Ons lichaam bestaat uit ongeveer 30 biljoen menselijke cellen, maar bevat ook ongeveer 39 biljoen microbiële cellen. Deze krioelende gemeenschappen van bacteriën, virussen, protozoa en schimmels in onze ingewanden, in onze mond, op onze huid en elders - gezamenlijk het menselijke microbioom genoemd - bestaan ​​niet alleen uit meelopers en op de loer liggende ziekteverwekkers. In plaats daarvan vormen deze microben, zoals wetenschappers steeds meer beseffen, ecosystemen die essentieel zijn voor onze gezondheid. Een groeiend aantal onderzoeken heeft tot doel te begrijpen hoe verstoringen van deze delicate systemen ons kunnen beroven van voedingsstoffen die we nodig hebben, de vertering van ons voedsel kunnen verstoren en mogelijk aandoeningen van ons lichaam en onze geest kunnen veroorzaken.

Maar we weten nog zo weinig over ons microbioom dat we nog maar net beginnen met het beantwoorden van een veel fundamentelere vraag: waar komen deze microben vandaan? Kunnen ze zich van andere mensen verspreiden, zoals een verkoudheidsvirus of een buikgriep?

Nu heeft de grootste en meest uitgebreide analyse van de overdracht van het menselijk microbioom enkele belangrijke aanwijzingen opgeleverd. Onderzoek onder leiding van genomici aan de Universiteit van Trento in Italië heeft aanwijzingen gevonden dat microbioom-organismen op grote schaal tussen mensen huppelen, vooral onder degenen die veel tijd samen doorbrengen. De bevindingen, gepubliceerd in januari in NATUURvullen belangrijke hiaten in ons begrip van hoe mensen hun microbioom samenstellen en herformuleren gedurende hun hele leven.

Andere wetenschappers hebben de studie toegejuicht. José Clemente Litran, een universitair hoofddocent genetica en genomische wetenschappen aan de Icahn School of Medicine op de berg Sinaï, prees het werk als "uitstekend" en zei dat het de eerste duidelijke maatstaf was van hoeveel delen te verwachten is tussen familieleden of degenen die samenwonen.

De studie voedt ook intrigerende speculaties over de vraag of microben onze risico's op ziekten zoals diabetes of kanker kunnen verhogen of verlagen - en daardoor een overdraagbare dimensie kunnen toevoegen aan ziekten die gewoonlijk niet als besmettelijk worden beschouwd. Voor Brett Finlay, een professor in de microbiologie aan de Universiteit van British Columbia die schreef een commentaar For Wetenschap in 2020 over die mogelijkheid, legden de bevindingen "de laatste spijker in de doodskist dat niet-overdraagbare ziekten misschien niet zo genoemd zouden moeten worden."

Ondoorgrondelijke diversiteit

Microbiomen zijn als vingerafdrukken: zo divers dat geen twee mensen identieke kunnen hebben. Ze zijn ook ongelooflijk dynamisch - ze groeien, krimpen en evolueren zo vaak gedurende het leven van een persoon dat het microbioom van een baby er drastisch anders uit zal zien tegen de tijd dat ze opgroeien. Een handvol microbiële soorten komt voor bij meer dan 90% van de mensen in verwesterde samenlevingen, maar de meeste soorten komen voor bij 20% tot 90% van de mensen. (Zelfs Escherichia coli, wat waarschijnlijk de enige darmbacterie is die de meeste mensen kunnen noemen, komt niet voor in de frequentie van 90%.) Studies suggereren dat niet-verwesterde samenlevingen een nog grotere diversiteit aan microben en meer variabele microbiomen hebben.

Binnen een populatie hebben twee willekeurig gekozen individuen gewoonlijk minder dan de helft van hun microbioomsoort gemeen - gemiddeld ligt de overlap in de microbiële samenstelling van de darm tussen 30% en 35%. Microbiologen debatteren of er een 'kern'-set van microbiële soorten is die alle gezonde mensen hebben, maar als die bestaat, is het waarschijnlijk een eencijferig percentage van het totaal.

Bepalen hoe vaak microben tussen mensen worden uitgewisseld, is echter een veel groter probleem dan het zoeken naar soorten. Een enkele soort kan uit veel verschillende stammen of genetische varianten bestaan. Onderzoekers moeten daarom individuele stammen kunnen identificeren door naar de genen in microbioommonsters te kijken. En in een menselijk microbioom kunnen tussen de 2 miljoen en 20 miljoen unieke microbiële genen aanwezig zijn, waarbij de microben voortdurend hun genen herschikken, muteren en evolueren.

Dit is de reden waarom leren hoe de massa's cellen in het microbioom zich verspreiden "veel moeilijker is dan leren hoe de verspreiding van één ziekteverwekker kan worden opgespoord", zei Mireia Valles-Colomer, een postdoctorale fellow aan de Universiteit van Trento en de eerste auteur van de nieuwe studie. Tot voor kort was het onmogelijk om stammen door een populatie heen te traceren.

In 2010, wanneer Nicola Segata begon met het analyseren van enorme genetische datasets voor het Human Microbiome Project als een postdoc aan de Harvard University, maar de beschikbare tools misten de resolutie die nodig was om vast te stellen welke soorten zich in het microbioom van mensen bevonden. Ze konden de algemene taxonomische groep identificeren waartoe een micro-organisme behoorde, maar dat was hetzelfde als iemands locatie beperken tot het middenwesten van de VS.

In de loop van de volgende jaren vonden verschillende laboratoria bewijs dat sociale interactie en leven in nabijheid van invloed waren op de microbiomen van primaten en muizen. Studies van mensen uitgevoerd op relatief geïsoleerde bevolkingsgroepen in Papoea-Nieuw-Guinea en elders vonden ook handtekeningen van microbiële uitwisseling. Sommigen vonden zelfs sporen van mogelijk overdracht van huisdieren. Maar vanwege de beperkingen van die onderzoeken was het niet duidelijk hoeveel transmissie er plaatsvond en of het overal in dezelfde mate gebeurde.

Dit veranderde nadat Segata in 2013 zijn laboratorium oprichtte aan de Universiteit van Trento. Hij en zijn team begonnen metagenomics-tools te creëren en te verfijnen die onderscheid konden maken tussen stammen van dezelfde soort, wat het mogelijk maakte om microbioomoverdracht in meer detail te bestuderen.

Segata begon deze vraag in 2018 te onderzoeken door de microben van moeders en hun baby's te analyseren. De bevindingen van zijn groep en verschillende andere onderzoeken bevestigden eerdere vermoedens dat er een enorme hoeveelheid overdracht van moeder op baby is, zodat de moeder "bij de geboorte het microbioom afdrukt", zei Segata. Recent werk heeft aangetoond dat moeders dat blijven doen vorm de microbiomen van hun baby's in de loop van de paar jaar.

Maar de diversiteit van het microbioom verandert aanzienlijk tussen de kindertijd en de volwassenheid, dus deze vroege erfenis van moeders "verklaart niet de microben die we bij volwassenen zien", zei Segata. In vervolgexperimenten sloten de onderzoekers de mogelijkheid grotendeels uit dat de nieuwe microben afkomstig waren van het voedsel dat mensen aten, omdat die microben de darm niet zo goed konden koloniseren.

Dus "het moet transmissie zijn", zei Segata. "Het moet zo zijn dat wat we in de darmen hebben, afkomstig is van de darmen van andere individuen."

Delen met familie en vrienden

Voor de nieuwe globale analyse van microbiomen hebben Segata, Valles-Colomer en hun collega's hun tools voldoende aangescherpt om voorheen onbekende soorten en verschillende stammen van dezelfde soort te herkennen. Met behulp van deze hulpmiddelen onderzochten ze meer dan 9,700 monsters ontlasting en speeksel uit 20 landen op vijf continenten, die gemeenschappen vertegenwoordigen met zeer uiteenlopende levensstijlen en die het volledige bereik van de menselijke levensduur en veel verschillende woonarrangementen bestrijken. Ze traceerden meer dan 800,000 microbenstammen tussen families, huisgenoten, buren en dorpen en berekenden welk percentage van de gedeelde soorten dezelfde stam was.

Zoals ze verwachtten, ontdekten ze dat moeders en baby's in het eerste levensjaar de meeste gedeelde soorten hadden - ongeveer 50% van de gedeelde soorten die in de ingewanden van de baby's werden aangetroffen, waren stammen die zich vanuit de moeder verspreidden. De invloed van de moeder nam met de tijd af - van 27% op 3-jarige leeftijd naar 14% op 30-jarige leeftijd - maar verdween niet. Sommige ouderen in China bleken nog steeds spanningen te delen met hun overlevende honderdjarige moeders.

Voor Veena Taneja, een immunoloog bij de Mayo Clinic die niet betrokken was bij het onderzoek, was een van de meer verrassende weetjes in de bevindingen dat hoewel vaginaal geboren baby's meer spanningen deelden met hun moeder dan baby's geboren met een keizersnede, dit verschil met drie verdween leeftijd. "Mensen maken er een groot probleem van" dat baby's die via een keizersnede worden geboren, mogelijk meer risico lopen op bepaalde ziekten, zei ze. Maar de bevindingen suggereren dat het misschien "geen groot ding zou moeten zijn".

(Die mening werd bevestigd door een nieuwe studie deze maand gepubliceerd in Cell Host & Microbe. Het ontdekte dat baby's die via een keizersnede werden geboren minder microbiomen van hun moeder ontvingen dan baby's die vaginaal werden geboren, maar dat ze niets misten omdat ze meer microben uit de moedermelk kregen.)

Naarmate we ouder worden, blijft een aanzienlijk deel van onze microbiomen afkomstig van de mensen met wie we leven of in de buurt. Het is niet verwonderlijk dat uit het onderzoek van Segata en collega's bleek dat echtgenoten en andere fysiek intieme partners veel microben deelden: 13% van de darmsoorten die ze deelden, was van dezelfde stam, evenals 38% van hun gedeelde orale soort.

Maar mensen die platonisch samenleefden, liepen niet ver achter, met 12% voor gedeelde darmsoorten en 32% voor gedeelde orale soorten. Dat komt omdat, zoals Segata, Valles-Colomer en hun team ontdekten, de belangrijkste determinant van overdracht de tijd was die we samen doorbrachten. Mensen die onder één dak woonden, deelden de meeste spanningen, maar zelfs mensen die in hetzelfde dorp woonden, hadden vaak meer spanningen gemeen dan mensen die op grotere afstanden van elkaar verwijderd waren. De frequentie van het delen van stammen was consistent in verschillende samenlevingen, maar het team bevestigde eerdere bevindingen dat mensen in niet-westerse landen meer diverse microbiomen hebben.

De onderzoekers ontdekten ook dat gemeenschappelijke soorten na verloop van tijd verloren kunnen gaan. Tweelingen die samen opgroeiden hadden een spanningsverdelingsniveau van ongeveer 30% dat daalde tot ongeveer 10% na 30 jaar apart wonen.

Segata denkt dat het waarschijnlijk is dat de meeste andere stammen van gedeelde soorten ook afkomstig zijn van andere mensen - voornamelijk van nauwe contacten zoals vrienden of collega's, maar misschien ook van mensen die we veel korter en terloops tegenkomen. (Huisdieren leveren echter waarschijnlijk geen grote bijdrage: Segata zei dat dieren meestal microbiële soorten herbergen die normaal gesproken niet koloniseren of in ons blijven bestaan.)

De bevindingen zijn het sterkste bewijs tot nu toe dat we delen van ons microbioom delen met de mensen met wie we de meeste tijd doorbrengen. Het feit dat de auteurs dit patroon van overdracht over de hele wereld konden zien, en niet alleen in een enkele populatie, was "opvallend", zei Ilan Brito, universitair hoofddocent biomedische technologie aan de Cornell University. Deze datasets zijn extreem luidruchtig, met veel mutaties tussen deze verschillende organismen, voegde ze eraan toe. Maar het team heeft met succes "het signaal over de ruis" ontdekt.

Het is niet duidelijk hoe microbioomorganismen zich tussen mensen verspreiden. Zoenen en seks verklaren een deel ervan, maar microben kunnen ook worden overgedragen via druppeltjes die worden uitgespuugd door hoesten en niezen, of ze kunnen worden opgepikt van besmette oppervlakken. Er valt ook nog veel te leren over welke microben gemakkelijker worden verspreid dan andere. Het beantwoorden van die vraag is van cruciaal belang om de implicaties te begrijpen van het idee dat microbioomorganismen zich kunnen verspreiden.

Gezondheid of ziekte verspreiden

Nu de mate van delen de verspreidingspatronen van unieke microben heeft onthuld, kunnen we onderzoeken wat er gebeurt bij ziekte. "In die zin denk ik dat dit werk echt fundamenteel is", zei Clemente.

Sommige ziekten die gewoonlijk niet als besmettelijk worden beschouwd, kunnen een over het hoofd gezien overdraagbaar aspect hebben. Studies heb gevonden dat veel mensen met ziekten die zich niet van persoon tot persoon verspreiden, microbiomen hebben die "verpest" lijken te zijn, zei Finlay.

sommige E. coli spanningen kunnen bijvoorbeeld gifstoffen afgeven die het risico op kanker kunnen verhogen. Mensen met bepaalde colorectale kankers waarvan het microbioom meer a bevat Fusobacterie soorten hebben de neiging om een slechtere prognose en slechtere resultaten met de behandeling. Darmmicroben die de glucose- en insulinespiegels in het lichaam beïnvloeden, zijn in verband gebracht met obesitas en aandoeningen zoals het metabool syndroom en zelfs diabetes type 2. Een onevenwichtig darmmicrobioom is in verband gebracht met neurodegeneratie, en er wordt getheoretiseerd dat het een rol zou kunnen spelen bij hersenaandoeningen zoals Ziekte van Alzheimer.

"Als deze ziekten op zijn minst gedeeltelijk afhankelijk zijn van het microbioom, en dan is het microbioom op zijn minst gedeeltelijk overdraagbaar, dan worden deze ziekten op zijn minst gedeeltelijk overdraagbaar", zei Segata.

Maar "inzicht in de mate waarin een bepaald microbioom bijdraagt ​​​​aan [ziekte] risico, dat is de moeilijke vraag," zei Clemente. Zelfs de meeste onderzoeken die dergelijke associaties vinden, kunnen niet uit elkaar halen of de microben de ziekte veroorzaken of het eenvoudigweg gemakkelijker vinden om een ​​persoon te koloniseren die risico loopt op de ziekte.

Als 'slechte' microben die het risico op niet-overdraagbare gezondheidsproblemen verhogen, tussen mensen kunnen worden overgedragen, dan kunnen in theorie 'goede' microben die die risico's verkleinen dat ook zijn. Sommige studies suggereren dat microben beschermend kunnen zijn, vooral in het vroege leven, tegen aandoeningen zoals astma en allergieën. Opzettelijk stukjes gezond microbioom delen, zoals door fecale transplantaties, is verbazingwekkend succesvol gebleken bij de behandeling van bepaalde ziekten en infecties zoals die van de bacterie Clostridium difficile.

We zijn geëvolueerd om onze microbiële populaties te behouden, omdat we er veel baat bij hebben, zei Jens Walter, een professor in ecologie, voeding en het microbioom aan University College Cork en de APC Microbiome Ireland. Daarom is Walter niet overtuigd door de hypothese dat onze gedeelde microben ziektes kunnen veroorzaken en voelt hij zich meer aangetrokken tot het tegenovergestelde idee, ook wel de "oude vrienden" of hygiënehypothese. Het suggereert dat onze microbiomen tijdens de evolutie mogelijk hebben bijgedragen aan het trainen van de reacties van ons immuunsysteem. De moderne toename van het gebruik van antibiotica en antiseptica en onze grotere algemene reinheid zouden daarom de samenstelling van het microbioom kunnen veranderen en meer gezondheidskwetsbaarheden voor ons kunnen creëren.

Vergeleken met een eeuw geleden, "verspreiden we zeker niet gemakkelijker microben in de wereld van vandaag", zei Walter. Inflammatoire darmaandoeningen, multiple sclerose, reumatoïde artritis en diabetes type 1 - die allemaal worden beschouwd als immunologische stoornissen in plaats van overdraagbare ziekten - komen vaker voor in westerse samenlevingen die de neiging hebben om op grote schaal antibiotica en antiseptica te gebruiken.

De gunstige of nadelige effecten van delen kunnen afhangen van welke soorten en stammen worden gedeeld, wat nog steeds een beetje een zwarte doos is. We moeten ook bedenken, zei Brito, dat het misschien niet de individuele organismen in ons microbioom zijn die onze gezondheid beïnvloeden, maar eerder gemeenschappen van hen die samen worden overgedragen. Bepaalde organismen kunnen er in de ene gemeenschapscontext meer toe doen dan in de andere.

Segata, Valles-Colomer en hun team analyseerden alleen gezonde individuen in hun studie, maar in hun lopende onderzoek passen ze hun metagenomische tools toe op datasets van mensen met ziekten om te zien of die bevindingen de verbanden tussen gezondheid en microbiomen verhelderen.

Ze verzamelen momenteel ook gegevens van drie kinderdagverblijven - van baby's en hun ouders, broers en zussen, huisdieren en leraren. De onderzoekers hopen erachter te komen hoe de microben worden overgedragen en hoe lang het duurt voordat specifieke darm- en orale microben tussen mensen overspringen.

Het volgen van de verspreiding van microbioom-organismen werd lange tijd verwaarloosd omdat "we niet dachten dat het zoveel invloed op onze gezondheid zou hebben", zei Valles-Colomer. Nu we de technieken hebben om het microbioom te onderzoeken, "zien we dat het geassocieerd is met vrijwel elke ziekte."

Noot van de redactie: onderzoek door Segata en zijn groep heeft financiering ontvangen van de Simons Foundation, die dit ook financiert redactioneel onafhankelijk tijdschrift. Financieringsbeslissingen van de Simons Foundation hebben geen invloed op onze dekking.