In en op ons lichaam bevinden zich tal van micro-organismen, zoals bacteriën, parasieten, schimmels en virussen. Al deze micro-organismen samen noemen we ons ‘microbioom’. Vooral voor de bacteriën in onze darmen, is een belangrijke rol weggelegd. Bacteriën helpen ons met het verteren van voedsel, maken onder andere essentiële vitamines en verhogen onze weerstand tegen ziekmakende micro-organismen die voortdurend in en om ons heen leven.
Communicatie darm-bacteriën
Darmbacteriën opereren niet afzonderlijk. Ze zijn gegroepeerd in complexe gemeenschappen die met elkaar samenwerken. Bovendien communiceert het darmmicrobioom voortdurend met darmcellen en cellen op andere plaatsen in ons lichaam. Dit gebeurt met specifieke moleculen die signalen afgeven aan bijvoorbeeld hormoonproducerende cellen en cellen van het afweersysteem. Wanneer er een verstoring optreedt in deze darm-microbe-communicatie kan dit gevolgen hebben voor onze gezondheid. Zodoende speelt het functioneren van onze darmbacteriën een belangrijke rol bij zowel ziekte als gezondheid.
Samenstelling darmmicrobioom
Er is grote vooruitgang geboekt in de karakterisering van het darmmicrobioom dankzij moleculaire technieken om bacterieel DNA te analyseren en de aanwezigheid van microbiële genen te bepalen (metagenomics). Dit geldt ook voor het onderzoek naar de activiteit van deze genen (metatranscriptomics) en het meten van de eiwitten (metaproteomics) en stoffen (metabolomics) die verschillende bacteriële gemeenschappen produceren.
De samenstelling van het darmmicrobioom lijkt een grote rol te spelen bij het ontstaan van uiteenlopende ziekten, zoals overgewicht, neuro-psychiatrische aandoeningen, suikerziekte (diabetes mellitus), leverziekten, (darm)kanker, darmontstekingen en allergieën. Daarmee vormt het darmmicrobioom ook een aantrekkelijk aangrijpingspunt om deze ziekten te kunnen behandelen of misschien wel voorkomen. Vooralsnog betreft het vooral associaties tussen de samenstelling van de darminhoud en ziektebeelden. Omdat het individueel gekozen dieet het darmmicrobioom in belangrijke mate bepaalt, ligt er nog wel een vraag van ‘kip of ei’.
Fecestransplantatie
De meest drastische behandeling is wellicht de fecestransplantatie. Hierbij wordt de feces van gezonde donoren verwerkt tot een suspensie en aan een patiënt toegediend via een buisje door de neus naar de dunne darm of via de endeldarm naar de dikke darm. Deze behandeling wordt al sinds 2006 in Nederland toegepast voor mensen met een ernstig verstoord darmmicrobioom en steeds terugkerende diarree door de bacterie Clostridium difficile. In 2015 is hiervoor een Nationale Donor Fecesbank opgericht (www.ndfb.nl) en er zijn meer dan 100 patiënten behandeld met een succespercentage van 85 procent. Op dit moment wordt ook voor enkele andere aandoeningen gekeken of fecestransplantaties uitkomst biedt.
Invloed op transplantatie
De ontwikkeling van het afweersysteem na de geboorte gaat hand in hand met de ontwikkeling en het functioneren van de darmbacteriën. Die interactie kan zich (later) op verschillende manieren uiten. Zo worden de effecten van sommige vaccins die we via de mond (bijvoorbeeld rotavirus) innemen waarschijnlijk bepaald door interacties van het microbioom met het afweersysteem. Zo speelt het microbioom ook een grote rol bij afweerreacties bij beenmergtransplantaties.
Bij sommige bloedziekten wordt een stamceltransplantatie verricht om het aangedane beenmerg te vervangen door gezond donorbeenmerg. Na de transplantatie kan dit uitgegroeide nieuwe beenmerg ernstige afweerreacties veroorzaken van de huid, lever, longen en darmen die ook wel bekend staan als graft-versus-host-diseases ofwel transplantaat-versus-ontvanger-ziekten. Er zijn sterke aanwijzingen dat deze afweerreacties worden beïnvloed door de samenstelling van de darmbacteriën. Mogelijk kunnen fecestransplantaties dit voorkomen. Het door ziekte en medicijngebruik verstoorde darmmicrobioom kan dan worden hersteld met het gezonde darmmicrobioom van de donor.
Invloed op medicijnwerking
Recent is vastgesteld dat de samenstelling en functie van het darmmicrobioom sterk wordt beïnvloed door de omgeving, dieet en medicijngebruik, en in mindere mate door de individuele genetische achtergrond. Nog meer dan antibiotica, beïnvloeden medicijnen zoals maagzuurremmers, cholesterolverlagers (statinen) en antidepressiva de samenstelling.
Andersom bepaalt de samenstelling van het microbioom de omzetting van medicijnen in actieve en minder actieve bestanddelen en daarmee de werking. Dit kan vooral een grote rol gaan spelen bij de behandeling van kanker met zogenaamde PD-1/PD-L1-blokkers waarbij de reactie op therapie afhankelijk is van de samenstelling van het microbioom. PD-1 (programmed cell death protein 1) en PD-L1 (programmed cell death protein 1 ligand 1) zijn eiwitten aan het oppervlak van de kankercellen (PD-L1) en de afweercellen (PD-1). De interactie tussen PD-1 en PD-L1 voorkomt dat het afweersysteem de kankercellen doodt.
Remming van deze interactie met monoklonale antistoffen – de blokkers – stimuleert de afweerreactie weer. Deze PD-1-blokkers en PD-L1-blokkers zijn nieuwe geneesmiddelen (checkpointblokkers) voor de behandeling van kanker. Op dit moment wordt deze immunotherapie vooral voorgeschreven bij melanoom (een agressieve huidkanker), niet-kleincellige longkanker, nierkanker, blaaskanker en lymfklierkanker (Hodgkin-lymfoom).
Op deze manier dragen de ontwikkelingen in het microbioomonderzoek bij aan nieuwe specifieke behandelingen die op het individu zijn afgestemd (personalized medicine) en waarbij het effect van het microbioom op de omzetting en de effecten van geneesmiddelen (farmacomicrobiomics) centraal staat.