Wie nog steeds denkt dat de mens de meest dominante diersoort ter wereld is, heeft het mis. Wij mensen zijn ontstaan en geëvolueerd in een door microscopische wezens gedomineerde wereld, en zouden zonder hun niet kunnen voortbestaan. Omgekeerd zouden bijna alle microwezens zich uitstekend kunnen redden zonder ons (Madigan et al., 2015).
Sinds de moderne mens (Homo Sapiens) 200.000 jaar geleden ten tonele is verschenen, is er sprake geweest van symbiose met microwezens in de ruimste zin van het woord: een langdurig samenleven van twee verschillende soorten levensvormen (Gilbert et al., 2012; Martin & Schwab, 2013).
Illustratie van het menselijk microbioom gemaakt door Charis Tsevis (bron: fireboxmedia.com)
De samenleving van mens en microwezen
Bij het samenleven van welke twee soorten levensvormen dan ook, is er op elk willekeurig moment sprake van een bepaalde vorm van symbiose.
Zo kan het zijn dat de ene levensvorm de andere schade berokkent zonder er zelf een voordeel dan wel een nadeel van te ondervinden (amensalisme). Het kan ook zo zijn, dat de ene levensvorm baat heeft bij de samenleving en de ander er geen voor- of nadeel van ondervindt (commensalisme). Daarnaast kan de samenleving voor beide voordelig of zelfs noodzakelijk zijn (mutualisme of symbiose in enge zin). En ten slotte kan het zo zijn dat de ene levensvorm zich in stand houdt en vermenigvuldigt ten koste van de andere levensvorm (parasitisme), soms zelfs totdat deze laatste overlijdt ten gevolge van deze samenleving (parasitoïdisme) (Haskell, 1947; Odum, 1959)*. Om het allemaal nog ingewikkelder te maken, kan de specifieke vorm van symbiose tussen levensvormen veranderen naar gelang de omstandigheden, wat amfibiose wordt genoemd (Rosebury, 1962).
Er is echter één ding dat altijd vaststaat: ongeacht de vorm die de samenleving tussen mens en microwezen aanneemt, is het microwezen steevast ‘de gast’ en de mens ‘de gastheer’ die het microwezen bij zich ‘draagt’.
* In biologietekstboeken wordt ook vaak gesproken over neutralisme, waarmee verwezen wordt naar het samenleven van twee verschillende soorten organismen die ondanks hun interactie geen invloed op elkaar hebben. Dit lijkt vooral een theoretisch mogelijke vorm van symbiose te zijn, aangezien dit een samenlevingsvorm is die in de praktijk eigenlijk niet te bewijzen is en de meeste ecologen ervan uitgaan dat het een concept betreft dat niet bestaat.
De mens als gastheer van triljoenen microwezens
Hoewel het toeval ongetwijfeld een rol heeft gespeeld bij de microscopische wezens waarmee wij in aanraking zijn gekomen, is de kolonisatie van ons lichaam door deze wezens bij lange na geen kwestie van toeval geweest.
Willen microscopische wezens ons bevolken, dan zullen zij een bepaalde plek op ons lichaamsoppervlak (de huid, het spijsverteringsstelsel, de luchtwegen en het urogenitale stelsel) een interessante woonplaats moeten vinden. Elk lichaamsoppervlak heeft specifieke fysisch-chemische condities waar bepaalde microwezens zich al dan niet prettig bij voelen, zoals het zuurstofgehalte, de vochtigheidsgraad, temperatuur, zuurgraad (pH), mate van blootstelling aan ultraviolette straling, de beschikbaarheid van voedingsstoffen en de aanwezigheid van voor hen giftige stoffen. Met als gevolg een eigen, kenmerkende populatie per (onderdeel van een) lichaamsoppervlak. Omgekeerd moet het menselijk lichaam (en dan met name ons immuunsysteem) ook van hun aanwezigheid gediend zijn wil het de wezentjes blijven huisvesten.
De mate van compatibiliteit tussen menselijk lichaam en microwezen maakt het grote verschil tussen onze residentiële (blijvende) en transiënte (tijdelijke) microbewoners. In de loop van onze gezamenlijke evolutie met microscopische wezens, is het menselijk lichaam een vaste verblijfplaats geworden voor meer dan 10.000 verschillende soorten, waarvan de helft van bacteriële oorsprong is en afkomstig uit vier ‘bacteriefamilies’ (Actinobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes en Proteobacteriën). Ieder mens draagt dus in feite een geheel ecosysteem bij zich (Costello et al., 2009; Grice et al., 2009; HMP, 2012; Morgan et al., 2013).
Op elk menselijk lichaam wonen naar schatting tien keer meer microwezens dan het aantal cellen (zo’n 30 biljoen) waaruit het menselijk lichaam zelf bestaat (Savage, 1977; Bianconi et al., 2013). Het genoom (complete genetische samenstelling) van al deze wezentjes samen bevat 360 keer meer genen dan ons eigen genoom. Samen worden zij het menselijk microbioom genoemd (Turnbaugh et al., 2007).
Het grootste en meest invloedrijke deel van het menselijk microbioom bevindt zich in het spijsverteringsstelsel, en wordt kortweg het darmmicrobioom genoemd (Eckburg et al., 2005; Qin et al., 2010; Clemente et al., 2012).
Van ‘normale flora’ tot ‘menselijk microbioom’
De microscopische organismes die in en op de mens leefden, werden vroeger (en soms ook nu nog) aangeduid met de term ‘normale flora’. Degenen die zich op de huid bevonden werden de ‘huidflora’ genoemd, degenen in de darm de ‘darmflora’, enzovoort.
Flora is echter een ander woord voor planten, terwijl slechts enkele van deze organismen (schimmels en gisten) plantaardig van aard zijn. Bacteriën, virussen en parasieten zijn eerder dierlijk van aard, waardoor de term fauna (dieren) een betere term zou zijn, maar ook dit klopt feitelijk niet. Microben en andere microscopische wezens zijn namelijk geen dieren, aangezien ze geen weefsels of organen hebben. Virussen hebben zelfs niet eens een eigen cel.
Vandaar dat deze organismen in de wetenschap nu worden aangeduid als ‘microbiotica’, en een complete gemeenschap van deze microbiota, inclusief genetisch materiaal (genoom) en alle interactie tussen de microbiota onderling en met ons, als het ‘microbioom’ (Peterson et al., 2009).
Het belang van een gezond microbioom
Onze residentiële microbewoners werden (en worden nog steeds) veelal commensalen genoemd. Deze term werd gebruikt vanwege de heersende optiek dat de aanwezigheid van microbiota voor ons geen significant voor- of nadeel opleverde.
Deze visie is in de afgelopen jaren drastisch veranderd. Er zijn namelijk steeds meer aanwijzingen dat onze residentiële bewoners eerder mutualisten zijn dan commensalen, die een waardevolle bijdrage leveren aan onze gezondheid en welbevinden – met name als het gaat om onze stofwisseling, ons immuunsysteem en onze hersenen (Dethlefsen et al., 2007; Relman, 2012; Sommer, & Bäckhed, 2013).
Het lichaamsoppervlak van de mens lijkt simpelweg ontworpen voor het aangaan van diverse symbiotische relaties met microwezens. Kiemvrije dieren (dieren zonder een microbioom, die zijn geboren en opgegroeid onder steriele omstandigheden) kunnen wel overleven, maar beschikken over een veel minder goed ontwikkelt spijsverteringsstelsel, een minder goed functionerend immuunsysteem en vertonen afwijkende hersenfuncties en gedrag (Leser & Mølbak, 2009; Round & Mazmanian, 2009; Hooper et al., 2012; Heijtz et al., 2011; Cryan & Dinan, 2012).
Ieder menselijk microbioom is uniek
Ieder mens heeft een microbioom dat zo uniek is als zijn of haar DNA. Ons DNA is echter een vaststaand gegeven, terwijl het microbioom veranderlijk van aard is en onder andere wordt beïnvloed door onze genetische aanleg, leeftijd, sekse, gezondheid, de fysisch-chemische condities van onze lichaamsoppervlakken, ons voedingspatroon, medicijngebruik, leefomgeving en leefstijl, en natuurlijk de micro-organismen waarmee wij in aanraking komen (Ley et al., 2006; Costello et al., 2009; HMP, 2012; Yatsunenko et al., 2012). Er zijn aanwijzingen – en men veronderstelt dus ook – dat er ondanks deze veranderlijkheid van het microbioom altijd sprake is van een ‘kernmicrobioom’, dat stabiel van aard is (Turnbaugh et al., 2007).
Wat een gezond microbioom precies inhoudt, is nog onduidelijk (Bäckhed et al., 2012). Het microbioom is immers zeer persoonsgebonden en er bestaan grote verschillen tussen individuen. Maar zoals geldt voor alle ecosystemen, geldt ook voor het menselijke microbioom dat voldoende diversiteit van cruciaal belang is voor het handhaven van de stabiliteit en weerstand (Lozupone et al., 2012).
Het verval van het menselijk microbioom
Het microbioom van de Westerse mens heeft de laatste decennia een aantal drastische veranderingen ondergaan. Recente onderzoeken, waarbij onder andere het microbioom van diverse bevolkingsgroepen onderzocht en met elkaar vergeleken werden (waaronder gemeenschappen die nog steeds leven als jagers-verzamelaars), wijzen erop dat Westerlingen een significant deel van hun microbiële diversiteit kwijt zijn geraakt, met allerlei gezondheidsproblemen als gevolg (Blaser & Flaco, 2009; Yatsunenko et al., 2012; Schnorr et al., 2014; Clemente et al., 2015).
Onze residentiële microwezens zijn bereid om ons bij te staan in ons functioneren in ruil voor kost en inwoning. Als wederdienst moeten wij echter wél een goede gastheer zijn, en hun een goed onderkomen verlenen. Inmiddels zijn we erachter gekomen dat we als gastheren (en gastdames) behoorlijk wat steken hebben laten vallen door de keuzes die wij hebben gemaakt wat betreft onze leefomgeving en leefstijl. En dat dit vaak al begint vanaf het moment van de geboorte…
Lees verder:
De microbiota-overdracht tussen moeder en kind als natuurlijk inenting
Behulpzame bacterie versus vijandig virus. Wat maakt een micro-organisme tot een ziekteverwekker?
Bronnenlijst
Bäckhed, F., Fraser, C. M., Ringel, Y., Sanders, M. E., Sartor, R. B., Sherman, P. M., … & Finlay, B. B. (2012). Defining a healthy human gut microbiome: current concepts, future directions, and clinical applications. Cell host & microbe, 12(5), 611-622.
Bianconi, E., Piovesan, A., Facchin, F., Beraudi, A., Casadei, R., Frabetti, F., … & Perez-Amodio, S. (2013). An estimation of the number of cells in the human body. Annals of human biology, 40(6), 463-471.
Blaser, M. J., & Falkow, S. (2009). What are the consequences of the disappearing human microbiota?. Nature Reviews Microbiology, 7(12), 887-894.
Clemente, J. C., Ursell, L. K., Parfrey, L. W., & Knight, R. (2012). The impact of the gut microbiota on human health: an integrative view. Cell, 148(6), 1258-1270.
Clemente, J. C., Pehrsson, E. C., Blaser, M. J., Sandhu, K., Gao, Z., Wang, B., … & Lander, O. (2015). The microbiome of uncontacted Amerindians. Science advances, 1(3), e1500183.
Costello, E. K., Lauber, C. L., Hamady, M., Fierer, N., Gordon, J. I., & Knight, R. (2009). Bacterial community variation in human body habitats across space and time. Science, 326(5960), 1694-1697.
Cryan, J. F., & Dinan, T. G. (2012). Mind-altering microorganisms: the impact of the gut microbiota on brain and behaviour. Nature reviews neuroscience, 13(10), 701-712.
Dethlefsen, L., McFall-Ngai, M., & Relman, D. A. (2007). An ecological and evolutionary perspective on human–microbe mutualism and disease. Nature, 449(7164), 811-818.
Eckburg, P. B., Bik, E. M., Bernstein, C. N., Purdom, E., Dethlefsen, L., Sargent, M., … & Relman, D. A. (2005). Diversity of the human intestinal microbial flora. Science, 308(5728), 1635-1638.
Gilbert, S. F., Sapp, J., & Tauber, A. I. (2012). A symbiotic view of life: we have never been individuals. The Quarterly review of biology, 87(4), 325-341.
Grice, E. A., Kong, H. H., Conlan, S., Deming, C. B., Davis, J., Young, A. C., … & Turner, M. L. (2009). Topographical and temporal diversity of the human skin microbiome. Science, 324(5931), 1190-1192.
Haskell, E.F. (1947). A natural classification of societies. Trans N Y Acad Sci, 9(5):186-196.
Heijtz, R. D., Wang, S., Anuar, F., Qian, Y., Björkholm, B., Samuelsson, A., … & Pettersson, S. (2011). Normal gut microbiota modulates brain development and behavior. Proceedings of the National Academy of Sciences, 108(7), 3047-3052.
Hooper, L. V., Littman, D. R., & Macpherson, A. J. (2012). Interactions between the microbiota and the immune system. Science, 336(6086), 1268-1273.
Human Microbiome Project (HMP) Consortium. (2012). Structure, function and diversity of the healthy human microbiome. Nature, 486(7402), 207-214.
Leser, T. D., & Mølbak, L. (2009). Better living through microbial action: the benefits of the mammalian gastrointestinal microbiota on the host. Environmental microbiology, 11(9), 2194-2206.
Ley, R. E., Peterson, D. A., & Gordon, J. I. (2006). Ecological and evolutionary forces shaping microbial diversity in the human intestine. Cell, 124(4), 837-848.
Lozupone, C. A., Stombaugh, J. I., Gordon, J. I., Jansson, J. K., & Knight, R. (2012). Diversity, stability and resilience of the human gut microbiota. Nature, 489(7415), 220-230.
Madigan, M. T., Martinko, J. M., Bender, K. S., Buckley, D. H., & Stahl, D. A. (2015). Brock biology of microorganisms (14th edition.). Boston: Pearson.
Martin, B. D., & Schwab, E. (2013). Current usage of symbiosis and associated terminology. International Journal of Biology, 5(1), p32.
Morgan, X. C., Segata, N., & Huttenhower, C. (2013). Biodiversity and functional genomics in the human microbiome. Trends in genetics, 29(1), 51-58.
Odum, E. P. (1959). Fundamentals of Ecology (2nd ed). Philadelphia, PA: W.B. Saunders.
Peterson, J., Garges, S., Giovanni, M., McInnes, P., Wang, L., Schloss, J. A., … & Baker, C. C. (2009). The NIH human microbiome project. Genome research, 19(12), 2317-2323.
Qin, J., Li, R., Raes, J., Arumugam, M., Burgdorf, K. S., Manichanh, C., … & Mende, D. R. (2010). A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing. nature, 464(7285), 59-65.
Relman, D. A. (2012). The human microbiome: ecosystem resilience and health. Nutrition reviews, 70(suppl 1), S2-S9.
Rosebury, T. (1962). Microorganisms Indigenous to Man. New York: McGraw-Hill.
Round, J. L., & Mazmanian, S. K. (2009). The gut microbiota shapes intestinal immune responses during health and disease. Nature Reviews Immunology, 9(5), 313-323.
Savage, D. C. (1977). Microbial ecology of the gastrointestinal tract. Annual Reviews in Microbiology, 31(1), 107-133.
Schnorr, S. L., Candela, M., Rampelli, S., Centanni, M., Consolandi, C., Basaglia, G., … & Fiori, J. (2014). Gut microbiome of the Hadza hunter-gatherers. Nature communications, 5.
Sommer, F., & Bäckhed, F. (2013). The gut microbiota – masters of host development and physiology. Nature Reviews Microbiology, 11(4), 227-238.
Turnbaugh, P. J., Ley, R. E., Hamady, M., Fraser-Liggett, C., Knight, R., & Gordon, J. I. (2007). The human microbiome project: exploring the microbial part of ourselves in a changing world. Nature, 449(7164), 804.
Yatsunenko, T., Rey, F. E., Manary, M. J., Trehan, I., Dominguez-Bello, M. G., Contreras, M., … & Heath, A. C. (2012). Human gut microbiome viewed across age and geography. Nature, 486(7402), 222-227.
Review mijn reviews