WUR onderzoekt wat je je microbioom het beste voert

Alles wat we eten reist via de maag door naar onze darmen. Wat het lichaam niet opneemt, komt langs het microbioom. Niet gek dus dat voeding onze darmflora beïnvloedt. Maar van de meeste ingrediënten weten we nog niet wat ze doen met individuele bacteriën of met de samenstelling van het gehele microbioom. Precies dat willen wetenschappers bij Wageningen University & Research (WUR) ontrafelen om zo met voeding een gezond microbioom te stimuleren. Hieronder lichten we zeven prangende vragen daarover uit.

Een gezond microbioom laat zich lastig definiëren. Onderzoekers schatten dat een mens ongeveer 350 verschillende micro-organismen in zijn darm heeft, maar iedereen heeft een unieke samenstelling. Vergelijk je het microbioom van vijfhonderd mensen, dan vind je geen enkel micro-organisme dat bij hen allemaal voorkomt. Waar het vooral om draait, zijn afwijkingen. Uit onderzoek blijkt dat bepaalde micro-organismen gelinkt zijn aan gezondheid. Zo duikt Enterococcus faecalis geregeld op bij mensen met leveraandoeningen, terwijl Akkermansia muciniphila bijvoorbeeld wijst op een goede darmgezondheid. Bovendien zijn specifieke bacteriën juist opvallend afwezig bij een bepaalde ziekten. 

Daarnaast is de diversiteit van de micro-organismen belangrijk. Grofweg geldt: hoe groter de variatie, hoe stabieler het systeem. Samen beschermen ze de darm tegen ziekteverwekkende indringers. Elke microbe heeft daar zijn eigen trucje voor. De een snoept bijvoorbeeld voedsel weg dat de ziekteverwekker nodig heeft, terwijl andere stofjes produceren die schadelijke microben doden. 

Dat is precies wat Wageningse onderzoekers proberen te achterhalen: hoe kunnen we de samenstelling van het microbioom sturen met voeding? Natuurlijk kun je een flesje drinkyoghurt met probiotica drinken om levende, gezonde bacteriën naar je darmen te sturen, maar onze focus bij WUR ligt vooral op de vraag hoe voedingsstoffen de groei stimuleren van gunstige micro-organismen die al in de darmen zitten. Prebiotica, noemen we dat. Onze wetenschappers onderzoeken daarom op allerlei niveaus hoe voedingsingrediënten het microbioom beïnvloeden. Samen bestuderen we bijvoorbeeld welk voedingspatroon de diversiteit van de micro-organismen in de darm vergroot, maar ook hoe bacteriën in de dikke darm voedingsvezels afbreken en hoe dat hun groei beïnvloedt.

Bij WUR hebben we verschillende manieren om veranderingen in het microbioom te bestuderen, variërend van simpele testen in het lab tot geavanceerde studies met proefpersonen. De simpelste screening omvat niet meer dan een beetje poep in een plastic plaatje met kleine putjes, waarbij de poep als afdruk van het darmmicrobioom dient. Daaraan voegen we een voedingsingrediënt toe en onderzoeken we wat daarmee gebeurt. Tegelijkertijd bestuderen we hoe de micro-organismen in de poep erop reageren, welke stofjes ze maken en of die goedaardig of juist toxisch zijn.  

Ook werken onze onderzoekers met een in-vitromodel: een kunstmatig darmstelsel. Dat klinkt misschien grafisch, maar op het eerste gezicht lijkt het niet op het menselijk verteringssysteem: het kunstmatig darmstelsel bestaat uit een kast met buisjes, flesjes, spuiten, slangetjes en pompjes. Daarin groeien micro-organismen die ook in onze dikke darm leven. Ook op andere gebieden bootst het onze darmen na: van de peristaltische bewegingen om de verteerde etensbrij te mixen en voort te duwen, tot onze lichaamstemperatuur en de zuurtegraad van de dikke darm. Er bestaan al meerdere versies van die kunstmatige darmen en bij WUR bouwen we nu een nieuwe, verbeterde variant door bestaande technologie samen te voegen. Die nieuwe versie noemen we TIMOTHI, dat staat voor The Incredible Mimic Of The Human Intestine. Dat darmstelsel voeren de onderzoekers allerlei ingrediënten die ook bij mensen de dikke darm bereiken. 

De dikke darm is een van de laatste haltes van het verteringssysteem. De maag kneedt het voedsel tot een dikke brij en de dunne darm breekt de meeste eiwitten, vetten en sommige koolhydraten af en neemt vitaminen en mineralen op. Wat overblijft, zijn onverteerbare vezels (koolhydraten uit plantaardige producten), zoetstoffen en niet-afgebroken eiwitten. Iets vergelijkbaars geven onze onderzoekers de kunstmatige darmen te eten. Ze bestuderen dan de samenstelling van het microbioom voor en nadat ze de kunstmatige darmen hebben gevoerd met de testingrediënten. Zo leren we welke werking die stoffen hebben op de micro-organismen en hun samenstelling in de darmen. Uit plantaardige eiwitten die de dunne darm niet volledig afbreekt, maken de microben bijvoorbeeld giftige stoffen.

Belangrijke ontwikkelingen zijn DNA-sequencing en miniaturisering van chemische analyse. Vroeger moesten onderzoekers microben kweken om ze te identificeren, maar tegenwoordig kunnen ze direct het DNA van microben aflezen. Door nieuwe technologie gaat dat nu razendsnel en goedkoop. Zo weten onze onderzoekers precies welke micro-organismen er in de darm leven. En dankzij moderne analyse kunnen ze met een paar microgram voedingsstof al zien welke stoffen vrijkomen tijdens de vertering.

Er is nog ontzettend veel wat we niet weten. Dat komt deels doordat het enorm lastig is om micro-organismen die in de darmen leven te kweken in het lab. Ze kunnen namelijk niet tegen zuurstof, een stofje dat niet voorkomt in hun natuurlijke omgeving (onze darmen). Toch moeten we de microben juist kweken om écht te begrijpen wat ze doen en kunnen. Op basis van DNA kunnen we ongeveer zeventig procent van de functies achterhalen. DNA bevat namelijk de instructies voor de productie van eiwitten en die bepalen wat een micro-organisme precies doet in zijn omgeving. Maar het DNA vertelt ons dus nog niet alles; al zitten ook daar ontwikkelingen in. Met kunstmatige intelligentie kunnen onderzoekers op basis van de DNA-code voorspellen hoe zo’n eiwit er driedimensionaal uitziet, en daaruit mogelijk weer afleiden wat de functie is. Dat opent nieuwe deuren voor ons begrip van microbiële systemen. 

We bieden bedrijven verschillende mogelijkheden om het effect van hun voeding op het microbioom te testen: een pijplijn van eenvoudige screenings, de kunstdarm TIMOTHI, tot klinische studies, met bijbehorende computer-tools en visualisaties om inzichtelijk te maken wat er gebeurt. Bedrijven hoeven niet per se bij het begin van die pijplijn te starten. Soms hebben ze al intern onderzoek gedaan en stappen ze halverwege in. In een klinische studie onderzoeken we bijvoorbeeld het effect van een vezel op gezonde mensen of mensen met prikkelbare darm. WUR regelt de proefpersonen en voert de studie uit. De ene helft krijgt een placebo, de andere het product. Het liefst doen we dat in een cross-over opzet, zodat iedere deelnemer beide behandelingen krijgt en zijn eigen controle vormt.