Ze zitten overal

Bacteriën. Op en in ons lichaam krioelt het ervan en er worden er steeds meer ontdekt. Zodat de vraag rijst: zijn die bacteriën er voor ons, of zijn wij er voor die bacteriën?

Paula van Alphen (huid) Alphen, Paula van

Wie dit verhaal leest, hoeft zich nooit meer alleen te voelen. Of we nu slapen, hardlopen, achter de computer zitten of op het strand liggen, continu dragen we zo’n 500 miljard bacteriën en schimmelcellen met ons mee. Alleen al onze darm bevat ten minste duizend verschillende bacteriesoorten: slijmeters, suikereters, methaanvormers, zuurproducenten. Grote, kleine, ronde, staafvormige, enzovoort. Onze handpalm bevat er meer dan 150. In onze mond zijn al meer dan 800 soorten gevonden. En nog lang niet alle soorten zijn in kaart gebracht; in elke gram faeces, mondslijm of huidschraapsel die microbiologen nu enthousiast met nieuwe DNA-technieken doorvlossen op soorten, worden weer nieuwe gevonden.

“Twee jaar geleden schatte ik nog dat we in totaal zo’n vijfduizend soorten darmbacteriën in de faeces van proefpersonen zouden vinden”, zegt Willem de Vos, hoogleraar microbiologie in Wageningen. “Maar het gekke is: we blijven maar nieuwe soorten vinden naarmate we meer bacterie-DNA in kaart brengen. Het is als een ton met enorm veel verschillend gekleurde balletjes. Naarmate je dieper en langer zoekt, zul je meer kleuren vinden, zul je dus ook de meer zeldzame soorten vinden.”

Die 500 miljard bacteriën in en op ons lichaam zijn zo klein, dat je ze alleen onder de microscoop kunt bestuderen. Gemiddeld zijn ze honderd keer kleiner dan een lichaamscel. Maar ze eten en ‘poepen’ wel, en ze bewegen ook. Alleen, in lange ketens of in trosvormige groepjes tussen en op onze eigen lichaamscellen. Ze kunnen ook met miljoenen aan elkaar zijn geplakt tegen een hard oppervlakte – tandplak is daar een voorbeeld van. De meeste mensen kennen alleen een paar ziekteverwekkers, zoals legionella. En ze kennen de bifidobacteriën en lactobacillen uit de reclames voor gezonde yoghurtjes. Maar ons lichaam bevat dus duizenden soorten meer. Vrijwel allemaal goedaardige gasten, zolang hun aantal maar binnen de perken blijft.

Soortenrijkdom

Tot voor kort hadden microbiologen geen idee van die soortenrijkdom. Ze kenden alleen de soorten die zich goed in een bakje lieten kweken, maar dat is maar 1 procent van alle bacteriën. Met de nieuwe DNA-technieken en verbeterde chemische technieken om bacterie-eiwitten en - stoffen in kaart te brengen, kan men sinds begin jaren negentig direct de micro-organismen bestuderen - althans hun DNA en de eiwitten, suikers en vetzuren die ze produceren. Die chemische stoffen geven weer hoe eindeloos gevarieerd de microbiële wereld in en op ons lichaam is. In het begin waren de technieken nog duur en moeilijk te interpreteren. Maar nu ze snel goedkoper en geavanceerder worden, kan voor het eerst die diversiteit worden blootgelegd.

En er valt nogal wat te ontdekken. In de vet-, eiwit-en suikerrijke sappen van 50 miljard lichaamscellen floreren nog eens tien keer zoveel bacterie- en schimmelcellen. Een volwassen persoon draagt ongeveer een kilo bacteriën met zich mee. En alleen al een klein dobbelsteentje hoofdhuid, gesneden rond een haarwortel met daarin vet en suiker, kan een miljoen bacteriecellen bevatten. Met zoveel soorten bacteriën dragen we dus ook enkele miljoenen bacteriegenen en duizenden schimmelgenen met ons mee. De 20.000 genen van onze lichaamscellen, die allemaal hetzelfde DNA hebben, zijn daar maar een schijntje bij.

Functionele bacteriegenen

Dankzij grote fondsen verschijnen nu allerlei artikelen met titels als ‘Wat groeit op onze tong?’ en: ‘De geografische verspreiding van soorten op de menselijke huid’. Eind 2007 staken de VS 80 miljoen euro in het zogeheten Humane Microbioom Project om alle bacteriesoorten in en op ons lichaam in kaart te brengen. Japan, China en India startten vorig jaar programma’s, en onlangs besteedde ook de EU, samen met dertien instituten, 20 miljoen euro aan een darmverkenning met de naam MetaHit. De Europeanen zijn, in tegenstelling tot de Amerikanen, vooral geïnteresseerd in de functionele bacteriegenen en hun eiwitten. “Al die soorten benoemen of nummeren heeft geen zin”, zegt De Vos, die nauw bij het EU-programma betrokken is. “Het zijn er gewoon veel te veel. We willen weten wat al die bacteriën doen, of ze bijvoorbeeld een enzym hebben dat een suiker of een gas produceert of een bepaald menselijk eiwit kan afbreken.”

Duidelijk is al dat elke plaats in en op het lichaam – elke ecologische ‘microniche’ – zijn eigen soortensamenstelling heeft. Voor de huid – 1,75 vierkante meter bergachtig huidlandschap – is dit al prachtig aangetoond. Onderzoekers van het National Human Genome Research Center in Bethesda (VS) publiceerden erover op 30 mei in Science. Tien vrijwilligers moesten eerst driemaal daags hun handen wassen met milde zeep, waarna ze zich 24 uur niet mochten wassen. Vervolgens schraapten de onderzoekers op twintig plaatsen, van de neusvleugel via de navel tot achter op het been, huidmateriaal af. Ook sneden ze stukjes huid weg rond de haarwortels en de vetklieren ernaast. De duizend huidbacteriesoorten die ze op elke persoon vonden, kwamen bij deze vrijwilligers ongeveer overeen. Opmerkelijk waren de verschillen binnen één persoon.

Achter de oren en tussen de tenen bleek het als in de woestijn, er zaten maar zo’n vijftien soorten, waaronder onverwacht ook soorten van het geslacht Pseudomonas, dat ook graag in bodem en water vertoeft. Ook het vette voorhoofd bleek niet zo soortenrijk. Bovendien domineerde daar sterk één soort, namelijk Propionibacterium acnes, die ook zorgt voor de puistjes bij tieners. De bovenkant van de onderarm en de navel waren daarentegen met het tropisch regenwoud te vergelijken: elk tussen de veertig en vijftig soorten.

Vette en droge huidgebieden

In het algemeen bleken de vettere huidgebieden, zoals ook tussen de wenkbrauwen en bovenop de borst, minder divers en rijk dan vochtiger delen zoals tussen de vingers, onder de armen en in de navel. Ook de drogere delen, zoals de binnenkant van de arm bij de buiging (waar vaak eczeem voorkomt), bleken soortenrijk. Daarbij gold ruwweg: soorten behorend tot de ‘hoofdgroepen’ Propionibacteria en Staphylococci hebben graag vet, Corynebacteriën vocht, en Proteobacteriën en Flavobacteriën houden vooral van droge plaatsen. “Soorten kunnen behalve aan vet, vocht of lokale zuurgraad ook sterk zijn aangepast aan de voedingsstoffen op een bepaalde plaats”, licht onderzoeksleider Julie Segre vanuit Bethesda toe. “We weten bijvoorbeeld van sommige bacteriën die in de haarwortels leven, dat ze alleen bepaalde vetten en suikers eten die daarin zitten.”

Zelfs het speeksel op het gehemelte bevat een andere soortencombinatie dan het speeksel boven op de tong, vertelt Floyd Dewhirst, die nu in Harvard een wereldwijde databank voor soorten in de mond opzet (zie kader). “Aanvankelijk vonden we dat vreemd, gezien we met onze tong voortdurend over het gehemelte wrijven en je dus eigenlijk boven in de mond overal dezelfde gemeenschap zou verwachten. Nu denken we dat die scheiding wordt veroorzaakt door de aanpassing van de bacteriën aan het specifieke oppervlak van de cellen van het gehemelte, of juist van de tong. Elk type lichaamsce heeft weer een ander oppervlak met andere eiwitten erop en trekt daardoor ook andere bacteriesoorten aan.”

De groep van Willem de Vos heeft in kaart gebracht welke hoofdgroepen allemaal in de darm zitten. Dat zijn vooral de Firmicutes-soorten - 60 procent van het totaal aan bacteriecellen. Deze zijn onder andere goed in het afbreken van koolhydraten (uit bijvoorbeeld aardappelen, banaan of brood) tot zuren, waarbij verschillende soorten een verschillende rol hebben. Daarnaast behoort een kwart van de bacteriën tot de Bacteroidetes - zuurvormers die ook waterstofgas produceren - en een tiende tot de Actinobacteriën waartoe de bifidobacteriën behoren – zij maken uit suiker melkzuur en azijnzuur.

De Wageningers hebben in de faeces van proefpersonen ook een bacterie gedetecteerd die tot dan toe alleen nog in de bodem was gevonden, een Verrucomicrobiasoort. Hij is Akkermansia muciniphila genoemd, naar de Wageningse microbioloog Anton Akkermans die net tijdens dat onderzoek overleed. Waarschijnlijk heeft een van die bodembacteriën zich ooit eens aangepast aan een darm. En nu leeft deze A. muciniphila daar van de eiwit- en suikerrijke mucus, ofwel darmslijm, waarvan we dagelijks vijf liter produceren. Er zijn meerdere soorten mucuseters, zo vonden de Wageningers, maar deze A. muciniphila komt wel in heel grote aantallen voor.

Die grote aantallen roepen de vraag op of wij nu vooral zo druk doende zijn voor de bacteriën, of de bacteriën vooral voor ons. De Vos stelt vast dat, in het geval van A. muciniphila, wij de bacterie toch wel erg van dienst zijn. “Dagelijks produceren we vijf liter voer voor ze. Een glijmiddel dat langer meegaat, had ons wellicht minder energie gekost.” De Wageningers vermoeden dat A. muciniphila zelfs ook onze cellen kan aanzetten tot het produceren van mucus voor henzelf. Anderzijds hebben wij er natuurlijk ook baat bij dat het slijm steeds wordt afgebroken, zodat het weer kan worden ververst.

Vaste gasten

In ieder geval is zeker dat niet alle bacteriesoorten een min of meer symbiotische relatie met ons hebben. Want behalve ‘vaste gasten’ zijn er namelijk ook zogeheten passengers. De vaste gasten, vaak afkomstig van de moeder, zitten er al snel na de geboorte en blijven dan op een bepaalde plaats in of op het lichaam ‘wonen’. De passanten komen toevallig mee met de soep, of landen per ongeluk op onze bovenarm, en zijn na een paar dagen via de ontlasting of het waswater weer verdwenen. Volgens de eerste resultaten uit de Europese verkenning zou de darm een groep vaste gasten bevatten van zo’n 800 soorten die je bij elke monitoring kunt vinden. Deze groep verandert niet door antibiotica of een ander dieet. Hoogstens verandert hij een beetje wanneer mensen ouder worden. De soorten voorbijgangers daarentegen kunnen met de dag wisselen, afhankelijk van toevallige factoren als dieet, reizen of infecties. Soms zijn bepaalde soorten passengers ineens in groten getale te vinden, zoals bij een infectie, soms zij ze er niet, of niet detecteerbaar.

Ook is al gevonden dat in elk mens de vaste gasten bestaan uit net weer andere soorten bacteriën – al doen ze waarschijnlijk wel ongeveer hetzelfde. De Vos verwacht zelfs dat uiteindelijk, wanneer straks per monster nog meer bacterie-DNA in kaart kan worden gebracht, zal blijken dat iedereen zijn eigen soorten bacteriën met zich meedraagt – allemaal aangepast aan hun eigen gastheer.

Maar huidonderzoeker Julia Segre uit Bethesda wil dit ook relativeren. Haar groep vond juist opmerkelijke overeenkomsten tussen de soorten onder de arm of in de neus van verschillende proefpersonen. Alsof zich wereldwijd bepaalde bacteriën hebben aangepast aan de onderarm, of juist aan de neus van de mens. Segre: “De verschillen binnen één persoon zijn veel groter dan tussen personen.”

Nu de microbiële wereld in en op ons lichaam zo mooi kan worden blootgelegd, vinden sommige microbiologen, moet de mens voortaan ook maar anders worden bestudeerd, als een ‘superorganisme’, een ‘ecosysteem’, of een ‘amalgaam van menselijke en microbiële genomen’. “De vraag ‘Wie ben ik?’ moet worden herzien”, stelde een commentaar in Nature vorig jaar augustus filosofisch. ‘We kunnen ons beter afvragen: ‘Wie zijn wij?’’