Micro-organismen in de darm: essentieel voor mens en dier

Erwin G. Zoetendal

Universitair Docent Laboratorium voor Microbiologie

Jubileumsymposium Bond van Boerderij - Zuivelbereiders, Gouda, 07-11-2014

Laboratorium voor Microbiologie Molecular Ecology gut & soil ecogenomics Bacterial Genetics extremophiles & basics Microbial Physiology syntrophic bioconversions

Drie onderzoeksgroepen: ~80 medewerkers

Wat zijn micro-organismen?

Prokaryoten Eukaryoten Bacteriën Archaea schimmels protozoën gisten algen

Hoe kunnen we micro-organismen bestuderen?

Bekijken met de microscoop Kweken op voedingsbodems Met moleculaire technieken Vele duizenden micro organismen ontstaan uit een enkele cel  Reincultuur Gedetailleerd inzicht in wat micro-organismen zijn en (kunnen) doen

Waar komen micro organismen voor?

Waar komen micro organismen voor?

Bifidobacterium longum Lactobacillus bulgaricus Escherichia coli Listeria monocytogenes

Micro-organismen zijn overal en met velen - essentieel voor ons bestaan

rond de helft van de fotosynthese wordt door bacteriën verzorgd 7x10 9 mensen op onze planeet (7000000000) 1x10 30 micro-organismen op onze planeet, hoofdzakelijk bacteriën (1000000000000000000000000000000) 10 22 – 10 23 in de atmosfeer: Gewicht van 1-10 miljoen mensen

Geen Micro-organismen? Geen Leven!

Enkele feiten over onze “eigen” bacteriën

-Hoeveel bacteriële cellen dragen we bij ons? 10 14 : Wij zijn 90% bacterie! -Hoeveel gram aan bacteriën dragen wij bij ons? 500-1000 gram: ieder jaar scheiden we ons eigen lichaamsgewicht uit aan darmbacteriën via ontlasting -Hoeveel soorten bacteriën dragen wij bij ons? Enkele honderden tot duizend, de meesten kunnen we niet kweken, maar wel zien!

Waar zitten onze “eigen” bacteriën?

Plaatsen en holten Buiten het lichaam < 10 11 bacteriën > 100 soorten De binnenband Van ons leven > 10 14 bacteriën >1000 soorten Onze normale microbiota – houden ongewenste bacteriën weg >99% van onze bacterien zit in de darm, met name de dikke darm

Wat doen darmbacteriën?

Darmbacteriën zetten onverteerbare voedingscomponenten en darmslijm (mucus) om in o.a. korte keten vetzuren: Azijnzuur  perifeer weefsel Propionzuur  lever Boterzuur  darmepitheel   Productie van essentiële vitaminen Vormen een verdedigingslinie tegen ongewenste  micro-organismen Trainen ons immuunsysteem Mens en darmbacterie hebben elkaar nodig!

Effect op onze darmbacteriën: algemeen

1) Wie we zijn: we hebben allemaal een unieke darmbacteriesamenstelling die stabiel is in de tijd. 2) Gezondheid: mensen met (chronische) darmziekten hebben vaak een afwijkende darmbacteriesamenstelling 3) Antibiotica: grote tot medium effecten  Effect kan na jaren nog zichtbaar zijn

Effect op onze darmbacteriën: ons voedsel

1) Langetermijn eet/leefpatronen: grote verschillen tussen mensen met een “Westers-” en Afrikaans levenspatroon 2) Dagelijks menu: medium tot kleine effecten 3) probiotica: kleine maar specifieke effecten Nog veel onderzoek nodig mbt effect van specifieke voedingscomponenten inclusief zuivelproducten

Happy Birthday! Arrieta et al, 2014 Frontiers in Immunology

We worden vrijwel steriel geboren Daarna gaan bacteriën zich in en op ons lichaam vestigen

Groot verschil borst- en flesvoeding op ontwikkeling darmbacteriesamenstelling

Borstvoeding flesvoeding Borstvoeding: 60-80%

Bifidobacterium

, weining andere bacteriën Flesvoeding: 20-60%

Bifidobacterium

, veel andere soorten aanwezig

Verschil darmbacteriën tussen huil en controle baby’s

24 huil en controle baby’s

Tijdslijn (dagen) 45 * P <0.03 * *

6 weken huil analyse Huil : 221 min/dag Control: 71 min/dag Geen Significante Verschillen

2 7 14 28

Lagere diversiteit in huil baby’s dan controles @ 2 & 4 weken Vroege biomarkers voor huilbaby’s? de Weerth et al., 2013, Pediatrics

Verschil darmbacteriën tussen huil en controle baby’s

Controle baby’s 2 x meer lactobacillen 2 X meer bifidobacteriën Meer boterzuur producenten Huil baby’s 2 x meer Proteobacteriën Mogelijk onstekings- bevorderend Boterzuur behoort tot de zg. korte keten vetzuren die ontstekingsremmend zijn Daarnaast vermindert boterzuur de pijnwaarneming in volwassenen Verschil darmbacterien zichtbaar voor symptomen van huil baby’s  Correctie van darmbacteriën mogelijkheden mbv probiotica/zuivelproducten?

Darmbacteriën niet uniek voor de mens

Herkauwers hebben een extra vat met micro organismen; de pens

Pens: Fermentatie van plantmateriaal  productie korte keten vetzuren; essentieel voor herkauwers  Productie methaan; broeikasgas Invloed van pensmicro-organismen op: -fysiologie van de koe? -Melk? -Methaanproductie in de pens? -....?

Lopende studie bij ons: invloed van voeding op pensfermentaties en methaanproductie

Voedsel Mais en/of gras I II III IV Samenstelling micro-organismen Hoeveelheid methaan

Pensvloeistof

Prevotella

dominant

Eerste observaties

Vaste materiaal in pens ≠

Butyrivibrio

dominant Samenstelling micro-organismen in vloeistof en vast materiaal verschilt enorm

Conclusies

Micro-organismen zijn essentieel voor mens en dier De meeste bacterien die we bij ons dragen zitten in de darm

Acknowledgements

Susana Fuentes Hauke Smidt Jueeli Vaidya Caroline Plugge Tom van den Borgert Clara Belzer Hans Heilig Philippe Puylaert Ineke Heikamp-de Jong Wilma Akkermans van Vliet Leo Lahti Willem de Vos Anne Salonen [email protected]