Een goede start Laat de darmen floreren Deel I: Ontwikkeling microbioom essentieel voor latere westerse ziekten

Inhoud Introductie Wat is het microbioom Functie microbioom Voorbeelden rol microbioom en ziekte Kolonisatie van de darm Adviezen in de praktijk van baarmoeder tot opgroeiend kind

Introductie Eerste 1.000 dagen Vanaf geboorte tot 2e verjaardag Fundering gelegd voor gezondheid later in leven ‘Window of opportunity’ Immuunsysteem geprimed, opbouw microbioom Voeding essentiële rol (maar ook medicatie, ziekte, omgeving) Degint eigenlijk hiervoor: intra-uterien Periode eerste 100 dagen is dynamisch, kwetsbaar maar daardoor ook positief te manipuleren: window of opportunity Omgeving: creche/stad-platteland

“Critical windows” Prenataal Postnataal Risicofactoren Exogeen vs Voeding, metabole factoren en epigenetische regulatie van gen expressie tijdens gevoelige perioden voor en na geboorte moduleren cytogenese, organogenese, metabole en endocriene responsen  permanente verandering structuur en functie organen  risicofactoren voor bijv metabool syndroom Een stimulus in een “critical window” heeft een permanent effect op de structuur en functie Exogeen vs Genetisch

Microbiota: wat is het? Darm: 100.000.000.000.000 (100 biljoen) bacteriën > 1.000 verschillende species 60% feces, totaal gewicht 1,5 kg Mens 23.000 genen Humaan microbioom > miljoen genen

Human microbiome project (NIH) Human genome project 3.109 baseparen 25.000 genen Human microbiome project 4.106 genen !! Wereldwijd aantal grote projecten opgezet met als doel een databank aan te leggen met info over het microbioom Dat er in ons lichaam en op onze huid ontzettend veel micro-organismen – en dan met name bacteriën – leven is voor de meeste mensen geen nieuws. Maar wist je ook dat cellen van micro-organismen in ons lichaam sterker vertegenwoordigd zijn dan menselijke cellen? Voor elke menselijke cel zijn er maar liefst tien cellen met een bacteriële oorsprong. En die bacteriën zitten daar natuurlijk niet zomaar. Ze beïnvloeden allerlei processen in het lichaam en bepalen zo voor een belangrijk deel hoe ons lichaam functioneert, en of we gezond blijven of ziek worden. Door precies in kaart te brengen welke micro-organismen er in ons lichaam voorkomen en wat ze daar uitspoken, hopen wetenschappers de bacteriën te ontdekken die een belangrijke rol spelen bij ziekten. Dat is makkelijker gezegd dan gedaan. Veel bacteriën laten zich in het laboratorium lastig kweken, en zijn daardoor niet goed te onderzoeken. Streepjescode Moderne DNA-technologie heeft dat probleem grotendeels opgelost. Inmiddels is het mogelijk bacteriën te identificeren en hun genen te ontrafelen zonder dat ze eerst gekweekt hoeven te worden. Dat kan bijvoorbeeld door specifiek te kijken naar het gen ‘16S’ van ribosomaal RNA. Dat gen komt voor bij alle bacteriën, maar is afwezig in menselijke cellen. Vind je een stukje genetisch materiaal met het gen 16S? Dan weet je dus zeker dat het een bacteriële oorsprong heeft. Bovendien ziet het gen er bij verschillende bacteriën steeds net iets anders uit. 16S dient dan ook als een soort streepjescode waarmee het mogelijk wordt verschillende bacteriesoorten van elkaar te onderscheiden. Eind 2007 gaf de Amerikaanse gezondheidsorganisatie, de National Institutes of Health, een consortium van meer dan tweehonderd wetenschappers opdracht om met behulp van zulke DNA-technologie het complete menselijke microbioom in kaart te brengen. In dit Human Microbiome Project namen de wetenschappers DNA-monsters van 242 gezonde Amerikanen; 129 mannen en 113 vrouwen. In een periode van bijna twee jaar werd het DNA van de huid, de luchtwegen, het spijsverteringsstelsel, de mondholte en de vagina – die laatste uiteraard alleen bij vrouwen – drie keer onder de loep genomen. “Bacteria rule the world !”

Diversity of the human microbiome Eckburg et al. Science 2005 Eerste studie in Science over nauwkeurige beschrijving van het microbioom bij 3 personen is uit 2005! Zeer waardevolle info, toen pas werd duidelijk hoe complex het is (darmflora bestaat meer dan uit alleen maar enkele E coli’s Number of sequences per phylotype for each sample. The y axis is a neighbor-joining phylogenetic tree containing one representative of each of the 395 phylotypes from this study; each row is a different phylotype. The phyla (Bacteroidetes, non-Alphaproteobacteria, unclassified near Cyanobacteria, Actinobacteria, Firmicutes, Fusobacteria, and Alphaproteinobacteria, ordered top to bottom) are color coded as in Fig. 3 and fig. S1. Each column is labeled by subject (A, B, C) and anatomical site. For each phylotype, the clone abundance is indicated by a grayscale value Eckburg et al. Science 2005

Samenstelling humane microbiota iedere niche heeft eigen microbiota

Functie microbiota Waarom zo belangrijk? Vroege ontwikkeling microbiota belangrijk voor gezondheid later in leven - Invloed vroege kolonisatie op uiteindelijke samenstelling microbiota grotendeels nog niet begrepen Palmer 2007

Functie microbiota Vertering, opname voedingsstoffen, barrièrefunctie tegen pathogenen, inductie mucosale en systemische tolerantie (preventie allergie): afweer! Productie vitamines Allerlei metabole processen Clemente 2012

Microbioom bij ziekten

Ahmed Abu-Shanab & Eamonn M. M. Quigley Allerlei GI en extra-GI ziekten geassocieerd met microbioom, enorme toename aan artikelen die verbanden leggen The role of the gut microbiota in nonalcoholic fatty liver disease Ahmed Abu-Shanab & Eamonn M. M. Quigley

Zelfs wisselwerking microbiota met brein 100 miljoen neuronen rond darm die neurotransmitters produceren. 95% serotonine in darm  Darm-brein-as. 70-80% immuuncellen in darm Microbioom zelfs geassocieerd met autisme en depressie! Maes 2008, Berk 2013

Gut microbes cause obesity Meeste studies rol microbioom komt van muizen Can gut microbes cause obesity? Although genetics and lifestyle undoubtedly influence a person’s weight, increasing evidence suggests that the gut microbiome also plays a role. When researchers examined the abundance of different gut bacteria in mice and humans, they found that two phyla predominated: the Firmicutes and Bacteroidetes (Ley et al., 2006). Obese mice and people had a higher proportion of Firmicutes than lean individuals. Moreover, when obese people lost weight, their gut microbial compositions became more like those of lean people. To determine whether microbes themselves could cause weight gain, the researchers transferred bacteria from the large intestine of obese mice to lean, germ-free mice (Turnbaugh et al., 2006). After 2 weeks, the lean mice had a modest but statistically significant fat gain and were able to extract more calories from their food. As it turns out, the microbiome of obese mice contains an abundance of enzymes for breaking down indigestible polysaccharides, increasing the efficiency of energy harvest and possibly fueling weight gain. The involvement of the microbiome in a growing list of diseases suggests new avenues for therapy. For years, yogurt companies have touted the ability of live Lactobacillus cultures in their products to ease digestive ailments. Indeed, a few studies have shown that yogurt can improve symptoms of inflammatory bowel disease. Ley et al., 2006, Owen 2005

Microbioom geassocieerd met angst, steriele muizen kennen geen angst, na infusie darmbacteriën herstelt normale gedrag Ook bij de mens heeft darmflora een rol bij gedrag/emotie/angst. Ander mooi voorbeeld van wisselwerking brein (angst) en microbioom Nat Commun. 2015 Jul 28;6:7735. doi: 10.1038/ncomms8735. Microbiota and host determinants of behavioural phenotype in maternally separated mice. De Palma G et al Author information Abstract Early-life stress is a determinant of vulnerability to a variety of disorders that include dysfunction of the brain and gut. Here we exploit a model of early-life stress, maternal separation (MS) in mice, to investigate the role of the intestinal microbiota in the development of impaired gut function and altered behaviour later in life. Using germ-free and specific pathogen-free mice, we demonstrate that MS alters the hypothalamic-pituitary-adrenal axis and colonic cholinergic neural regulation in a microbiota-independent fashion. However, microbiota is required for the induction of anxiety-like behaviour and behavioural despair. Colonization of adult germ-free MS and control mice with the same microbiota produces distinct microbial profiles, which are associated with altered behaviour in MS, but not in control mice. These results indicate that MS-induced changes in host physiology lead to intestinal dysbiosis, which is a critical determinant of the abnormal behaviour that characterizes this model of early-life stress.

Ontwikkeling microbioom Niet alleen ‘academische interesse’ Microbioom is orgaan met enorme potentie om gezondheid later in leven al vroeg te beïnvloeden Uit relatie microbioom en ziekte blijkt wel dat microbioom heel belangrijk is, al vroeg in leven Paler 2007

Kolonisatie Vroege kolonisatie bepaalt uiteindelijke samenstelling microbioom Eerste ontwikkeling al in baarmoeder! Veranderingen soms blijvend (antibiotica), wees er dus zuinig op… Tanaka 2009

Factoren die een rol spelen bij kolonisatie Rodriquez et al. Microbial ecology 2015 The composition of the gut microbiota throughout life, with an emphasis on early life The intestinal microbiota has become a relevant aspect of human health. Microbial colonization runs in parallel with immune system maturation and plays a role in intestinal physiology and regulation. Increasing evidence on early microbial contact suggest that human intestinal microbiota is seeded before birth. Maternal microbiota forms the first microbial inoculum, and from birth, the microbial diversity increases and converges toward an adult-like microbiota by the end of the first 3–5 years of life. Perinatal factors such as mode of delivery, diet, genetics, and intestinal mucin glycosylation all contribute to influence microbial colonization. Once established, the composition of the gut microbiota is relatively stable throughout adult life, but can be altered as a result of bacterial infections, antibiotic treatment, lifestyle, surgical, and a long-term change in diet. Shifts in this complex microbial system have been reported to increase the risk of disease. Therefore, an adequate establishment of microbiota and its maintenance throughout life would reduce the risk of disease in early and late life. This review discusses recent studies on the early colonization and factors influencing this process which impact on health. Rodriquez 2015

Kolonisatie vindt al plaats in baarmoeder In baarmoeder: genetische factoren, gewicht, voeding en gezondheid (roken) moeder Blootstelling bacteriën: In navelstreng, placenta, meconium pasgeborene aangetoond, dus niet steriel Toename in amnionvocht bij prematuren, relatie met zwangerschapsduur Aagaard 2014

Zwangerschap en microbioom moeder Hormonale, immunologische, metabole veranderingen Toename vetmassa als voorbereiding op borstvoeding en toegenomen energieverbruik Insulineresistentie verandert Hiermee gepaard enorme shifts in microbioom moeder, in algemeen afname diversiteit Invloed op immunologische status moeder en foetus

Kolonisatie bij geboorte Kolonisatie darm pasgeborene direct gevolg van directe blootstelling aan bacteriën Vagina Huid moeder Perianale huid moeder Houghteling and Walker 2015

Kolonisatie en wijze geboorte Vaginale partus: Microbioom kind lijkt op combinatie bacterien vagina en darm moeder Keizersnede: Microbioom kind lijkt op huid moeder en ziekenhuisomgeving (apparatuur, andere kinderen, personeel) Minder diversiteit, minder totaal aantal bacteriën, lagere Bifidobacterium aantallen

Reid, Gregor, et al. "Microbiota restoration: natural and supplemented recovery of human microbial communities." Nature Reviews Microbiology 9.1 (2010): 27-38. In a healthy host, a balance exists between members of the microbiota, such that potential pathogenic and non-pathogenic organisms can be found in apparent harmony. During infection, this balance can become disturbed, leading to often dramatic changes in the composition of the microbiota. For most bacterial infections, nonspecific antibiotics are used, killing the non-pathogenic members of the microbiota as well as the pathogens and leading to a substantial delay in the restoration of a healthy microbiota. However, in some cases, infections can self-resolve without the intervention of antibiotics. In this Review, we explore the mechanisms underlying microbiota restoration following insult (antibiotic or otherwise) to the skin, oral cavity, and gastrointestinal and urogenital tracts, highlighting recovery by natural processes and after probiotic administration. Reid 2011

Microbioom: keizersnede versus vaginaal Na enkele jaren minder verschillen waargenomen in diversiteit en samenstelling tussen keizersnede en vaginaal partus Maar: juist eerste fase veel invloed op tal van metabole en immunologische processen   kwaad al geschied? keizersnede geassocieerd met type 1 diabetes, obesitas, allergie, eczeem, IBD

Antibiotica bij keizersnede Nieuwe internationale richtlijn ab-profylaxe rond SC: van na afklemmen navelstreng naar voor incisie  minder risico endometritis moeder naar blootstelling kind ab via navelstreng  invloed kolonisatie kind? Wat zijn korte- en langetermijneffecten? Geen goede studies effecten kind! 30% alle bevallingen keizersnede, moment ab mogelijk grote invloed, niet goed uitgezocht. In VU RCT kolonisatie oude richtlijn versus nieuwe richtlijn, vrouwen doen niet mee omdat ze niet volgens nieuwe richtlijn willen worden behandeld! Mackeen AD, Packard RE, Ota E, Berghella V, Baxter JK. Timing of intravenous prophylactic antibiotics for preventing postpartum infectious morbidity in women undergoing cesarean delivery. Cochrane Database Syst Rev 2014;12:CD009516. Mackeen 2014. Cohrane reviiew

Kolonisatie 0-12 maanden Direct na geboorte blootstelling aan huid ouders, pathogenen ziekenhuis, maar ook geïnhaleerde micro-organismen hebben invloed op intestinaal microbioom Dieet belangrijkste factor kolonisatie Oligosachariden in melk bereiken colon, selectieve groei bacteriën, positieve bijdrage aan gezondheid

Kolonisatie via moedermelk > 200 verschillende soorten geïsoleerd uit moedermelk Kernmicrobioom moedermelk Bifidobactrium Lactobacillus Staphulococcus Lactococcus Stabiel over tijd, bron is darm van moeder! Afhankelijk van afkomst, socio-economische status, dieet, medicatie moeder Dragen bij aan kolonisatie en dus gezondheid kind Ook daarom is borstvoeding zo belangrijk, in (meeste) kunstvoeding geen probiotoca

Bacteriën in moedermelk Meer diversiteit van ‘gezondheidsbevorderende’ Bifidobacteria Eerste levensmaanden steeds diverser, stabieler, unieker microbioom Grote verandering rond introductie bijvoeding. Granen, groente, fruit bevatten veel niet-oplosbare koolhydraten, enorme voedingsbron voor je microbioom Complexer dieet  complexer microbioom Al voor introductie van bijvoeding vinden er grote shifts in microbioom plaats, alsof microbioom geprimed is en zicht prepareert op toekomstige bijvoeding

Arrieta. The intestinal microbiome in early life: health and disease Arrieta. The intestinal microbiome in early life: health and disease. Front. Immunol 2014 Enorme shifts door de tijd, met vooral toename diveristeit Most abundant bacterial families are depicted in circles, where the size of the circle is proportional to the relative abundance of the bacterial taxa at each growth stage. The intestinal microbiota of the newborn is initially colonized by Enterobacteria. In the days after, strict anaerobic bacteria dominate the microbial community. During the first month, bifidobacterial species predominate in the gut, but the introduction of solid foods at around 4–6 months is accompanied by an expansion of clostridial species (Lachnospiracea, Clostridiaceae, and Ruminococcaceae). Members of the Ruminococcaceae family continue to increase in abundance in the following months. By 2–3 years of age, the microbiota composition consists of mainly Bacteroidaceae, Lachnospiraceae, and Ruminococcaceae, which then remains stable into adulthood.

Microbioom 1-3 jaar Geleidelijk aan richting ‘volwassenheid’ qua samenstelling en stabiliteit. Leeftijd 3 jaar ‘volwassen’? Verschil met jaargetijden als gevolg van dieet Naast dieet ook andere invloeden rol: genetisch, familiegrootte, huisdieren, cultureel, geografisch, medicatie, sanitair Sommige studies laten nog steeds verschil zien tussen adolescenten en volwassenen, in twijfel getrokken of 3 jaar de grens is naar volwassenheid

Intestinal Microbiota: Alterations During Human Life Cycle En na je derde jaar blijft het microbioom veranderen, maar wel minder snelle shifts dan in eerste jaren En nog steeds vershillen in samnestelling tussen ziek en gezond (obees, ab gebruik, ondervoeding eigen microbioom) Ottman, N. Front Cell Infect Microbiol. 2012;2:104

Microbiota omgevingsfactoren en immuunrespons Er bestaan veel exogene invloeden op microbioom Diet is another lifestyle factor that has the potential to affect our microbiomes. For example, vegetarians have different gut microbiomes than meat eaters. Stanley Hazen, chair of the Department of Cellular and Molecular Medicine at the Cleveland Clinic (Ohio, USA), discovered that gut microflora can contribute to cardiovascular disease by metabolizing dietary phosphatidylcholine (PC). PC, a major component of cell membranes, is naturally abundant in meat and egg yolk. Also known as lecithin, PC is commonly added to foods as an emulsifier. Hazen and his colleagues didn’t set out to study gut microflora. Instead, they wanted to identify metabolites in the blood of patients that could predict cardiovascular disease. The researchers used mass spectrometry to compare metabolites in archived blood plasma from an initial 50 people who experienced a heart attack, stroke, or death within three years of plasma collection vs. 50 age- and gender-matched people who did not (Wang et al., 2011). Much to the researchers’ surprise, the metabolite that most strongly predicted cardiovascular risk was one that they’d never heard of before: trimethylamine N-oxide, or TMAO. When Hazen surveyed the literature, he discovered that some gut microflora can cleave a trimethylamine (TMA) group from dietary PC. Then, flavin monooxygenases in the liver convert TMA to TMAO. When Hazen’s team fed TMAO directly to mice, the metabolite promoted the deposition of cholesterol in artery walls and the formation of atherosclerotic plaques. Importantly, feeding choline to mice only promoted heart disease if the mice had intact intestinal flora: Mice treated with broad-spectrum antibiotics prior to the feeding did not make TMAO or go on to develop atherosclerosis

Microbioom en adviezen in de praktijk?? Dit is discussie onder leiding van de avondvoorzitter met de deelnemers. De arts beantwoordt de vragen die naar voren komen. In de discussie komt naar voren Wat vind je hiervan Wat kan je hiermee Wat moet je hiermee

Microbiota en adviezen in de praktijk Deze sheet volgt pas na afloop van de discussie en kan eventueel aangevuld worden. Microbiota eerste levensjaren van belang voor gezondheid op volwassen leeftijd (dit is geen hype!) Voor goede ontwikkeling microbiota zijn o.a. van belang: vaginale partus borstvoeding tijdige en gevarieerde bijvoeding zo weinig mogelijk antibiotica