Complexe gemeenschappen van micro-organismen worden in kaart gebracht

'Altijd samen’ – Het is niet alleen een huwelijksbelofte, het beschrijft ook onze relatie met een onvoorstelbaar grote diversiteit aan micro-organismen. Hoewel alomtegenwoordig is nog maar een klein deel van de bewoners van deze microwereld bekend. Prof.dr. Hauke Smidt gaat de samenstelling en functie van microbiële gemeenschappen verder in kaart brengen en ontsluiten voor toepassingen. Dat meldt hij in zijn inaugurele rede op 16 juni wanneer hij het ambt van persoonlijk hoogleraar Complexe microbiële ecosystemen aanvaardt aan Wageningen University, onderdeel van Wageningen UR.

Om de samenstelling en functie van de microbiële gemeenschappen in kaart te brengen maakt Prof. Smidt gebruik van biomoleculaire werkwijzen en genomics. “Micro-organismen zijn te vinden in ons eigen lichaam, ter land, ter zee en in de lucht – dus eigenlijk overal”, meldt de nieuwe hoogleraar. Mens en dier dragen ongeveer tien keer méér microbiële cellen met zich rond dan eigen lichaamscellen. Deze micro-organismen zijn voor het overgrote deel bacteriën, maar ook zgn. archaea en schimmels. Ze bevinden zich met name in het maag-darmstelsel, maar komen ook in groten getale voor in de mondholte, op de huid, en andere plaatsen van het lichaam. Prof. Smidt omschrijft het onderzoek aan deze microbiota als een ‘microbiële ontdekkingsreis door de donkere gangen van het verteringsstelsel’.

In dit inwendige milieu zijn miljarden micro-organismen betrokken bij de afbraak van voedsel, de productie van belangrijke voedingsstoffen zoals vitamines, korte keten vetzuren, essentiële aminozuren, en bij het stimuleren van het immuunsysteem. Ook al is nog steeds het overgrote deel van deze voornamelijk anaerobe micro-organismen niet geïsoleerd en gekweekt, moleculair biologische onderzoeken hebben vooral in de afgelopen vijftien jaar onze kennis van de darm microbiota sterk vergroot. We zijn nu in staat om zonder kweken darmbacteriën aan te tonen en te identificeren, bijvoorbeeld door gebruik te maken van in Wageningen ontwikkelde microchips, waarmee alle microbiële darmbewoners in één oogopslag in kaart gebracht kunnen worden. Daarbij vormen niet alleen de menselijke darmen het onderzoeksgebied, maar ook die van landbouwdieren, zoals varkens, koeien en kippen. Het onderzoek leidt ook tot belangrijke nieuwe inzichten voor de selectie van voederadditieven ter vervanging van antibiotica in de veehouderij, een cruciaal doel in de agro-food sector.

Mariene micro-organismen

Micro-organismen zijn niet alleen te vinden in de darm van gewervelde dieren, maar ook in mariene ongewervelde dieren, zgn invertebraten, waaronder sponzen en koralen. Daar leveren ze een belangrijke bijdrage aan de productie van veelal gehalogeneerde bioactieve stoffen. Onder andere de farmaceutische industrie toont hiervoor veel belangstelling.

De zoektocht naar de manier waarop micro-organismen biologische moleculen aanmaken is een tweede speerpunt van het onderzoek van Prof. Smidt. Daartoe maakt hij gebruik van een combinatie van innovatieve geminiaturiseerde kweektechnieken en zgn. metagenoom- en metaproteoombenaderingen om de activiteit van alle micro-organismen in een bepaalde omgeving te voorspellen.

Microbiële consortia kunnen daarnaast ook efficiënt worden ingezet voor het opruimen van milieuvervuilende stoffen, waaronder gehalogeneerde (bijvoorbeeld voorzien van chloor) koolwaterstoffen. De ontwikkeling en toepassing van een breed scala van assays voor de moleculaire milieudiagnostiek heeft tot nieuwe inzichten geleid over de microbiële netwerken die het meest efficiënt voor biologische sanering ingezet kunnen worden, en onder welke milieuomstandigheden dergelijke omzettingen in verontreinigde bodems en grondwater het snelst verlopen. Daarnaast heeft toepassing van functionele metagenomics geleid tot het beter begrijpen van de rol van verschillende bacteriën bij deze omzettingsprocessen.

De leerstoel van prof. Smidt, is ondergebracht bij het Laboratorium voor Microbiologie van Wageningen University.