Microben in de darm kunnen door cortisol praten met de
hersenen
UNIVERSITEIT VAN ILLINOIS COLLEGE VAN LANDBOUW, CONSUMENTEN EN
MILIEUWETENSCHAPPEN
URBANA, III. - Darm microben zijn de laatste tijd veel in het
nieuws geweest. Uit recente studies is gebleken dat ze bij de mens
invloed kunnen hebben op de gezondheid, het gedrag en bepaalde
neurologische stoornissen zoals autisme. Maar hoe communiceren ze
met de hersenen? Resultaten van een nieuwe studie van de
Universiteit van Illinois suggereren een communicatieve route tussen
bepaalde darmbacteriën en hersenmetabolieten, door middel van een
verbinding in het bloed cortisol genaamd. En onverwacht laat de
bevinding een mogelijk mechanisme zien om de kenmerken van autisme
te verklaren.
"Veranderingen in neurometabolieten tijdens de kindertijd, kunnen
een diepgaande invloed hebben op de ontwikkeling van de hersenen, en
het is mogelijk dat de microbiome - of de verzameling van bacteriën,
schimmels en virussen die in onze darm leven - een rol spelen in dit
proces," zegt Austin Mudd, een Doctoraal student in het Neuroscience
Program van de Universiteit van Illinois. "Het is echter onduidelijk
welke specifieke darmbacteriën de meeste invloed hebben op de
ontwikkeling van de hersenen en indien van toepassing, welke
factoren de relatie tussen de darm en de hersenen kunnen
beïnvloeden.”
De onderzoekers bestudeerden varkens van 1 maand oud, die
opmerkelijk vergelijkbaar zijn met menselijke zuigelingen voor wat
betreft hun darm- en hersenontwikkeling. Zij identificeerden eerst
de relatieve overvloed van bacteriën in de ontlasting en de
stijgende darminhoud van de biggen en vervolgens de gekwantificeerde
concentraties van bepaalde verbindingen in het bloed en de hersenen.
"Het gebruik van het varken als een vertaalbaar diermodel voor
menselijke zuigelingen, biedt een unieke mogelijkheid om de aspecten
van de ontwikkeling te bestuderen, daar het soms moeilijker of
ethisch uitdagend kan zijn om gegevens van menselijke zuigelingen te
verzamelen," zegt Mudd. "In deze studie bijvoorbeeld wilden we zien
of we in de ontlasting van biggen bacteriën konden vinden die de
concentraties van verbindingen in het bloed en de hersenen zouden
kunnen voorspellen, wat beiden moeilijker is bij baby’s."
De onderzoekers gebruikten een stapsgewijze aanpak, waarbij eerst
voorspellende relaties werden vastgesteld tussen fecale bacteriën en
hersenmetabolieten. Zij vonden dat de bacteriële geslachten
Bacteroides en Clostridium hogere concentraties voorspelden van
myo-inositol, dat Butyricimonas positief
n-acetylaspartaat (NAA) voorspelden en Bacteroides voorspelden ook
hogere niveaus van totale creatine in de hersenen. Echter, wanneer
in de ontlasting van de biggen de bacteriën van het geslacht
Ruminococcus overvloedig aanwezig waren, waren de NAA concentraties
in de hersenen lager.
“Deze hersenmetabolieten zijn in veranderde toestand gevonden bij
individuen die met het autisme spectrum stoornis (ASD) zijn
gediagnosticeerd, maar er zijn nog geen onderzoeken die links hebben
gespecificeerd tussen bacteriële genera en deze specifieke
metabolieten,” merkte Mudd op.
De volgende stap was om te bepalen of deze vier bacteriële genera
verbindingen in het bloed zouden kunnen voorspellen. “Biomarkers in
bloed is iets wat we eigenlijk bij een zuigeling zouden kunnen
verzamelen, dus is het een klinisch relevante steekproef. Het zou
fijn zijn om de hersenen van een zuigeling zelf te kunnen bestuderen
maar zuigelingen in beeld brengen is logistiek en ethisch erg
moeilijk. We kunnen wel ontlasting en bloed verkrijgen van
zuigelingen,” zegt Ryan Dilger, universitair hoofddocent van het
Department of Animal Sciences, Division of Nutritional Sciences, and
Neuroscience Program van de Universiteit van Illinois.
De onderzoekers vonden verwachte relaties tussen de fecale
microbiota en serotonine en cortisol, twee verbindingen in het bloed
waarvan bekend is dat ze door de microbiota beïnvloed worden.
Bacteroides werden specifiek geassocieerd met hogere serotonine
niveaus, terwijl Ruminococcus lagere concentraties voorspelden van
zowel serotonine als cortisol. Clostridium en Butyricimonas werden
niet sterk geassocieerd met een van beide verbindingen.
Nogmaals, zegt Mudd, de resultaten ondersteunen eerdere
bevindingen met betrekking tot ASD. "Wijzigingen in het serum
serotonine en cortisol, evenals de fecale Bacteroides en
Ruminococcus niveaus, worden gezien bij personen met ASD.”
Op basis van hun eerste analyses wilden de onderzoekers weten of
er een drievoudige relatie was tussen Ruminococcus, Cortisol en NAA.
Om dit verder te onderzoeken, gebruikten ze een statistische aanpak,
bekend als de "bemiddelingsanalyse", en daaruit bleek dat het serum
cortisol de relatie tussen de fecale Ruminococcus-overvloed en de
NAA-concentratie van de hersenen bemiddelde. Met andere woorden, het
blijkt dat Ruminococcus met de hersenen communiceert en indirect
veranderingen aanbrengt in de hersenen door cortisol. “Deze
bemiddelingsbevinding is interessant omdat het ons inzicht geeft in
een manier waarop de darm microbiota met de hersenen kan
communiceren. Het kan worden gebruikt als kader voor het ontwikkelen
van toekomstige interventie studies die dit voorgestelde mechanisme
verder ondersteunen," voegt Dilger toe.
"In eerste instantie hebben we de relaties tussen de
darmmicrobiota, bloedbiomarkers en hersenmetabolieten bepaald. Maar
als we keken naar de relaties die in onze studie geïdentificeerd
zijn, bleven ze ons leiden naar onafhankelijke gerapporteerde
bevindingen in de literatuur over autisme. We blijven voorzichtig en
willen onze bevindingen niet te veel beweren zonder ondersteuning
van klinische interventieproeven, maar we veronderstellen dat dit
een bijdrage kan leveren aan de heterogene symptomen van autisme,”
zegt Mudd. Sinds de tijd dat de onderzoekers het papier schreven,
hebben interessant genoeg andere publicaties ook relaties tussen
Ruminococcus en metingen van de hersenontwikkelingen gemeld,
waardoor dit een veelbelovend gebied kan zijn voor toekomstig
onderzoek.
Dilger voegt hieraan toe: "We erkennen dat deze aanpak beperkt is
door alleen gebruik te maken van voorspellende modellen. Daarom is
de volgende stap om empirisch bewijs te genereren in een klinische
setting. Daarom is het belangrijk om te zeggen dat we hier slechts
een hypothese hebben gegenereerd, maar het is spannend om te
overwegen wat voor vooruitgang in de toekomst gemaakt kan worden op
basis van onze bewijzen met het pre-klinische varkensmodel.”
Vertaling: Lia Keizer
