Kak is niets minder dan een wetenschappelijk wonder. Het helpt onderzoekers de diëten van dinosaurussen te begrijpen, de verspreiding van oude ziekten te volgen en parasitaire infecties te herkennen. Verse menselijke uitwerpselen bieden ook een direct venster op onze darmen en de miljarden microscopische beestjes daarin, die ons voedsel helpen verteren, ons beschermen tegen ziekten en zelfs onze gemoedstoestanden beïnvloeden.
gerelateerde inhoud
- Iedereen kaks. Sommige dieren eten het. Waarom?
- Hoe wonderbaarlijke microben ons helpen beter, sneller, sterker te evolueren
Dat was het idee dat Rob Knight, een van de grondleggers van het darmmicrobioomonderzoek, aanzette om in 2012 het American Gut Project te starten. Knight gebruikte het crowdfundingplatform FundRazr om meer dan 9.000 vrijwilligers te verleiden om eerst geld te doneren en vervolgens monsters te sturen van hun kak door de mail. Een team van onderzoekers onderzocht deze monsters op bacterieel DNA om de eerste telling te maken van de ongeveer 40 biljoen bacteriën die onze ingewanden hun thuis noemen.
Wat hij leerde was onthullend. Maar hoe informatief, verlichtend en ronduit cool kak ook was, er ontbrak nog steeds iets: waar komen al die triljoenen bacteriën vandaan? Het blijkt dat we ze meestal ongeveer drie keer per dag vrijwillig in onze mond stoppen. "Je krijgt een voortdurende input van microben uit je omgeving - microben die je op voedsel zelf eet", zegt Knight, die leiding geeft aan het Center for Microbiome Innovation aan de University of California in San Diego.
Een van de mysteries van het Amerikaanse darmproject was waarom twee mensen die beweerden hetzelfde dieet te volgen, zoveel verschillende gemeenschappen van darmmicroben konden hebben. Voor de studie hadden vrijwilligers zelf hun diëten gerapporteerd, waarbij de overgrote meerderheid omnivore diëten volgde, en minder dan 3 procent identificeerde elk als "vegetarisch" of "veganistisch". Toen onderzoekers de cijfers kraken, vonden ze echter geen waarneembare correlaties tussen darmgemeenschappen en mensen met schijnbaar vergelijkbare diëten.
"Dieetcategorieën waren volledig nutteloos en correleerden helemaal niet met de microbioomgemeenschappen", zegt Knight.
Met andere woorden, de bacteriën in kak vertelden een ander voedingsverhaal dan de mensen die die kak maakten. "Je kunt een veganist zijn die vooral boerenkool eet, of je kunt een veganist zijn die meestal friet eet", legt Knight uit. "Die hebben totaal verschillende gevolgen voor je microbioom." Iedereen kan beweren dat hij een keiharde aanhanger van het Paleo-dieet is, lijkt het, maar de gegevens suggereerden dat het microbioom al die nachtelijke ijsovertredingen herinnert.
Knight realiseerde zich dat de resultaten van het American Gut Project iets cruciaals misten: een diepere duik in het voedsel dat we eten. Het dichten van die kloof zou betekenen dat we al het voedsel analyseren en zien hoe het correleerde met de patronen in wat eruit komt. Maar hoewel het verzamelen van kak in zekere zin eenvoudig was - elke persoon 'op dezelfde manier' een monster indient '- zou het optellen van al het voedsel dat mensen eten veel ambitieuzer is.
Elke keer dat je het binnenkrijgt, verander je het interieurlandschap van jezelf. Omdat het grootste deel van de bacteriën in het microbioom in de darm leeft, voeden we ze ook als we ons voeden. De chemie van wat we eten, of het nu friet of boerenkool is, verandert het chemische landschap van de darm, waardoor het voor sommigen gezelliger wordt en voor anderen minder gastvrij.
Het wordt levendiger. Omdat microben overal zijn - op de tafel, in de lucht, op het oppervlak van de muffin die je op het aanrecht hebt weggelaten - voeg je ook nieuwe microben aan de mix toe. Sommigen slenteren door je lichaam als beleefde toeristen. Anderen blijven hangen en communiceren met de lokale bevolking. Elke beet heeft het potentieel om het microbioom te veranderen, en vervolgens de menselijke gezondheid. Maar onderzoekers moeten nog uitzoeken hoe.
Dat komt omdat we tot nu toe niet over het platform beschikten om massaal te beginnen met het verzamelen en analyseren van voedselmonsters uit de hele wereld. Dankzij het American Gut Project beginnen Knight en zijn team niet helemaal opnieuw. In eerste instantie zijn de onderzoekers van plan om 1.000 monsters te verzamelen van elke steen van de bekende voedselpiramide, en dan zullen ze deze voor het publiek openen om het voedsel in te dienen waar ze nieuwsgierig naar zijn.
Samen met Knight wordt het voedselmicrobioomproject geleid door microbiologen Rachel Dutton, die kaas gebruikt als een modelsysteem om microbiële gemeenschappen en gisting te begrijpen, en Pieter Dorrestein, die de chemie van biologische interacties tussen microben bestudeert, beide bij het Center for Microbiome Innovation . Ze willen dit crowd-sourced initiatief voor het einde van het jaar lanceren.
"We weten over het aantal calorieën en over verschillende voedselgroepen, maar de hele wereld van de moleculen en de microben in ons voedsel is een zwarte doos", zegt Julia Gauglitz, een postdoctoraal onderzoeker in het centrum die het project zal leiden. Zoals het oude gezegde luidt: "we zijn wat we eten", zegt ze. En toch, als je op het microscopische niveau komt, "weten we heel weinig over wat we consumeren."
De andere 'black box'-onderzoekers willen de chemische samenstelling van voedsel onderzoeken. Het blijkt dat er veel meer is dan wat op het Nutrition Facts-label staat: met conventionele technieken kunnen alleen vetten, suikers en vitaminen worden gemeten, "maar dat is slechts een fractie van het totale gewicht van voedsel, " zegt Dorrestein. We kunnen nieuwe antioxidanten, kankerbestrijdende stoffen of zelfs verstekelende antibiotica over het hoofd zien.
Door massaspectrometers te gebruiken - eigenlijk mooie weegschalen die nauwkeurig genoeg zijn om afzonderlijke moleculen te wegen - kan Dorrestein de chemische samenstelling van voedsel afleiden op een niveau dat nooit eerder werd bereikt. Terwijl de voedselmonsters binnenkomen, wacht Gauglitz in het laboratorium. Ze neemt bijvoorbeeld een reep granola, haalt al het genetische materiaal uit de microben die het koloniseren en gebruikt vervolgens DNA-sequencing om de identiteit van de beestjes te achterhalen.
Ze zal dan een hap van die mueslireep door de massaspectrometer laten lopen om elke afzonderlijke molecule waaruit het is gemaakt, uit elkaar te halen. Uiteindelijk krijgt ze een zeer, zeer gedetailleerd recept voor mueslirepen. Die moleculen vormen het landschap waar voedselmicroben leven en hebben waarschijnlijk invloed op wie er is en wat ze doen.
Ik vroeg Gauglitz hoe ze onderscheid zal maken tussen de chemische samenstelling van de microben die op de mueslireep leven en de chemicaliën die door de microben worden gemaakt. "Ik zou je denken een beetje verleggen, " zegt Gauglitz, haar stem groeit filosofisch. "Wat intrinsiek in de granolabar zit, zijn ook microbiële metabolieten." Anders gezegd, de granolabar zijn de microben.
Alles wat we eten is het cumulatieve product van de chemie en microben in de grond waar het werd verbouwd, de fabriek waar het werd verwerkt en alles wat je aanraakte vlak voordat je het at. Waarom is dat zo belangrijk? Uiteindelijk hoopt het team dat demystificatie van de microbiële patronen in ons voedsel ons zal helpen onze voeding beter te ontwikkelen om onze gezondheid te verbeteren en ziekten af te weren.
Knight trekt een historische parallel met de ontdekking van essentiële voedingsstoffen. In de vorige eeuw kwamen onderzoekers erachter dat industrieel verwerkt voedsel geen voedingsstoffen meer had. Door kunstmatig vitamines en mineralen weer toe te voegen, werden deficiëntieziekten zoals rachitis en beriberi grotendeels geëlimineerd uit de westerse wereld. Evenzo kan het begrijpen van de gezondheidseffecten van het microbioom ons in staat stellen die ontbrekende microben terug in onze maaltijden te verwerken.
"Het is redelijk waarschijnlijk dat onze moderne levensstijl een heleboel levende microben verwijdert die we nodig hebben om gezond te blijven", zegt Knight. "Dat begrijpen kan net zo belangrijk zijn als het begrijpen dat vitamine C nodig is en ervoor zorgen dat iedereen er genoeg van krijgt."
Het team heeft al 1.000 voedingsmiddelen uitgekozen voor hun eerste onderzoek, inclusief nietjes zoals brood en kaas. "We willen rauwe voedselingrediënten, elke vorm van fruit of groente, vlees, snacks, babyvoeding opnemen", zegt Gauglitz. Maar ze willen ook microbiële gemeenschappen vergelijken in voedingsmiddelen die worden geproduceerd door biologische en conventionele landbouw, en ook dieper ingaan op producten die afhankelijk zijn van microbiële gisting, zoals koffie, chocolade en worst.
Het project zou ook enkele van de medische mysteries kunnen oplossen die het vorige microbioomonderzoek heeft opgeleverd. Sommige tests in het Amerikaanse darmproject hebben bijvoorbeeld elk fecaal monster doorzocht op sporen van antibiotica. Vreemd genoeg had bijna de helft van de mensen die detecteerbare antibiotica in hun monsters hadden, het afgelopen jaar geen antibiotica genomen.
Dorrestein gelooft dat dit tweedehands antibiotica is die we absorberen uit het voedsel dat we eten, additieven of dingen die overblijven uit veevoer. Dit is zorgelijk, omdat hun aanwezigheid kan leiden tot de verspreiding van antibioticaresistente bacteriën. Door de chemie van elk monster uit elkaar te halen, kan het team erachter komen of hij gelijk heeft en beginnen te achterhalen wat deze overgebleven medicijnen onze lef kunnen aandoen.
Waardering voor de kracht van het microbioom groeit, mede dankzij initiatieven zoals het American Gut Project en boeken zoals I Y Y Mult Multes van Ed Yong. Er is zelfs een ontluikend veld gewijd aan het microbioom van de gebouwde omgeving en hoe onze microscopische kamergenoten die in de lucht en op levenloze objecten leven met ons omgaan. Mensen zijn in dit opzicht niet uniek; studies van microbiomen in beestjes van koraalriffen tot honingbijen tonen aan dat de gezondheid van elk organisme nauw verbonden is met de microben die het thuis noemen.
Als gevolg hiervan beginnen microben hun reputatie om te draaien. Het zijn niet langer alleen maar bedreigingen in een kiemaverse cultuur. In het afgelopen decennium erkenden voedingsdeskundigen het belang voor de darmgezondheid en de menselijke gezondheid om gezonde microben in onze dikke en dunne darm te hebben, zegt Helena Pachón, een senior voedingswetenschapper aan de Emory University die niet betrokken is bij het voedselmicrobioomproject.
Pachón wijst erop dat vandaag de dag die historische deficiëntieziekten waarnaar Knight verwijst, zijn overtroffen door aandoeningen in de 21e eeuw zoals obesitas, diabetes en hartziekten. "Er is een term genaamd 'globesity'", zegt Pachón. "Het potentieel dat microben hier iets mee te maken kunnen hebben, is volledig onontgonnen en het kan zijn dat ze sterk verwant zijn."
Knight is het daarmee eens. "Het zou geweldig zijn om met een manier door voedsel te komen om ze op dezelfde manier te elimineren als die chronische ziekten van een eeuw geleden", zegt hij. Om dit te doen, "hebben we de hulp van duizenden mensen nodig om alles samen te brengen."
