Schadelijke bacteriën leven in gezonde lichamen zonder ziekte te veroorzaken

Wetenschappers die werken aan een groot project dat alle verschillende microben in kaart heeft gebracht die zich in en op een gezond menselijk lichaam bevinden, hebben een aantal opmerkelijke ontdekkingen gedaan, waaronder het feit dat schadelijke bacteriën kunnen in gezonde lichamen leven en naast hun gastheer en andere microben bestaan ??zonder ziekte te veroorzaken.
Deze week verschijnt de publicatie van verschillende artikelen van het Human Microbiome Project (HMP), waaronder twee in Natuur en twee inch PLoS ONE.

Het microbioom

Het microbioom is de som van alle microben die het lichaam koloniseren: het bevat triljoenen micro-organismen die met 10 tot 1 in aantal groter zijn dan menselijke cellen. De microben wonen in elk hoekje en gaatje van het lichaam, en meestal is de relatie een vriendelijke. , omdat ze voedsel helpen verteren, het immuunsysteem versterken en gevaarlijke pathogenen bestrijden.
Colorado University (CU) - Boulder universitair hoofddocent Rob Knight van het BioFrontiers Institute is co-auteur van de twee Natuur papers. Hij vertelde de pers dat het microbioom slechts 1 tot 3% van de menselijke massa mag uitmaken, maar het speelt een sleutelrol in de menselijke gezondheid.
Een van de fascinerende kenmerken van het microbioom is dat verschillende lichaamssites verschillende communites van micro-organismen hebben die net zo van elkaar verschillen als de verschillen tussen microbiële gemeenschappen in oceanen en woestijnen.
Knight zei:
"Door deze microbiële variatie beter te begrijpen, kunnen we beginnen met het zoeken naar genetische biomarkers voor ziekten."
Een andere van de merkwaardige eigenschappen die de HMP heeft ontdekt, is dat zelfs gezonde mensen lage niveaus van schadelijke bacteriën bevatten, maar zolang het lichaam gezond blijft, veroorzaken ze geen ziekte, ze gaan gewoon samen met nuttige microben.
Knight zei dat we nu moeten uitzoeken waarom: wat gebeurt er met het veroorzaken van ziekteverwekkers die dodelijk worden?

Het Human Microbiome Project (HMP)

Het Human Microbiome Project (HMP) Consortium is een samenwerkende groep van meer dan 200 onderzoekers uit 80 onderzoekscentra die is georganiseerd en gefinancierd door de National Institutes of Health (NIH) in de Verenigde Staten. Het project loopt sinds 2007.
Veel wetenschappers beschouwen menselijke lichamen nu als 'supra-organismen', verzamelingen van gemeenschappen bestaande uit menselijke en microbiële cellen die naast elkaar bestaan ??in een geheel dat meer is dan de som der delen.
Het idee achter de HMP is dat, omdat het microbioom meer gevarieerd is dan het genoom en gemakkelijker te wijzigen, het een meer logisch uitgangspunt biedt voor het individueel afstemmen van behandelingen, het doel van gepersonaliseerde geneeskunde.
Knight zei dat de HMP het microbioom van veel mensen heeft bemonsterd, om "een beter idee te krijgen van variabiliteit en hoe microben samenwerken in complexe gemeenschappen".
In 2009 publiceerde een team van CU-Boulder en de Washington University School of Medicine in St. Louis, geleid door Knight, de eerste atlas van bacteriële diversiteit in het menselijk lichaam in een paper in Wetenschap.
Voor die studie namen ze uitstrijkjes van 27 plaatsen op de lichamen van 9 vrijwilligers en ontdekten dat we menselijke wezens hebben met bacteriële gemeenschappen die sterk variëren van onze lichamen: degenen op ons voorhoofd hebben een andere signatuur dan diegene op onze voeten, en voor degenen op onze navels en degenen in onze neuzen.

Nieuwe manier om het microbioom te onderzoeken

Voor de recent gepubliceerde onderzoeken uit 2012 bemonsterde HMP-onderzoekers de microbiomen van 242 gezonde Amerikanen: het verzamelen van weefsel op drie verschillende tijdstippen van 15 lichaamsplaatsen bij 129 mannen en van 18 locaties bij 113 vrouwen. De sites omvatten de huid, neus, mond, ellebogen en lagere darmen.
Een belangrijk kenmerk van het project is de methode die de onderzoekers hebben gebruikt om de micro-organismen te identificeren. In plaats van afzonderlijke pathogenen te isoleren en te kweken, hebben ze al het DNA van de mens en de microbe samen steekproefsgewijs geanalyseerd en geanalyseerd, voor meer dan 5000 monsters.
Voor de analyse gebruikten ze DNA-sequencingmachines en computers om te zoeken naar specifieke genetische signalen waarvan ze wisten dat ze alleen in bacteriën aanwezig waren. Deze signalen komen van de variabele ribosomale RNA-genen in bacteriën die helpen bij het creëren van cellulaire structuren die eiwitten maken. Met behulp van deze konden de onderzoekers de signaturen van verschillende microbiële soorten traceren.
Met behulp van microbiële handtekeningen konden de HMP-onderzoekers alle sequenties van het menselijk genoom negeren en zich richten op bacterieel DNA.
Een andere methode die zij hebben gebruikt, wordt "metagenomische" sequencing genoemd. Dit sequenteert het DNA van de gehele microbiële gemeenschap en stelt bijvoorbeeld de onderzoekers in staat om de metabole vermogens die gecodeerd zijn in de genen van de microbiële gemeenschap te bestuderen.

Belangrijke ontdekkingen over het microbioom

De HMP-onderzoekers hebben dat vastgesteld meer dan 10.000 microbiële soorten bewonen het menselijke "ecosysteem". Knight zei dat ze geloven dat ze nu tussen 81 en 99% van alle geslachten van micro-organismen in gezonde volwassen Amerikanen hebben gevonden.
Een van de belangrijkste bevindingen was de grote verschillen in microbiële gemeenschappen in het menselijk lichaam. De microbiële gemeenschappen die op de tanden leven, verschillen bijvoorbeeld van die in speeksel.
En de meest uiteenlopende micro-organismen bleken in de huid te zitten, wat waarschijnlijk niet zo verrassend is omdat de huid de belangrijkste barrière is tussen het lichaam en de buitenwereld.
In een van de Natuur studies, geleid door dr. Jeffrey Gordon van de universiteit van Washington, vonden de dramatische verschillen in darmmicroben van Amerikanen vergeleken met mensen uit andere landen zoals Malawi en Venezuela, bij volwassenen en kinderen.
Knight zei dat ze slechts "aan het oppervlak beginnen te krabben" in termen van het ontdekken hoe het menselijke microbioom zich ontwikkelt van kindsbeen af ??tot volwassenheid in verschillende delen van het lichaam en in verschillende landen.
Hij zei dat ze vooral geïnteresseerd waren in de manier waarop niet-westerse bevolkingsgroepen niet lijden aan de ziekten die we gewoonlijk associëren met een westerse levensstijl, zoals astma, allergieën, obesitas en inflammatoire darmaandoeningen.
Een andere interessante ontdekking is dat van de genen die het metabolisme van de mens beïnvloeden, de meeste zitten in het microbioom en niet in het menselijk genoom.
Het menselijk genoom heeft ongeveer 22.000 genen voor het coderen van eiwitten, maar het menselijke microbioom heeft ongeveer 8 miljoen unieke genen die voor eiwitten coderen.
Het gevolg is dat we ons voedsel niet kunnen verteren en essentiële voedingsstoffen kunnen opnemen als het niet voor de bacteriën in onze darmen was.
Ook darmbacteriën doen meer dan voedsel en zijn bestanddelen zoals eiwitten, vetten en koolhydraten afbreken, ze produceren ook heilzame verbindingen zoals vitamines en ontstekingsremmers.
En binnen deze complexiteit van darmprocessen deden de HMP-onderzoekers nog een opmerkelijke ontdekking: de distributie van metabole processen door micro-organismen is belangrijker dan welke soort het werk feitelijk doet.
Een gezonde darm bevat bijvoorbeeld altijd een gemeenschap van microben die helpt om vetten te verteren. Maar deze taak hoeft niet elke keer door dezelfde soort te worden uitgevoerd: de onderzoekers zeiden dat het leek alsof de bacteriën "van elkaar knijpen".

Het nieuwe onderzoek bevestigde ook de bevindingen van eerdere, kleinere onderzoeken: dat de componenten van het menselijk microbioom veranderen tijdens ziekte. Wanneer een patiënt ziek is of antibiotica gebruikt, kan de soort van het microbioom aanzienlijk verschuiven naarmate de ene bacteriesoort of een andere wordt aangetast. Uiteindelijk bezinkt het microbioom echter in een nieuwe staat van evenwicht, zelfs als de vorige compositie niet volledig is hersteld.

Kinderen met onverklaarde koorts

Een van de PLoS studies, geleid door Gregory A Storch, de Ruth L Siteman hoogleraar Kindergeneeskunde aan de universiteit van Washington, onderzochten de microben in de neus en het bloed van kinderen die plotselinge, onverklaarde koorts ontwikkelen. Dit is een veel voorkomend probleem bij baby's jonger dan 3 jaar en antibiotica worden vaak als voorzorgsmaatregel gegeven, maar dit is ook problematisch omdat het bijdraagt ??aan de antibioticaresistentie.
De onderzoekers in dit onderzoek vonden dat monsters van de zieke kinderen meer soorten virus hadden, waarvan sommige nieuw waren, dan monsters van kinderen zonder koorts, die ze ook ter vergelijking hadden gebruikt.
Hoewel koorts een van de manieren is waarop het lichaam zich verdedigt tegen virussen die ziekten kunnen veroorzaken, deze studie toont aan dat zelfs kinderen zonder koorts virussen vervoeren, zij het in kleinere aantallen.
Dit vormt de basis voor verder onderzoek naar de verschillen tussen virale infecties met en zonder koorts, leidend tot nieuwe manieren om microbioomkennis toe te passen in de kliniek, aldus de onderzoekers.

Nieuwe organismen gevonden in ontlastingsmonsters

In een andere PLoS Onderzoek, onderzoekers van het Genome Institute en de University of California, San Francisco, vonden voorheen onbekende groepen (taxa) van micro-organismen in ontlasting monsters van 11 gezonde individuen.
Hoewel ze slechts lage niveaus van deze nog niet-genoemde micro-organismen vonden, suggereren de onderzoekers dat ze waarschijnlijk vrij algemeen zijn omdat ze ze bij verschillende mensen hebben aangetroffen.

Toekomstige HMP-onderzoeken

De HMP-onderzoekers plannen nu klinische studies op zoek naar verbanden tussen het microbioom en de ziekte. Deze omvatten: het onderzoeken van veranderingen in het vaginale microbioom tijdens de zwangerschap; onderzoek naar de rol van het darmmicrobioom bij colitis ulcerosa, slokdarmkanker en de ziekte van Crohn; verder onderzoek van het virale DNA in de neusgaten van kinderen met onverklaarbare koorts; kijken naar het huidmicrobioom bij psoriasis, dermatitis en immunodeficiëntie; en begrijpen hoe het microbioom bijdraagt ??aan kinderstoornissen zoals pediatrische buikpijn en darmontsteking.
Geschreven door Catharine Paddock PhD