Als wetenschappers bij mensen op zoek gaan naar één bepaalde bacterie, ontdekken ze steeds weer nieuwe, volkomen onbekende soorten, of bekende soorten op onverwachte plaatsen. Enkele onderzoekers uit de VS deden in 2011 voor de lol onderzoek naar de navelflora. In de navel van een proefpersoon vonden ze bacteriën die tot dan toe alleen bekend waren uit de zee voor Japan, terwijl deze persoon zelfs nog nooit in Azië was geweest. Er is niet alleen sprake van globalisering als tante Emma naar McDonald’s gaat, maar die dringt dus zelfs al door tot in onze navel. Elke dag weer vliegen miljarden buitenlandse micro-organismen, zonder een cent te betalen, de wereld rond.

Ieder mens heeft zijn eigen bacteriëncollectie, dus een onderzoeker zou zelfs een bacteriële vingerafdruk van iemand kunnen nemen. Als hij daarna een hond afveegt en zijn bacteriëngenen analyseert, kan deze onderzoeker vrijwel zeker diens baasje vinden. Datzelfde geldt voor het toetsenbord van onze computer, want alles wat we vaak aanraken, draagt ons micro-organismehandschrift. Iedereen heeft bepaalde bijzondere stukken in zijn collectie die bijna niemand anders heeft.

Zo uniek ziet het er ook in onze darm uit! Dus hoe zouden artsen moeten weten wat goed of slecht is? Voor een onderzoeker vormt een dergelijke unieke omgeving een probleem, want als hij zich afvraagt welke invloed darmbacteriën op de gezondheid hebben, wil hij bijvoorbeeld niet horen dat meneer De Vries unieke Aziatische darmbacteriën heeft en dan ook nog eens heel veel verschillende soorten. Want hij wil patronen zien en van daaruit informatie kunnen afleiden.

Als wetenschappers meer dan duizend verschillende bacteriënfamilies uit darmen bekijken, zullen zij zich dus afvragen: Is het voldoende om grofweg stammen te definiëren of moeten we elke uniforme Bacteroides-bacterie apart bekijken? E. coli en zijn nare tweeling EHEC-bacterie horen bijvoorbeeld bij dezelfde familie; de verschillen zijn ontzettend klein, maar wel duidelijk: E. coli is een onschuldige darmbewoner, terwijl EHEC ernstige bloedingen en hevige diarree veroorzaakt. Het heeft altijd zin om stammen of families te onderzoeken als je wilt weten welke schade bepaalde bacteriën kunnen veroorzaken.

De genen van onze bacteriën

Genen zijn mogelijkheden. Genen zijn informatie. Genen kunnen iets opdringen of een vaardigheid aanbieden. Maar genen zijn vooral plannen – ze kunnen niets zolang ze niet worden gelezen en gebruikt. Veel van deze plannen kun je niet negeren: zij beslissen of je een mens of een bacterie bent. Andere plannen kun je lang voor je uit schuiven (zoals ouderdomsvlekken) en weer andere plannen heb je misschien wel, maar zullen nooit werkelijkheid worden (zoals grotere borsten). Voor de een is dat fijn, voor de ander jammer.

Al onze darmbacteriën samen hebben honderdvijftig keer zoveel genen als een mens. Deze gigantische genenverzameling heet microbioom. Als je honderdvijftig verschillende levende wezens kon uitzoeken van wie je de genetische bouwplannen graag wilt hebben, welke zou je dan uitkiezen? Misschien de kracht van een leeuw, de vleugels van een vogel, het gehoor van een vleermuis of de praktische behuizing van een slak.

Er zijn niet alleen zichtbare redenen waarom het praktischer is bacteriëngenen te verwerven. Ze laten zich gemakkelijk opnemen via de mond, ontplooien hun vaardigheden in de darm en passen zich dan ook nog eens aan ons leven aan. Niemand heeft constant helpers nodig bij de vertering van moedermelk (die trouwens, nadat de baby van de borst is, langzaam verdwijnen). Het is nog niet mogelijk om alle darmbacteriëngenen tegelijk te bekijken, maar je kunt wel heel gericht op zoek gaan naar een bepaald gen, als je het kent. We kunnen aantonen dat een baby meer actieve genen bezit om moedermelk te verteren dan een volwassene. In de darm van te dikke mensen zitten vaak meer bacteriëngenen voor de afbraak van koolhydraten, bij ouderen minder bacteriëngenen tegen stress. In Tokio kunnen ze zeealgen verwerken, maar in Utrecht waarschijnlijk niet. Onze darmbacteriën laten duidelijk zien wie we zijn: jong, dik of Aziatisch.

De genen van onze darmbacteriën laten ook zien wat we goed kunnen verdragen en wat niet. De pijnstiller paracetamol is voor sommige mensen giftiger dan voor anderen: bepaalde darmbacteriën maken een stof aan die de lever beïnvloedt bij het ontgiften van de pijnstiller. Of je, als je hoofdpijn hebt, probleemloos een pijnstiller kunt innemen, wordt dus onder andere in de buik bepaald.

Dezelfde voorzichtigheid is geboden bij algemene voedingsadviezen. De beschermende werking van soja bij prostaatkanker, vaatziekten of gewrichtsproblemen is inmiddels bewezen. Meer dan vijftig procent van de Aziaten heeft daar baat bij, maar bij de westerse bevolking is dat maar vijfentwintig tot dertig procent. Dat komt niet door de genetische verschillen, maar door bepaalde bacteriën: die komen vaker voor in Aziatische darmen en halen de gezondste substanties uit tofoe en dergelijke producten.

Wetenschappers vinden het geweldig als ze bepaalde bacteriëngenen ontdekken die verantwoordelijk zijn voor deze beschermende werking. De vraag hoe darmbacteriën onze gezondheid beïnvloeden, hebben ze in dat ene geval al beantwoord. Maar wij willen meer, wij willen het grote geheel begrijpen. Als we tegelijk naar alle tot nu toe bekende bacteriëngenen zouden kijken, worden enkele genengroepen voor de verwerking van pijnstillers of sojaproducten naar de achtergrond gedrongen. Uiteindelijk overheersen de overeenkomsten: elk microbioom bevat veel genen voor de afbraak van koolhydraten en proteïnen, en voor de aanmaak van vitamines.

Een bacterie heeft over het algemeen een paar duizend genen; per darm betekent dit tot wel honderd miljoen bacteriën. Een eerste evaluatie van onze bacteriële genenverzameling is niet te vangen in een staaf- of cirkeldiagram; de eerste diagrammen van de microbioomonderzoekers zien eruit als moderne kunst.

De wetenschap heeft een probleem met het microbioom dat ook de Google-generatie heeft: je stelt een vraag en krijgt antwoord van zes miljoen bronnen. Dan zeg je niet gewoon: ‘Nu graag iedereen apart.’ Dan moet je slimme groepen vormen, een grove schifting maken en belangrijke patronen kunnen zien. Een eerste stap in deze richting was de ontdekking van drie enterotypen, in 2011.

Onderzoekers uit de Duitse stad Heidelberg deden toen met de nieuwste technieken onderzoek naar het bacteriënlandschap. Ze verwachtten het gebruikelijke beeld: chaotische groepen van alle mogelijke bacteriën en een grote groep onbekende soorten. Maar de uitkomst was verrassend: ondanks de enorme hoeveelheid was er een ordening. Eén op de drie bacteriënfamilies vormde steeds de meerderheid in het rijk van de bacteriën, waardoor de enorme warboel van meer dan duizend families opeens veel opgeruimder leek.

De drie darmtypen

Welk darmtype iemand heeft, is afhankelijk van welke bacteriënfamilie het grootste deel van de bevolking uitmaakt. Er is keuze uit families met de fraaie namen bacteroides, prevotella en ruminococcus. Onderzoekers vonden deze zogenoemde enterotypen bij Aziaten, Amerikanen en Europeanen, en het maakte niet uit of iemand oud of jong, man of vrouw was. Door de indeling in darmtypen is het in de toekomst misschien mogelijk heel veel eigenschappen te onderkennen, zoals de verwerking van soja, sterke zenuwen of de kans bepaalde ziekten te krijgen.

Vertegenwoordigers van de traditionele Chinese geneeskunst waren op bezoek in Heidelberg en zagen een mogelijkheid om hun oude leer te combineren met de moderne geneeskunst. In de klassieke Chinese geneeskunst wordt de mens al heel lang in drie groepen ingedeeld, afhankelijk van de manier waarop iemand reageert op bepaalde geneeskundige planten zoals gember. De bacteriënfamilies van ons lichaam hebben verschillende eigenschappen: ze slaan bijvoorbeeld op verschillende manieren voeding op, produceren diverse stoffen of zuiveren bepaalde giften. Bovendien kunnen ze de darmflora beïnvloeden doordat ze telkens andere bacteriën opeisen of krijgen.

Bacteroides

Bacteroides zijn de bekendste darmfamilie en vormen vaak het grootste deel. Zij zijn meester in het afbreken van koolhydraten en bezitten een enorm grote verzameling genetische bouwplannen waarmee ze, als daar behoefte aan is, elk afbraakenzym kunnen produceren. Het maakt niet uit of we een biefstuk of een grote salade eten, of dronken op een stuk boomschors kauwen – altijd controleren de bacteroides meteen welke enzymen ze nodig hebben. Ze zijn dus, ongeacht wat er aankomt, in staat daar energie uit te maken.

Doordat ze in staat zijn overal het maximale uit te halen en aan ons door te geven, ontstond het vermoeden dat zij ons gemakkelijker dik maken dan andere. Bacteroides schijnen ook dol te zijn op vlees en vetzuren. Ze komen dan ook vaker voor in de darm van mensen die graag veel worst en andere vleesproducten eten. Maken ze alleen dik, of ontstaan ze pas als iemand dik is? Deze vraag is nog niet beantwoord. Als je bacteroides in je lichaam hebt, heb je waarschijnlijk ook een zwak voor hun collega’s, de Parabacteroides. Ook zij zijn er heel goed in om zo veel mogelijk calorieën aan ons door te geven.

Dit enterotype (darmtype) valt onder andere op doordat het bijzonder veel biotine kan produceren. Andere aanduidingen voor biotine zijn vitamine B7 en vitamine H. In de jaren dertig werd het vitamine H genoemd, omdat het een huidziekte kan genezen die ontstaat door de consumptie van veel rauw eiwit. Vitamine H neutraliseert een gift dat in rauwe eieren zit: avidine. Deze huidziekte ontstaat alleen bij iemand die te weinig vitamine H heeft en dat gebeurt als het lichaam het druk heeft met het neutraliseren van de avidine. Veel rauw eiwit nuttigen veroorzaakt dus een tekort aan vitamine H, wat weer tot een huidziekte kan leiden.

Ik weet niet wie indertijd zoveel rauwe eieren had gegeten dat men het verband daarmee heeft kunnen aantonen, maar wie later zoveel avidine kon eten dat er een tekort aan vitamine H ontstond, is wel bekend: varkens die zo dom waren op een akker met genetisch gemanipuleerde mais verzeild te raken. Om de mais minder gevoelig voor schadelijke insecten te maken, heeft men de mais voorzien van genen waarmee die avidine kan aanmaken. Zodra de schadelijke insecten of de domme varkens de mais verteren, vergiftigen ze zichzelf daarmee, maar zodra deze mais wordt gekookt, is de avidine even goed te verteren als een gekookt ei bij het ontbijt.

Dat onze darmmicro-organismen een beetje vitamine H kunnen aanmaken, is ook bekend doordat veel mensen er meer van uitscheiden dan ze hebben binnengekregen. Doordat geen enkele menselijke cel hem kan produceren, blijven alleen onze bacteriën over als stiekeme fabrikanten. We hebben het niet nodig voor een ‘mooie huid, glanzend haar of stevige nagels’, zoals vaak op de bijsluiter van allerlei pillen staat. Biotine is betrokken bij belangrijke stofwisselingsprocessen, omdat we daarmee koolhydraten en vetten voor ons lichaam aanmaken en proteïne afbreken.

Een tekort aan biotine kan behalve problemen met huid, haren en nagels bijvoorbeeld ook depressieve stemmingen, slaperigheid, gevoeligheid voor infecties, zenuwstoringen en een verhoogde cholesterolwaarde veroorzaken. Maar let op: de lijst van symptomen bij een vitaminetekort is bij elke vitamine indrukwekkend, zodat iedereen zich altijd aangesproken kan voelen. Het is belangrijk te weten dat je ook best een keer verkouden kunt zijn of een beetje lui zonder dat er meteen sprake is van een tekort aan biotine. En je hebt natuurlijk eerder last van een verhoogde cholesterolwaarde na het eten van een grote hoeveelheid spek dan na een enigszins glibberige maaltijd met avidine.

Maar als je tot de risicogroepen hoort, moet je wel aan een tekort aan biotine denken. Dat is ook het geval als je langere tijd antibiotica inneemt, te veel alcohol drinkt, of een stuk van je dunne darm is verwijderd, je op dialyse bent aangewezen of bepaalde medicijnen moet gebruiken. Dan heb je meer biotine nodig dan je met je eten kunt opnemen. Een ‘gezonde’ risicogroep zijn zwangere vrouwen, doordat een baby heel veel biotine verbruikt, net zoals een oude koelkast stroom vreet.

Er is nog nooit precies onderzocht in welke mate onze darmbacteriën biotine aan ons afgeven. We weten wel dat ze het produceren en dat bacterievijandige substanties, zoals antibiotica, tot een tekort kunnen leiden. Of iemand met het enterotype prevotella eerder een biotinetekort krijgt dan iemand die bacteroides heeft, zou een interessant onderzoeksproject kunnen zijn. Maar omdat we pas sinds 2011 iets af weten van enterotypen, zijn er zeker nog een paar vragen die eerst beantwoord moeten worden.

Bacteroides zijn niet alleen zo succesvol doordat ze een goede ‘output’ hebben, maar ook doordat ze goed met andere soorten samenwerken. Er zijn soorten die alleen in de darm zitten omdat ze het afval van bacteroides opruimen. Bacteroides kunnen beter werken in een opgeruimde omgeving, en de afvalopruimers hebben een zekere inkomstenbron. Een stukje verderop komen de composteerders; zij verwerken het afval niet alleen, maar maken er bovendien producten van die de bacteroides weer kunnen gebruiken. Bij bepaalde stofwisselingsprocessen stappen bacteroides echter ook zelf in de voetsporen van de composteerders: als ze bijvoorbeeld een koolstofatoom nodig hebben om iets op te bouwen, halen ze dat gewoon uit de lucht in de darm. Ze vinden altijd wel iets, want onze stofwisseling valt koolstof aan alsof het afval is.

Prevotella

De prevotella-familie is vaak het tegendeel van de bacteroides. Volgens bepaalde onderzoeken komt deze vaker voor bij vegetariërs, maar ook bij mensen die weinig vlees eten én bij mensen die gek zijn op vlees. Wat we eten is dus niet de enige factor die een rol speelt bij de ‘vestiging’ in de darm. Daarover straks meer.

Ook de prevotella hebben bacteriële collega’s met wie ze heel graag samenwerken, de Desulfovibrionales. Deze hebben vaak lange propellerdraden waarmee ze zich kunnen verplaatsen en ze zijn er, net als prevotella, goed in in ons slijmvlies op zoek te gaan naar bruikbare proteïnen. Deze proteïne kunnen ze dan eten of ze kunnen er iets anders van maken. Tijdens het werk van de prevotella gaan zwavelverbindingen in de aanval (die geur ken je wel van gekookte eieren), maar gelukkig hangen er ook desulfovibrionales rond. Immers, als deze niet alles zouden oppikken wat aanvalt, zouden ze al snel in hun eigen zwavelmoeras staan. Dit gas is trouwens niet ongezond, maar onze neus houdt er voor de zekerheid niet van omdat het, zodra de concentratie duizend keer zo hoog is, wel gevaarlijk wordt...

De kenmerkende vitamine van dit enterotype is ook zwavelhoudend en heeft ook een interessante geur: thiamine. Thiamine of vitamine B1 is een van de bekendste en belangrijkste vitamines. Onze hersenen hebben deze vitamine niet alleen nodig om de zenuwen goed te voeden, maar ook om ze vanbuiten van een elektrisch-isolerend laagje te voorzien. Een thiaminetekort is daarom een van de mogelijke oorzaken van trillende spieren en vergeetachtigheid.

Mensen die een groot tekort hebben aan vitamine B krijgen de ziekte beriberi. Deze ziekte werd al in de Aziatische wereld van 500 n.Chr. beschreven. De letterlijke betekenis van het woord beriberi is: ‘ik kan niet, ik kan niet’; daarmee wordt bedoeld dat de patiënt door de beschadigde zenuwen en het afgenomen spierweefsel niet meer rechtop kan lopen. Inmiddels is bekend dat witte rijst geen vitamine B1 bevat; bij eenzijdige voeding kan een vitamine B1-tekort al binnen enkele weken tot de eerste symptomen leiden.

Iemand met een vitamine B1-tekort heeft niet alleen last van een zenuw- en geheugenstoornis, hij is bovendien snel prikkelbaar en kan vaak last hebben van hoofdpijn of concentratieproblemen. Als dit lang aanhoudt, kan het tot oedeem of hartzwakte leiden. Maar ook hier geldt: er kunnen allerlei andere oorzaken zijn voor deze problemen. Ze zijn pas zorgelijk als ze opvallend vaak of in hevige vorm voorkomen, en worden zelden alleen door vitaminetekort veroorzaakt.

Deficiëntiesymptomen laten wel zien welke werking een bepaalde vitamine over het algemeen heeft. Iemand die niet alleen op witte rijst of alcohol leeft, heeft over het algemeen nergens last van. Doordat onze darmbacteriën ons bij de voeding kunnen helpen, zijn ze dus veel meer dan alleen een hoopje rondhangende zwavelpoepers.

Ruminococcus

Over deze familie lopen de meningen uiteen, in elk geval bij wetenschappers. Wetenschappers die zelf onderzoek hebben gedaan naar de aanwezigheid van de enterotypen konden alleen prevotella en bacteroides vinden, maar geen ruminococcus-groep. Anderen zweren dat deze derde groep wel degelijk bestaat en weer anderen zijn van mening dat er zelfs een vierde en een vijfde groep is uit andere bacteriënfamilies. Zoiets kan de koffiepauze tijdens een congres behoorlijk bederven.

Laten we dit afspreken: het is mogelijk dat deze groep bestaat. Met vermoedelijk als lievelingseten: plantaardige celwand. Eventuele collega’s: Akkermansia-bacteriën, die slijm afbreken en suiker relatief snel opzuigen. De stof die ruminococcen produceren is hemoglobine, die het lichaam bijvoorbeeld nodig heeft voor de productie van bloed.

Iemand die waarschijnlijk problemen had met de productie van hemoglobine was graaf Dracula. In Roemenië, waar hij vandaan kwam, komt een bepaald genetisch defect voor waarbij men slecht tegen knoflook en zonlicht kan, en rode urine produceert. De rode urine wordt veroorzaakt doordat de bloedproductie niet goed functioneert en nog niet klare tussenproducten uitscheidt. De conclusie was indertijd: iemand die rode urine heeft, heeft bloed gedronken. Tegenwoordig worden mensen met deze ziekte behandeld en worden ze niet meteen als een griezel beschouwd.

Ook als er geen ruminococcus-groep zou bestaan, komen deze bacteriën wel in de darmen voor. Daarom kan het geen kwaad dat we er nu iets meer over weten én over Dracula én de urinevariëteiten. Muizen zonder deze darmbacteriën hebben bijvoorbeeld problemen met de vorming van hemoglobine; dat bacteriën hiervoor belangrijk zijn, is dus geen totale onzin.

Nu hebben we de wereld van de darmmicro-organismen beter leren kennen. Hun genen zijn een gigantische voorraad uitgelezen vaardigheden. Zij helpen ons met de vertering en maken vitamines en andere nuttige stoffen. Nu gaan we ons bezighouden met enterotype-pakketjes en gaan we op zoek naar patronen. Dat doen we om de volgende reden: in onze buik zitten honderd biljoen kleine levende wezens en het is logisch dat we die niet zomaar negeren. Daarna gaan we een stap verder naar de merkbare effecten. We kijken naar de manier waarop deze darmbacteriën zich met onze stofwisseling bemoeien, welke goed voor ons zijn en welke schade veroorzaken.