Microbioom: het onzichtbare ecosysteem dat onze gezondheid stuurt
In en op ons lichaam leven biljoenen bacteriën, virussen, schimmels en andere micro-organismen. Samen vormen zij het microbioom: het geheel van al deze micro-organismen en hun genetisch materiaal, plus de stoffen die ze produceren. Het grootste deel woont in de darmen, maar ook op de huid, in de mond en elders zijn eigen gemeenschappen te vinden. Wetenschappers schatten dat het aantal bacteriecellen in en op een mens ongeveer even groot is als het aantal menselijke lichaamscellen zelf.
Een handige vergelijking is die met een regenwoud. Net zoals een regenwoud niet alleen bomen is maar een compleet ecosysteem van planten, dieren, schimmels en bodemleven dat samen de voedselketen en het klimaat in balans houdt, is het microbioom een intern ecosysteem dat meehelpt bij spijsvertering, het trainen van het immuunsysteem en zelfs bij de aanmaak van bepaalde vitamines. Verstoor dat evenwicht — bijvoorbeeld door langdurig antibioticagebruik — en net als bij ontbossing kan het lang duren voordat het systeem weer herstelt, of herstelt het nooit helemaal naar de oorspronkelijke samenstelling.
Wat is het precies?
De term microbiota verwijst naar de levende micro-organismen zelf; microbioom is breder en omvat ook hun genen en de stofwisselingsproducten die ze maken. Van al deze micro-organismen zijn bacteriën het best onderzocht, maar ook archaea (eencellige organismen die op bacteriën lijken maar biochemisch anders zijn), virussen (waaronder bacteriofagen, virussen die specifiek bacteriën infecteren) en schimmels maken deel uit van het geheel.
Onderzoekers kunnen deze gemeenschappen tegenwoordig in kaart brengen zonder ze eerst in het lab te hoeven kweken, wat vroeger de standaardmethode was en waarbij het merendeel van de soorten onzichtbaar bleef omdat ze buiten een lichaam niet overleven. Twee technieken maakten dat mogelijk. Bij 16S rRNA-sequencing wordt een specifiek, voor bacteriën kenmerkend stukje DNA afgelezen dat als een soort barcode fungeert waarmee je kunt bepalen welke bacteriesoorten aanwezig zijn. Bij metagenomics wordt al het DNA in een monster in één keer uitgelezen, wat een completer beeld geeft: niet alleen wélke organismen aanwezig zijn, maar ook welke functies en genen ze bij zich dragen.
Met deze methoden ontdekten onderzoekers dat de samenstelling van het microbioom sterk verschilt per lichaamslocatie, per persoon en zelfs per tijdstip. De darmflora van twee gezonde mensen kan enorm uiteenlopen, en factoren als voeding, medicijngebruik, leeftijd, geboortewijze (vaginaal of via keizersnede) en woonomgeving beïnvloeden welke soorten domineren. Die diversiteit maakt het lastig om één simpel 'gezond microbioom' te definiëren; onderzoekers spreken eerder van veerkracht en balans dan van een vast ideaalprofiel.
Wat wil men ermee bereiken?
De belangrijkste drijfveer achter microbioomonderzoek is beter begrip van gezondheid en ziekte. Het microbioom blijkt betrokken bij spijsvertering, de opbouw van het immuunsysteem, bescherming tegen ziekteverwekkers en zelfs communicatie met de hersenen via wat onderzoekers de darm-hersenas noemen: een netwerk van zenuwbanen, hormonen en signaalstoffen dat darmen en hersenen verbindt.
Concreet hopen wetenschappers en artsen het microbioom te kunnen inzetten voor diagnostiek (ziekten vroeg herkennen aan veranderingen in de darmflora), preventie (voeding of aanvullingen die een gezonde microbiotasamenstelling ondersteunen) en behandeling (therapieën die gerichte bacteriestammen toedienen of juist wegnemen). Dit sluit aan bij de bredere beweging naar personalized medicine, geneeskunde die is afgestemd op de individuele biologie van een patiënt in plaats van een uniforme aanpak voor iedereen.
Ook buiten de menselijke gezondheid speelt microbioomonderzoek een rol. In de landbouw wordt gekeken naar het bodem- en plantmicrobioom om gewassen weerbaarder te maken tegen ziekten en droogte, met als doel minder afhankelijkheid van kunstmest en bestrijdingsmiddelen.
Voorbeelden uit de praktijk
Het Human Microbiome Project, gestart in 2007 door de Amerikaanse National Institutes of Health (NIH), was een van de eerste grootschalige pogingen om het menselijk microbioom systematisch in kaart te brengen. Het project bracht referentiedata voort die tot op de dag van vandaag door onderzoekers wereldwijd worden gebruikt.
Rond dezelfde periode liep in Europa MetaHIT (Metagenomics of the Human Intestinal Tract), een EU-gefinancierd project dat vanaf 2008 specifiek de darmflora en haar link met ziekten zoals obesitas en darmontstekingen onderzocht.
Een van de duidelijkste medische doorbraken is fecale microbiota-transplantatie (FMT): het overbrengen van ontlasting (en daarmee de darmflora) van een gezonde donor naar een patiënt. Dit bleek zeer effectief tegen terugkerende infecties met de bacterie Clostridioides difficile. De Amerikaanse toezichthouder FDA keurde in 2022 het product Rebyota (RBX2660, ontwikkeld door Rebiotix, onderdeel van Ferring Pharmaceuticals) goed als eerste op FMT gebaseerde therapie, gevolgd in 2023 door Vowst (SER-109) van het bedrijf Seres Therapeutics, een capsulevorm met gezuiverde bacteriesporen.
Op het gebied van burgerwetenschap liep in de VS het American Gut Project, waarbij duizenden vrijwilligers hun ontlasting instuurden voor analyse in ruil voor inzicht in hun eigen darmflora. Dit initiatief is inmiddels opgegaan in The Microsetta Initiative van de University of California San Diego, dat het onderzoek op vergelijkbare basis voortzet.
Een ander voorbeeld is Akkermansia muciniphila, een darmbacterie die in verband wordt gebracht met een gezonde stofwisseling. Het Belgische bedrijf A-Mansia Biotech bracht rond begin jaren 2020 een gepasteuriseerde (verhitte, niet-levende) versie van deze bacterie op de markt als voedingssupplement, een zogeheten postbiotic.
Hoe ver is de techniek?
Het verst ontwikkeld is FMT voor recidiverende C. difficile-infecties: dit is inmiddels een erkende, in richtlijnen opgenomen behandeling met bewezen effectiviteit, en met Rebyota en Vowst zijn er goedgekeurde, gestandaardiseerde producten beschikbaar in de Verenigde Staten.
Voor vrijwel alle andere toepassingen staat het onderzoek nog in een vroeger stadium. Verbanden tussen microbioomsamenstelling en aandoeningen als obesitas, prikkelbare-darmsyndroom, chronische darmontstekingen (IBD), depressie en de respons op kanker-immunotherapie zijn in studies aangetoond, maar het is vaak nog onduidelijk of het microbioom de oorzaak is, een gevolg, of slechts een toevallige samenhang zonder causaal verband. Dit onderscheid tussen correlatie (twee dingen komen samen voor) en causaliteit (het ene veroorzaakt het andere) is een van de grootste wetenschappelijke obstakels in het veld.
Andere hindernissen zijn de grote individuele variatie tussen microbiomen, waardoor resultaten uit het ene onderzoek lastig te herhalen zijn in een andere populatie, en de complexiteit van regelgeving voor levende therapieën. Het veld kreeg bovendien een waarschuwend voorbeeld: het Amerikaanse bedrijf uBiome, dat thuistests voor microbioomanalyse verkocht, ging in 2019 failliet nadat er een fraudeonderzoek naar de facturatiepraktijken van het bedrijf was gestart. Dit voorval wordt in de sector vaak aangehaald als les dat commerciële beloften sneller gingen dan het onderliggende wetenschappelijk bewijs.
Wie werken eraan?
Op onderzoeksgebied lopen de Amerikaanse National Institutes of Health (NIH) en het Britse Wellcome Sanger Institute voorop, samen met het Broad Institute (verbonden aan MIT en Harvard). In Nederland is Wageningen University & Research een belangrijke speler, met sterke expertise in zowel het menselijk als het bodem- en plantmicrobioom, aangevuld door onderzoek bij diverse universitair medische centra.
Op de commerciële kant ontwikkelen bedrijven als Seres Therapeutics en Vedanta Biosciences (VS) en Ferring Pharmaceuticals via zijn dochterbedrijf Rebiotix microbioomtherapieën voor de kliniek. Voedingsbedrijven als Yakult en Danone investeren al langer in probiotica-onderzoek, terwijl DSM-Firmenich, met een sterke Nederlandse wortel, actief is in microbioomgerelateerde ingrediënten en supplementen.
Op landenniveau investeren vooral de Verenigde Staten en de Europese Unie fors in microbioomonderzoek via respectievelijk NIH-programma's en Horizon-onderzoeksfinanciering, met Nederland als een van de actievere Europese landen dankzij de combinatie van sterke academische microbiologie en een omvangrijke agrofoodsector.