Je leest:

Leven in de brouwerij

Leven in de brouwerij

Bacteriën in de dunne en dikke darm

Auteurs: en | 12 december 2016

De bacteriën in onze darmen leveren een belangrijke bijdrage aan de vertering van ons voedsel en produceren daarbij een aantal essentiële voedingsstoffen. Onze spijsvertering heeft dus veel baat bij een goed functionerend microbioom.

Dat begint al bij de mond waar speekselenzymen zetmeel uit het voedsel afbreken. Via de slokdarm komt het vermalen voedsel in de maag, die heel zuur is door uitscheiding van zoutzuur. De pH is ongeveer 2,5. Dit doodt het overgrote deel van de bacteriën in ons voedsel. Na enkele minuten tot enkele uren gaat het voedsel naar de dunne darm. Hoewel er maar weinig bacteriën de maag overleven, gedijen sommige bacteriën juist goed in zure omstandigheden, zoals de veroorzaker van de maagzweer Helicobacter pylori.

Afbreken en absorberen

De dunne darm van de mens, circa 6 tot 7 meter lang, verteert en absorbeert het overgrote deel van de belangrijkste voedingsstoffen uit ons eten. Daar heeft het 3 tot 10 uur de tijd voor. Om dit proces efficiënt te laten verlopen heeft de dunne darm een heel groot oppervlak van ongeveer 200 m2 (een tennisveld) dat in nauw contact staat met de darminhoud die steeds meer bacteriën bevat naarmate het de dikke darm nadert.

In het eerste deel van de dunne darm, de twaalfvingerige darm (25 centimeter lang), wordt de zure maaginhoud geneutraliseerd door de uitscheiding van bicarbonaat (HCO3-), en de pH stijgt naar ongeveer 7. De alvleesklier levert verteringsenzymen en de lever en galblaas leveren gal af aan de darminhoud. Die gal emulgeert het vet uit ons voedsel en de enzymen knippen koolhydraten en eiwitten in kleine stukjes zodat deze opgenomen kunnen worden.

Na de veldslag in de maag en door de hoge concentratie aan gal en enzymen, zijn in de twaalfvingerige darm maar weinig bacteriën aanwezig, zo’n 100 tot 1000 bacteriecellen per milliliter darminhoud. De ‘nuchtere darm’, zo’n 2,5 meter lang, absorbeert het leeuwendeel van de vrijgemaakte suikers, vetzuren en aminozuren uit de darminhoud. In dit deel neemt door groei van de bacteriën hun dichtheid toe tot zo’n honderdduizend tot een miljoen bacteriën per milliliter darminhoud. Het laatste deel, de kronkeldarm van 3,5 meter, absorbeert de resterende voedingsstoffen. Hier groeit de bacteriepopulatie verder uit tot ongeveer honderd miljoen bacteriën per milliliter darminhoud. Hier wordt ook de gal weer opgenomen en teruggeleid via de lever naar de twaalfvingerige darm.

Competitie en samenwerken

De bacteriën in onze dunne darm leven wat betreft de beschikbare voedingsstoffen in competitie met onze dunne darm. Daar staat tegenover dat het dunnedarmmicrobioom ook bijdraagt aan de vertering van ons voedsel omdat ze enzymen produceren die zetmeel, eiwitten en vetten kunnen afbreken. Bovendien kunnen sommige bacteriën essentiële voedingsstoffen voor ons maken, zoals vitamine B11 (foliumzuur) of vitamine B12 (cobalamine) en dragen daarmee bij aan de vitaminevoorziening. Er zijn enkele tientallen bacteriegeslachten (genera) aanwezig in de dunne darm en dat is veel minder dan de honderden die we aantreffen in de dikke darm. Typische dunnedarm-bacteriegeslachten zijn Streptococcus, Peptostreptococcus, Veillonella, Bacteroides, Heamophilus en Clostridium.

De dunnedarmbacteriën zijn voor een deel fysiek verbonden met het darmslijmvlies en er vindt een uitvoerige moleculaire conversatie plaats tussen de bacteriën en de slijmvliescellen. Deze interactie beïnvloedt niet alleen het metabolisme, maar ook het immuunsysteem en de hormoonhuishouding en speelt daarmee een belangrijke rol in de gezondheid. Toch weten we betrekkelijk weinig van het microbioom van de menselijke dunne darm, vooral omdat het heel erg lastig is om dit deel van het maagdarmkanaal te bemonsteren anders dan met lange slangen en belastende invasieve technieken.

1 09
Het menselijke spijsverteringsstelsel is bevolkt door grote aantallen bacteriën.
Sittrop Grafisch Realisatiebureau, Nijmegen

De alleseters aan zet

In de dikke darm (1,5 meter) worden de resterende voedselbestanddelen door bacteriën afgebroken. Verder wint de dikke darm water, voedingszouten en mineralen uit de darminhoud terug om onze vocht- en zoutbalans op peil te houden. Naast de resterende voedselbestanddelen gebruikt het dikkedarmmicrobioom de darmslijmlaag als voedingsbron.

Het is in de dikke darm enorm druk; er bevinden zich wel duizend-miljard bacteriën per gram darminhoud. Opvallend is dat meer dan 90% van die bacteriën behoort tot slechts twee grotere bacteriële groepen (fyla), namelijk de Bacteroidetes en de Firmicutes, terwijl er op onze aardbol meer dan 50 verschillende fyla aanwezig zijn. Naast deze dominante groepen komen er nog verscheidene andere fyla voor in het dikkedarmmicrobioom, maar wel in veel kleinere aantallen, zoals de Actinobacteria, Verrumicrobia en Proteobacteria. Binnen die verschillende groepen zijn honderden verschillende bacteriesoorten (species) aanwezig die met elkaar een complex microbieel ecosysteem vormen.

Omdat voedsel veel langer in de dikke darm verblijft – variërend van 16 uur tot wel drie dagen – hebben de bacteriën ruim de tijd om de onverteerde voedselbestanddelen verder af te breken en te groeien. Vandaar dat ze ook zulke indrukwekkende dichtheden kunnen bereiken. Doordat de inhoud van de dikke darm vrij is van zuurstof vinden die omzettingen plaats door fermentatie. Hierbij ontstaan nuttige korteketenvetzuren, zoals azijnzuur, propionzuur en boterzuur als afvalproduct. De slijmvliescellen in de dikke darm nemen die afvalproducten op en gebruiken het als voedingsstof. Boterzuur is zelfs de belangrijkste brandstof van de darmepitheelcellen.

Bacterievirussen en het darmmicrobioom

Overal waar bacteriën voorkomen, zijn bacterievirussen te vinden. Dat geldt voor het milieu en ook voor onze darmen. Een bacterievirus is niet gevaarlijk voor mensen. Het valt alleen bacteriën aan, en dat heel specifiek: elke bacteriesoort heeft zijn eigen virus(sen).

Bacterievirussen, ook wel bacteriofagen of kortweg fagen genoemd, gaan heel specifieke interacties aan met bacteriën. Die leiden óf tot directe dood van de bacterie (lysis), doordat het virus zich snel vermeerdert ten koste van de groeiende gastheer, óf tot indirecte dood doordat het bacterievirus zich tijdelijk vestigt in de bacterie (lysogenie) en later alsnog toeslaat.

Over de rol van bacterievirussen in het milieu wordt langzaam meer duidelijk. Zo heeft men bij het bestuderen van bacteriepopulaties in de zee gevonden dat die populaties onder andere door de activiteit van bacterievirussen min of meer gestabiliseerd worden. De kennis van darmbacteriofagen is echter nog zeer beperkt en het merendeel van de fagen is onbekend.

1 12
Bacteriofagen (hoekige bolletjes op een steeltje) landen op een bacterie (deels zichtbaar als een halve bol) en injecteren hun DNA.

Microbiologen uit de Verenigde Staten en Wageningen vonden recentelijk bij gezonde mensen in de darm een fageoom (het geheel aan bacteriofagen) dat afweek van dat bij mensen met een darmaandoening. De grote vraag is: wat voor rol spelen bacterievirussen in de darm? Zorgen ze misschien voor een ‘gezond’ microbioom door bijvoorbeeld snelle groeiers aan te pakken, het kill the winner model?

Om de dynamiek en de functionaliteit van het darmmicrobioom te begrijpen, moeten we dus ook bedacht zijn op de interactie van bacteriën met bacterievirussen. Gloort er misschien een faagtherapie voor een verstoord darmmicrobioom aan de horizon?

Wiel Hoekstra

Meten aan poepverschillen

Uiteindelijk belanden alle bacteriën van de dikke darm in de ontlasting. Aangezien poep een makkelijk te verkrijgen materiaal is, is er erg veel onderzoek gedaan aan de bacteriële samenstelling, of eigenlijk dus aan het microbioom van de dikke darm. Zo weten we dat de samenstelling van het poepmicrobioom sterk verschilt per persoon, maar in volwassenen wel vrij stabiel is over een langere tijd. Ondanks die persoonlijke variatie lijkt het toch mogelijk om mensen in te delen in een drietal groepen, de zogenaamde enterotypes, aan de hand van de samenstelling van hun poepmicrobioom. Naast bloedgroepen bestaan er dus ook ‘poepgroepen’.

1 10
Onze poep bevat naast veel vocht (ca. 75%) ook heel veel dode en levende bacteriën.
Shutterstock

Ondanks de genoemde stabiliteit zijn er veel externe factoren die de samenstelling van het microbioom kunnen beïnvloeden, bijvoorbeeld de samenstelling van ons voedsel, of het gebruik van antibiotica en andere medicatie. Veel onderzoek heeft zich gericht op de verschillen in samenstelling van het microbioom in zieke mensen ten opzichte van gezonde mensen. Het is op zich niet vreemd dat er bij patiënten met darmziekten zoals de ziekte van Crohn of darmkanker verschillen in het microbioom gevonden worden. Ook bij patiënten met metabole afwijkingen en ziekten zoals vetzucht (obesitas) of suikerziekte (diabetes) is dit te verwachten omdat de darm een sleutelrol speelt in de spijsvertering.

Verbazingwekkender zijn de verschillen in microbiomen die gevonden worden bij mensen met geheel andere problemen zoals luchtwegallergieën of degeneratieve hersenziekten, die in eerste instantie niets te maken lijken te hebben met hun darmfunctie. Deze observaties suggereren dat het microbioom van invloed kan zijn op dit soort ziekten, maar of een afwijkend microbioom de oorzaak of het gevolg is van de ziekte, die vraag blijft vooralsnog in veel gevallen onbeantwoord.

Voor microbiologen en ook voor darmspecialisten en andere medici zijn het spannende tijden. Door het eten van vezelrijk voedsel kun je de bewoners van de dikke darm stimuleren, en door het eten van producten met probiotica kun je het microbioom van de dunne darm sterk beïnvloeden omdat daar van nature immers veel minder bacteriën aanwezig zijn. Wie weet zien we binnenkort al gezondheidsbenaderingen of speciale diëten die erop gericht zijn om onze relatie met ons microbioom in ons voordeel te sturen.

Dit artikel is een publicatie van Stichting Biowetenschappen en Maatschappij.
© Stichting Biowetenschappen en Maatschappij, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 12 december 2016

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.