Darmflora zou ingezet kunnen worden in strijd tegen virussen

Microbiologen onderzoeken nieuwe manieren om virale infecties – waaronder COVID-19 – te bestrijden met behulp van bacteriën die al in onze darmen leven.

Door Bill Sullivan
Gepubliceerd 16 apr. 2021 15:13 CEST
GutBiome

In deze microscoopopname van menselijke ontlasting is de veelzijdigheid van de darmflora goed te herkennen. Tot de eencelligen die er leven, behoort ook een enorme bacterie die vijftigmaal groter is dan E. coli. De samenstelling van de darmflora verschilt van persoon tot persoon. Wetenschappers komen steeds meer te weten over de talloze manieren waarop deze microben van invloed zijn op onze gezondheid en stemming, ons lichaamsgewicht en zelfs onze persoonlijkheid.

Foto van MARTIN OEGGERLI NatGeo Image Collection

De parasitische levenswijze van virussen maakt deze bacillen tot een uitdagende vijand. Traditionele manieren om ons tegen virussen te beschermen, zoals virusremmers en vaccins, zijn tijdrovend om te ontwikkelen, vertonen vaak ongewenste bijwerkingen en kunnen hun werkzaamheid verliezen als een virus muteert. Sommige wetenschappers beginnen het probleem nu heel anders te benaderen en wijzen erop dat we in deze strijd niet alleen staan. In en op ons lichaam leven namelijk biljoenen microben, die collectief als het menselijk microbioom worden aangeduid. Onderzoekers testen nu of zij deze microben kunnen opnemen in het leger ziektebestrijders van ons eigen immuunsysteem om virale indringers af te weren.

In de afgelopen twintig jaar zijn onderzoekers veel te weten gekomen over een belangrijk onderdeel van het microbioom, namelijk die microben (met name bacteriën) die in ons maagdarmstelsel leven en gezamenlijk als ‘darmflora’ worden aangeduid. Het is inmiddels welbekend dat de darmflora de spijsvertering bevordert en bepaalde voedingsstoffen aanmaakt. Ook lijkt ze met behulp van chemische signalen te communiceren met andere delen van het lichaam, zoals de hersenen. Zo produceren darmbacteriën neurotransmitters als serotonine, die mogelijk onze stemming en geestestoestand reguleren. Ook kunnen ze het immuunsysteem beïnvloeden, iets wat grote interesse heeft gewekt van de kant van experts in infectieziekten.

In deze microscoopopname van menselijke ontlasting is de veelzijdigheid van de darmflora goed te herkennen. Tot de eencelligen die er leven, behoort ook een enorme bacterie die vijftigmaal groter is dan E. coli. De samenstelling van de darmflora verschilt van persoon tot persoon. Wetenschappers komen steeds meer te weten over de talloze manieren waarop deze microben van invloed zijn op onze gezondheid en stemming, ons lichaamsgewicht en zelfs onze persoonlijkheid.

Foto van MARTIN OEGGERLI

“Stel je voor dat darmbacteriën kunnen verhinderen dat een virus in een cel doordringt of ermee communiceert, zodat die cel voor het virus een minder prettige plek wordt om zich te vestigen,” zegt Mark Kaplan, hoofd van de afdeling microbiologie en immunologie van de faculteit geneeskunde van de Indiana University. “Het manipuleren van die communicatielijnen zou ons een nieuw arsenaal geven om het lichaam te helpen bij het bestrijden van virussen.”

De ziekte COVID-19, die wordt veroorzaakt door het SARS-CoV-2-virus, heeft de interesse in een mogelijk verband tussen het microbioom en de afweer tegen virusinfecties aangewakkerd. Veel mensen die COVID-19 hebben opgelopen, vertonen weinig tot geen symptomen terwijl andere mensen er ernstig ziek door worden of er zelfs aan overlijden. Wat er precies achter deze sterk uiteenlopende reacties op een besmetting met SARS-CoV-2 steekt, is nog altijd een mysterie, maar nieuw onderzoek duidt erop dat de gezondheid van iemands microbioom daarbij een rol speelt.

COVID-19 verloopt doorgaans ernstiger bij oudere patiënten en ook bij mensen van alle leeftijden met bestaande aandoeningen, zoals zwaarlijvigheid, diabetes en kanker. Al deze aandoeningen zijn ook in verband gebracht met de gezondheid van iemands microbioom, en in meerdere voorlopige studies is vastgesteld dat COVID-19-patiënten die opgenomen moesten worden, ongebruikelijke microbiomen vertoonden. Als er een duidelijk verband zou bestaan tussen de darmflora en de ernst van een corona-infectie, dan zou het misschien mogelijk zijn om het microbioom dusdanig te beïnvloeden dat het lichaam beter in staat is om SARS-CoV-2 en andere virussen af te weren.

“Als we darmbacteriën beschouwen als de poortwachters tussen dat wat we allemaal binnenkrijgen en dat wat ons lichaam nodig heeft, dan begrijp je ook dat sommige van die poortwachters misschien efficiënter zijn in het verjagen van indringers dan andere,” zegt Kaplan.

Hulp van de darmflora

In onze darmen leven honderden verschillende soorten bacteriën. Geschat wordt dat de darmflora zo’n veertig biljoen cellen omvat, iets meer dan het totale aantal menselijke cellen waaruit ons lichaam is opgebouwd. Dit enorme leger van eencelligen helpt het lichaam mogelijk bij het afweren van virussen, en wel met behulp van drie primaire verdedigingsmechanismen: het opwerpen van een blokkade tegen de indringers, het inzetten van vernuftig wapentuig en het ondersteunen van ons eigen immuunsysteem.

Om het eerste verdedigingsmechanisme te kunnen begrijpen moeten we bedenken dat onze darmen een soort buis vormen waarin voedsel wordt verteerd zodat de voedingsstoffen erin door het lichaam kunnen worden geabsorbeerd. Maar tegelijkertijd ontstaan daarbij ook afvalstoffen met schadelijke biochemische stoffen erin, terwijl er bovendien ziekteverwekkers aanwezig zijn die we ongewild hebben binnengekregen. Om afvalstoffen en ziekteverwekkende microben naar de uitgang af te kunnen voeren, produceren cellen op de binnenzijde van de darmen een beschermende laag slijm. Alles duidt erop dat darmbacteriën de aanmaak van die belangrijk slijmbarrière positief kunnen beïnvloeden en zo kunnen voorkomen dat schadelijke virussen in de darmen zich naar andere delen van het lichaam kunnen verplaatsen.

Maar als de slijmlaag is beschadigd, kan deze barrière poreus worden, waardoor afvalstoffen en potentieel gevaarlijke ziekteverwekkers andere organen kunnen bereiken en daar een ernstige ontstekingen of infectieziekten kunnen veroorzaken. “Het is zeer waarschijnlijk dat virussen andere organen dan de longen bereiken via poreuze plekken in het slijmvlies van de darmen,” zegt microbioloog Heenam Stanley Kim van de Korea University in Seoul.

Zo’n poreuze darmbarrière kan ook het ontstaan van auto-immuunziekten bevorderen. Sommige wetenschappers hebben dan ook geopperd dat verstoringen van de darmflora in verband staan met zogenaamde ‘cytokinestormen’. Daarbij reageert het immuunsysteem veel te sterk en is het ziekteverloop van COVID-19 veel ernstiger.

Naast de longen en de darmen is het SARS-CoV-2-virus ook aangetroffen in de lever, de nieren, het hart en de hersenen van patiënten.

Bovendien zijn er steeds meer aanwijzingen dat de darmflora met behulp van chemische signalen ook de gezondheid van de longen beïnvloedt. Zo ontdekten onderzoekers bij makaken dat hun darmflora tien dagen na besmetting met SARS-CoV-2 was veranderd, waarbij enkele van die veranderingen ook na 26 dagen nog aanwezig waren. Opvallend was dat de darmen van de besmette makaken minder bacteriënsoorten bevatten die zogenaamde korte-ketenvetzuren (SCFA’s of ‘short-chain fatty acids’) aanmaken. SCFA’s zijn moleculen die een belangrijke rol spelen in het reguleren van het afweersysteem. Uit experimenten met muizen is gebleken dat SCFA’s die door de darmflora worden aangemaakt, via de bloedbaan naar andere delen van het lichaam stromen, waaronder de longen, waar ze de knaagdiertjes beschermden tegen virale luchtweginfecties.

Het microbioom zou virussen ook kunnen bestrijden met behulp van de aanmaak van chemische stoffen die de levenscyclus van een virus verstoren. Sommige bacteriën produceren gifstoffen (‘bacteriocinen’) om rivaliserende bacteriële stammen te bestrijden. Maar laboratoriumonderzoek met opgekweekte cellen duidt erop dat deze bacteriocinen ook de activiteit van bepaalde virussen kunnen remmen. Zo produceren Streptomycetacae-bacteriën een bacteriocine genaamd duramycine, dat virussen als het West-Nijlvirus, het dengue-virus en het Ebola-virus verhindert om in gastheercellen door te dringen. Andere bacteriocinen belemmeren de vermeerdering van herpes simplex-virussen.

Het derde mechanisme waarmee het microbioom virussen kan afweren, is het ondersteunen van het eigen immuunsysteem. Uit onderzoek bleek dat proefpersonen die naast een extra dosis van het poliovaccin ook de Lactobacillus-bacteriën kregen toegediend, sneller antilichamen tegen het poliovirus aanmaakten; lactobacillen zitten in gefermenteerde etenswaren en yoghurt.

Uit een andere studie, onder leiding van immunoloog Dennis Kasper van het Blavatnik Institute, onderdeel van de Harvard Medical School, bleek dat darmbacteriën van de stam Bacteroidetes immuuncellen in de darmen aanzetten tot het uitscheiden van interferonen. Interferonen spelen een cruciale rol in het aanzwengelen van de immuunrespons tegen virussen en helpen bij het uitschakelen van besmette cellen. Als het microbioom niet gezond meer is – ‘dysbiotisch’ wordt – kan dat een negatief effect hebben op onze immuunafweer. “Bacteroidetes vormen tussen de 40 en 50 procent van de in totaal ruim 200 soorten microben in de darmen van de meeste mensen,” zegt Kasper. “Als de darmflora van mensen dysbiotisch is en het normale evenwicht van darmmicroben is verstoord, dan zijn deze mensen kwetsbaarder voor allerlei ziekten.”

Volgens hem is het mogelijk dat “mensen met een dysbiotische darmflora bij wie het aantal Bacteroidetes in de darmen te laag is, minder weerstand hebben als zij met een virus in aanraking komen en verloopt hun infectie daardoor ernstiger.”

Het inzetten van het microbioom

Gezien het groeiend aantal aanwijzingen voor de rol van het microbioom bij het versterken van de virusafweer van het immuunsysteem, onderzoeken wetenschappers nu hoe ze deze nieuwe inzichten kunnen vertalen in diagnoses en behandelingen.

Nu bepaalde bacteriesoorten in de darmen in verband worden gebracht met een slechter verloop van virale infecties, denken sommige onderzoekers erover om deze bacteriën als ‘biomarkers’ of diagnostische signalen te gebruiken. Microbiologe Ana Maldonado-Contreras van de medische faculteit van de University of Massachusetts berichtte in een voorlopig rapport dat de bacterie Enterococcus faecalis, die in verband wordt gebracht met chronische ontstekingen, een betrouwbare indicator is voor een ernstig verloop van COVID-19. Volgens Maldonado-Contreras zou het testen op deze bacteriesoort “een efficiënte manier kunnen zijn om patiënten te identificeren die een grotere kans lopen een ernstige vorm van de infectie te ontwikkelen en die meer zorg en klinische interventies nodig hebben.”

Op het gebied van behandelingen hebben onderzoekers opmerkelijke resultaten geboekt met het overbrengen van een gezond microbioom op een patiënt met een dysbiotische darmflora. Hun procedure, de fecale transplantatie, is tot nu toe alleen goedgekeurd voor de behandeling van gevallen van bacteriële colitis die worden veroorzaakt door besmetting met de bacterie Clostridium difficile. Dankzij een fecale transplantatie genezen ruim negentig procent van Clostridium difficile-patiënten, wat de hoop biedt dat ook andere ziekten met deze methode behandeld kunnen worden. “Als de gezondheid van de darmflora van invloed is op het verloop van COVID-19-gevallen, dan zouden we daarvan gebruik moeten maken ten behoeve van een betere beheersing en voorkoming van de ziekte,” meent Kim. “Ik denk dat fecale transplantatie zorgvuldig kan worden overwogen bij patiënten met een slechte prognose.”

Bij een andere, innovatieve manier om het microbioom aan te passen, wordt gebruik gemaakt van bacteriofagen, virussen die in bepaalde bacteriesoorten doordringen en deze doden. In theorie zouden bacteriofagen aan patiënten kunnen worden toegediend om die bacteriesoorten uit hun darmflora te elimineren die de afweerrespons van het immuunsysteem tegen virale infecties verstoren. Met andere woorden, we zouden dan een bacteriedodend virus inzetten tegen een ziekteverwekkend virus door veranderingen aan te brengen in de bacteriën die in de menselijke darmen leven.

Maar in plaats van het hele microbioom te veranderen, geven sommige onderzoekers de voorkeur aan een wat subtielere benadering. Als we de ‘goede’ moleculen kunnen identificeren die door bepaalde darmbacteriën worden aangemaakt, zouden deze op grote schaal geproduceerd kunnen worden en in pilvorm aan patiënten kunnen worden voorgeschreven.

Zo hebben de eerder genoemde Bacteroidetes-bacteriën specifieke moleculen op de buitenzijde van hun cel die glycolipiden worden genoemd. Deze glycolipiden zetten de immuuncellen in het maagdarmstelsel aan tot het afscheiden van antivirale interferonen. “Een van de spannende mogelijkheden die onze resultaten oproepen, is het synthetiseren van glycolipiden die de uitscheiding van type I-interferonen stimuleren en deze vervolgens preventief in te zetten bij personen die een hoog risico lopen,” zegt Kasper. Zijn team testte dit idee en ontdekte dat muizen tegen een virale infectie beschermd konden worden door bacteriële glycolipiden aan hun drinkwater toe te voegen.

De wisselwerking tussen het microbioom en virussen is uiterst complex. Het meeste onderzoek ernaar richt zich op de bacteriële kant van het microbioom, waardoor de bijdragen van schimmels, protozoën en bacteriofagen en andere virussen in ons maagdarmstelsel grotendeels over het hoofd worden gezien. Maar dankzij verder onderzoek zullen er nieuwe behandelingsstrategieën worden gevonden in de strijd tegen infectieziekten.

Wat is een virus?
Virale uitbraken kunnen binnen enkele dagen een dodelijke pandemie worden. Om catastrofe te voorkomen, vechten moedige wetenschappers terug met nieuwe behandelingen en vaccins. Afbeeldingen uit de show "Breakthrough".

Een gezonde darmflora

Omdat het onderzoek naar de werking van de darmflora nog in de kinderschoenen staat, menen sommige experts dat het nog te vroeg is om definitieve conclusies te trekken over de rol van het microbioom in de afweer tegen virale infecties als COVID-19.

Microbioloog Jonathan Eisen, directeur van het microbioom-programma van de University of California in Davis, wijst erop dat er nog veel meer onderzoek nodig is. “Ik maak me zorgen over beweringen met betrekking tot een mogelijk causaal verband tussen de rol van het microbioom en het risico op en de ernst van COVID-19-infecties.” Volgens Eisen is er tot dusver alleen een verband geconstateerd tussen besmetting met COVID-19, biomarkers voor ontstekingen en het microbioom. De uitdaging is om vast te stellen door welke factoren dat verband wordt beïnvloed. Zo kan het microbioom van een patiënt ook veranderen als gevolg van aanpassingen aan het dieet als iemand ziek wordt of door de immuunrespons op de ziekte zelf. “Maar momenteel kunnen we nog niet concluderen dat het microbioom een directe rol speelt bij COVID-19-gevallen.”

Ook is het moeilijk om precieze aanwijzingen op te stellen voor het verbeteren van de darmflora ten behoeve van een efficiëntere afweer tegen virale infecties. Het microbioom verschilt van persoon tot persoon en wordt in zijn samenstelling bepaald door een mix van genetische invloeden, omgevingsfactoren en eetgewoonten. Maar de consensus is wel dat een dieet dat rijk is aan pre- en probiotica, in combinatie met geregelde lichaamsbeweging, bijdraagt aan een gezond microbioom en beschermt tegen een poreuze darmbarrière.

Prebiotica zijn vooral voedingsvezels, die in bepaalde gewassen voorkomen en ook in voedingssupplementen worden verwerkt. Tot de etenswaren die een hoog gehalte aan prebiotica bevatten, behoren artisjokken, asperges, uien, peulvruchten en bessen. “Prebiotica zijn grondig bestudeerd, zodat kon worden aangetoond dat ze de algehele gezondheid van de darmflora bevorderen,” zegt medisch journalist Scott Anderson, auteur van The Psychobiotic Revolution. Probiotica zijn levende bacteriën of schimmels die een positieve uitwerking op de spijsvertering hebben; etenswaren die veel probiotica bevatten, zijn onder andere kefir, zuurkool, kimchi en yoghurt.

Daarnaast is uit onderzoek naar muizen gebleken dat lichaamsbeweging helpt om ontstekingen te kalmeren en de algehele gezondheid van de darmflora te verbeteren. “Bekend is dat lichaamsbeweging het niveau aan SCFA’s verhoogt, door evenwicht te brengen in de microbiota, waardoor de cellen in de slijmvliezen aan de binnenzijde van de darmen worden gevoed en zich kunnen herstellen,” zegt Anderson. Dat kan op zijn beurt voorkomen dat virussen via een poreuze darmbarrière in de bloedbaan terechtkomen en infecties veroorzaken.

Kim hoopt dat de nieuwe studies mensen zullen aanzetten om meer aandacht aan hun darmflora te besteden, zodat ze minder vatbaar worden voor infecties en chronische ontstekingsziekten. “Het verhogen van het gehalte aan vezels in ons dieet is een efficiënte manier om de darmflora te verbeteren. En misschien helpt dat ook om COVID-19 en chronische ziekten te voorkomen of beheersbaarder te maken.”

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com

Lees meer

Ontdek Nat Geo

  • Dieren
  • Milieu
  • Geschiedenis en Cultuur
  • Wetenschap
  • Reizen
  • Fotografie
  • Ruimte
  • Video

Over ons

Abonnement

  • Abonneren
  • Schrijf je in
  • Shop
  • Disney+

Volg ons

  • Gebruiksvoorwaarden
  • Privacyverklaring
  • Cookiebeleid
Copyright © 1996-2015 National Geographic Society. Copyright © 2015-2017 National Geographic Partners, LLC. Alle rechten voorbehouden.