren van andere helpen. Evenals een misschien een meer gericht gebruik van antibiotica bij de behandeling van patiënten die met een E-coli infectie worstelen.

Nunez en eerste auteur Nobuhiko Kamada, arts, een postdoctoraal man, kwam met deze bevindingen door het bestuderen van muizen die ze hebben geïnfecteerd met C. rodentium – het knaagdier equivalent van de schadelijke E. coli. Het onderzoek betrof speciaal gefokte bacterievrije muizen die het aan alle “goede” darmbacteriën die normale muizen en mensen hebben ontbrak.