Wij mensen zijn altijd zeer bezorgd geweest
over onze gezondheid,
maar we waren niet altijd zo goed in het uitzoeken van wat belangrijk is.
Neem de oude Egyptenaren:
zeer bezorgd over de lichaamsdelen
die ze dachten nodig te hebben in het hiernamaals,
maar ze vergaten er enkele.
Dit deel bijvoorbeeld.
Ze bewaarden de maag, de longen,
de lever, enzovoort zeer zorgvuldig,
maar de hersenen lieten ze gewoon vloeibaar uitlekken door de neus
en gooiden ze weg.
Logisch toch,
want wie heeft er nu wat aan hersenen?
Maar stel je dat er een soort verwaarloosd orgaan in ons lichaam is
dat evenveel woog als de hersenen
en in sommige opzichten net zo belangrijk was voor wie we zijn,
maar we wisten er zo weinig over
en behandelden het met dezelfde minachting.
Als we door nieuwe wetenschappelijke ontwikkelingen
net zouden beginnen te begrijpen
hoe belangrijk het zou zijn voor onszelf,
zou je er dan niet meer over willen weten?
Het blijkt dat we zoiets hebben:
onze darmen,
of liever de microben erin.
Maar niet alleen de microben in onze darmen zijn belangrijk.
Microben over ons hele lichaam
blijken echt van cruciaal belang voor een hele reeks verschillen
die uitmaken wie we zijn.
Is het je ooit opgevallen
hoe sommige mensen vaker door muggen worden gebeten dan anderen?
Het blijkt dat die kampeeranecdotes eigenlijk waar zijn.
Ik word zelden gebeten door muggen,
maar mijn partner Amanda trekt ze in drommen aan.
Dat komt doordat we verschillende microben op onze huid hebben.
Die produceren verschillende chemicaliën die de muggen detecteren.
Nu zijn microben ook erg belangrijk in de geneeskunde.
De microben in je darmen bepalen
welke pijnstillers giftig zijn voor je lever.
Ze bepalen ook of andere geneesmiddelen helpen voor je hartaandoening.
Als je een fruitvlieg bent,
bepalen je microben met wie je seks wilt hebben.
We hebben dit nog niet aangetoond bij mensen
maar misschien is het gewoon
een kwestie van tijd voor we erachter komen.
(Gelach)
Microben voeren een enorm scala aan functies uit.
Ze helpen ons voedsel te verteren.
Ze helpen ons immuunsysteem te ontwikkelen.
Ze helpen ons ziektes te weerstaan
en kunnen zelfs ons gedrag beïnvloeden.
Hoe ziet een kaart
van al die microbiële gemeenschappen eruit?
Nou, niet precies als dit,
maar het is een handige gids voor het begrijpen van de biodiversiteit.
Verschillende delen van de wereld hebben verschillende landschappen van organismen
die kenschetsend zijn
voor de plaats waar ze voorkomen.
Met microbiologie is het een beetje hetzelfde,
maar ik moet eerlijk zijn:
alle microben zien er hetzelfde uit onder een microscoop.
In plaats van ze visueel te identificeren,
kijken we naar hun DNA-sequenties.
Het Human Microbiome Project
is een door NIH met $173 miljoen gefinancierd project.
Honderden wetenschappers
brengen alle A's, T's, G's en C's in kaart,
van alle microben in het menselijk lichaam.
Allemaal samen zien ze er zo uit.
Hierop is het een beetje moeilijker om te zeggen wie waar is, is het niet?
Mijn lab ontwikkelt computationele technieken
die al die terabytes aan sequentiedata
tot een wat bruikbaarder kaart omzetten.
Als we dat doen met de data van het menselijk microbioom
van 250 gezonde vrijwilligers,
ziet het er zo uit.
Elk punt vertegenwoordigt hier alle complexe microben
in een hele microbiële gemeenschap.
Ik vertelde dat ze er in principe allemaal hetzelfde uitzien.
Elk punt staat voor één microbiële gemeenschap
van één plaats op het lichaam van een gezonde vrijwilliger.
Je ziet dat verschillende delen van de kaart andere kleuren hebben,
bijna als afzonderlijke continenten.
Dat blijkt te komen
doordat verschillende gebieden van het lichaam
zeer verschillende microben hebben.
De orale gemeenschap zie je daar in het groen.
Aan de andere kant de huidgemeenschap in blauw,
de vaginale gemeenschap in paars,
en daar beneden de fecale gemeenschap in het bruin.
Net de afgelopen jaren
ontdekten we dat de microben in verschillende delen van het lichaam
verbazingwekkend verschillend zijn van elkaar.
De microben in de mond en in de darm
van slechts één persoon
blijken enorm verschillend te zijn.
Groter dan het verschil tussen de microben in het rif
en de microben in een weide.
Ongelooflijk als je erover nadenkt.
Het betekent dat enkele tientallen centimeter verschil
op het menselijk lichaam
meer verschil maakt voor je microbiële ecologie
dan honderden kilometer op Aarde.
Dat wil niet zeggen dat twee mensen in principe hetzelfde zijn
voor hetzelfde habitat op het lichaam.
Je hoorde waarschijnlijk ooit
dat we vrijwel allemaal hetzelfde zijn in termen van ons menselijk DNA.
Jij bent voor 99,99% identiek in termen van menselijk DNA
aan de persoon die naast je zit.
Maar dat geldt niet voor je darmmicroben:
je zou slechts 10% gelijkenis vinden
met de persoon van wie naast je zit in termen van je darmmicroben.
Dat is zo verschillend als de bacteriën in deze prairie
en de bacteriën in dit bos.
Deze verschillende microben
hebben allemaal verschillende functies zoals ik al zei,
alles van het verteren van voedsel,
betrokkenheid bij verschillende ziekten,
het metaboliseren van medicamenten, enzovoort.
Hoe doen ze dit allemaal?
Voor een deel is dat
omdat die drie pond microben in onze darmen
echt talrijker zijn dan wij.
Hoeveel talrijker?
Het hangt af van hoe je je lichaam bekijkt.
Zijn het onze cellen?
We hebben er ongeveer 10 biljoen,
maar we herbergen maar liefst 100 biljoen microbiële cellen.
Dat zijn er tien keer meer.
Je zou denken, nou ja, dat we mens zijn omwille van ons DNA,
maar we hebben ongeveer 20.000 menselijke genen,
afhankelijk van hoe je ze telt,
maar wel 2 tot 20 miljoen microbiële genen.
Hoe je het ook bekijkt, we zijn sterk in de minderheid
vergeleken met onze microbiële symbionten.
Het blijkt ook dat naast sporen van ons menselijke DNA,
we ook sporen van ons microbiële DNA achterlaten
op alles wat we aanraken.
We toonden enkele jaren geleden in een onderzoek aan
dat je iemands handpalm kan herkennen
op de computermuis die hij gebruikt
met een nauwkeurigheid van 95%.
Dit stond een paar jaar geleden in een wetenschappelijk tijdschrift,
maar wat nog belangrijker is: het werd gebruikt in "CSI: Miami".
Dan weet je pas echt dat het waar is.
(Gelach)
Waar komen onze microben dan vandaan?
Als je, net als ik, honden of kinderen hebt,
heb je daar waarschijnlijk al een aantal donkere vermoedens over.
Tussen haakjes, allemaal waar.
Net zoals we je op je computerapparatuur
door je microben kunnen terugvinden,
kunnen we je ook terugvinden op je hond.
Bij volwassenen blijken
microbiële gemeenschappen relatief stabiel.
Zelfs als je met iemand samenleeft,
behoud je je aparte microbiële identiteit
gedurende weken, maanden, zelfs jaren.
Onze eerste microbiële gemeenschappen
blijken sterk afhankelijk te zijn van hoe we geboren worden.
Bij baby's die op de reguliere manier worden geboren,
lijken alle microben op die van de vaginale gemeenschap,
terwijl baby's die via keizersnede worden geboren,
huidmicroben meekrijgen.
Dit kan in verband worden gebracht met een aantal van de verschillen
in de gezondheid voor wie met de keizersnede is geboren:
meer astma, meer allergieën, zelfs meer zwaarlijvigheid.
Die zijn nu allemaal gekoppeld aan microben.
Als je erover nadenkt, kwam tot voor kort elk overlevend zoogdier
door het geboortekanaal op de wereld.
Het ontbreken van die beschermende microben
waar we mede geëvolueerd zijn, is misschien wel echt belangrijk
voor veel van die ziektebeelden
waar het microbioom een rol in speelt.
Toen mijn dochter een paar jaar geleden werd geboren
door keizersnede,
namen we het heft in eigen handen
en zorgden ervoor dat ze bedekt werd met die vaginale microben
die ze van nature zou hebben meegekregen.
Nu is het echt moeilijk om te zeggen of dit een effect heeft gehad
op haar gezondheid.
Met een steekproefgrootte van slechts één kind,
ongeacht hoeveel we van haar houden,
heb je echt niet genoeg
om erachter te komen wat er gemiddeld gebeurt.
Maar twee jaar oud heeft ze nog geen oorontsteking gehad.
We houden onze vingers gekruist.
Maar we beginnen aan klinische studies met meer kinderen
om erachter te komen of dit meestal een beschermend effect heeft.
Hoe we geboren zijn, heeft een enorme invloed
op welke microben we in eerste instantie meekrijgen,
maar hoe gaat het dan verder?
Ik toon nog eens de kaart van de Human Microbiome Project Data.
Elk punt vertegenwoordigt een staal van een plaats op het lichaam
van een van 250 gezonde volwassenen.
Je ziet hoe kinderen zich fysiek ontwikkelen.
Je ziet hoe ze mentaal ontwikkelen.
Nu ga je voor de eerste keer zien
hoe één van de kinderen van mijn collega zich microbieel ontwikkelt.
We gaan kijken
naar de ontlasting van deze baby,
de fecale gemeenschap, die de darm vertegenwoordigt.
Bijna twee en een half jaar wekelijks bemonsterd.
We beginnen op dag 1.
Het kind begint als deze gele stip.
Je ziet dat hij in principe begint in de vaginale gemeenschap,
wat we verwachten van zijn manier van geboren worden.
Wat gaat er in de loop van deze 2,5 jaar gebeuren?
Hij reist helemaal naar beneden
om te gaan lijken op de volwassen fecale gemeenschap
van gezonde vrijwilligers onderaan.
Ik laat dit lopen en we zullen zien hoe dat gaat.
Denk eraan dat elke stap slechts één week in beslag neemt.
Je ziet van week tot week
de microbiële gemeenschap van de feces van dit kind veranderen.
De verschillen van week tot week zijn veel groter
dan de verschillen tussen individuele gezonde volwassenen
in het Human Microbiome Project cohort,
die bruine stippen daar beneden.
Hij benadert de volwassen fecale gemeenschap.
Dit is op ongeveer twee jaar.
Maar hier gebeurt iets verbazingwekkends.
Hij krijgt antibiotica voor een oorontsteking.
Je ziet een enorme verandering in de gemeenschap,
gevolgd door een betrekkelijk snel herstel.
Ik toon het even opnieuw.
In net iets meer dan een paar weken,
zien we een veel radicalere verandering,
een terugval van vele maanden in de normale ontwikkeling,
gevolgd door een betrekkelijk snel herstel.
Tegen dag 838,
het einde van de video,
zit hij in de gezonde volwassen fecale gemeenschap,
ondanks die interventie met antibiotica.
Dit is echt interessant: het roept fundamentele vragen op
over wat er gebeurt als we op verschillende leeftijden
in het leven van een kind ingrijpen.
Is wat we vroeg doen, terwijl het microbioom zo snel verandert,
belangrijk,
of is het als het gooien van een steen in een woeste zee,
waar de rimpelingen al snel verloren gaan?
Fascinerend genoeg, blijkt het dat als je kinderen
in de eerste zes maanden antibiotica geeft,
ze later meer kans op overgewicht hebben
dan wanneer ze geen of pas later antibiotica krijgen.
Wat we vroeg doen, kan grote gevolgen hebben
voor de darmmicrobiële gemeenschap en op de latere gezondheid.
We beginnen het nog maar te begrijpen.
Dit is fascinerend, want de effecten
die antibiotica hebben op antibiotica-resistente bacteriën,
zijn al zeer belangrijk.
Ze kunnen echter ook nadelig zijn
voor de microbiële ecosystemen in onze darmen.
Misschien bekijken we antibiotica ooit met dezelfde afschuw
als de metalen gereedschappen
waarmee de Egyptenaren de hersenen vermaalden
voor het balsemen.
Ik zei al dat microben al deze belangrijke functies hebben.
In de afgelopen jaren is er ook een verband gevonden
met een hele reeks verschillende ziekten:
inflammatoire darmziekte,
hartziekten, darmkanker,
en zelfs overgewicht.
Voor overgewicht blijkt een heel groot effect.
Vandaag kunnen we met 90% nauwkeurigheid uitmaken
of je mager of zwaarlijvig bent
door naar de microben in je darmen te kijken.
Hoewel dat misschien indrukwekkend klinkt,
is het in sommige opzichten een rare medische test.
Je ziet ook zo wel wie zwaarlijvig is
zonder iets af te weten over hun darmmicroben.
Maar zelfs als we hun volledige genoom zouden bepalen
en al hun menselijk DNA hadden,
konden we slechts met ongeveer 60% zekerheid voorspellen
wie zwaarlijvig was.
Geweldig, toch?
Dat betekent dat de drie pond microben die je met je meedraagt
voor sommige gezondheidsaspecten wellicht van groter belang zijn
dan enig gen in je genoom.
Bij muizen kunnen we veel meer doen.
Bij muizen werden microben gekoppeld aan allerlei additionele voorwaarden
inclusief zaken als multiple sclerose,
depressie, autisme, en opnieuw, overgewicht.
Maar hoe kunnen we zeggen of deze microbiële verschillen
voor de ziekte oorzaak of gevolg zijn?
We kunnen muizen kweken
zonder eigen microben in een kiemvrije bel.
Dan kunnen we sommige microben toevoegen die we belangrijk vinden,
en zien wat er gebeurt.
Wanneer we de microben van een zwaarlijvige muis
transplanteren naar een genetisch normale muis,
zonder eigen microben opgegroeid in een bel,
wordt ze dikker dan wanneer ze ze kregen van een gewone muis.
Waarom dit gebeurt, is absoluut verbazend.
Soms helpen de microben
hen voedsel van hetzelfde dieet efficiënter te verteren,
zodat ze meer energie opnemen uit hun voedsel,
maar soms hebben de microben invloed op hun gedrag.
Ze eten dan meer dan een normale muis,
en worden alleen maar vet als we ze zoveel laten eten als ze willen.
Echt opmerkelijk, toch?
Dat betekent dat microben zoogdiergedrag kunnen beïnvloeden.
Kunnen we dit ook doen tussen verschillende diersoorten?
Als je microben neemt van een zwaarlijvig persoon
en ze transplanteert naar muizen die je kiemvrij hebt opgevoed,
die zullen die muizen ook dikker worden
dan als je ze microben geeft van een mager persoon,
maar we kunnen een microbiële gemeenschap ontwerpen waarmee we ze inenten
en die hen belet om gewicht bij te krijgen.
We kunnen dit ook doen voor ondervoeding.
In een project gefinancierd door de Gates Foundation,
kijken we in Malawi naar kinderen
met kwashiorkor, een diepe vorm van ondervoeding.
Muizen die de kwashiorkorgemeenschap getransplanteerd krijgen,
verliezen 30% van hun lichaamsgewicht
in slechts drie weken,
maar we kunnen hun gezondheid herstellen
met hetzelfde pindakaassupplement
voor de kinderen in de kliniek.
De muizen die de gemeenschap ontvangen
van de gezonde identieke tweelingen van de kinderen met kwashiorkor,
doen het prima.
Dat is geweldig, nu kunnen we misschien
therapieën ontwerpen
door ze uit te proberen op een veel verschillende muizen
met darmgemeenschappen van individuele mensen.
Misschien wel therapieën helemaal op maat van het individu.
Ik vind het belangrijk dat iedereen
deel kan hebben aan deze ontdekking.
Een paar jaar geleden
begonnen we met het project ‘American Gut’.
Daarmee kan je voor jezelf een plaats claimen op deze microbiële kaart.
Dit is nu het grootste 'crowdfunded' wetenschappelijk project
dat we kennen -
tot nu toe meer dan 8.000 mensen.
Ze sturen hun stalen op,
we bepalen het DNA van hun microben en sturen de resultaten terug.
De data worden ook anoniem bezorgd aan wetenschappers, opvoeders,
geïnteresseerde leden van het grote publiek, enzovoort…
Iedereen krijgt toegang tot de gegevens.
Als we rondleidingen organiseren
in ons lab aan het BioFrontiers Instituut,
en we uitleggen dat we gebruik maken
van robots en lasers om naar poep te kijken,
blijkt niet iedereen het te willen weten.
(Gelach)
Maar ik gok erop dat velen van jullie dat wel doen.
Ik bracht een aantal kits mee.
Als je geïnteresseerd bent,
kan je het uitproberen op jezelf.
Waarom willen we dit doen?
Microben zijn niet alleen belangrijk
om te weten hoe het met onze gezondheid is gesteld,
maar ze kunnen ook ziekte genezen.
Dit is een van de nieuwste dingen die we hebben kunnen visualiseren
met collega's aan de Universiteit van Minnesota.
Hier zie je opnieuw de kaart van het menselijk microbioom.
Waar we nu naar kijken -
ik voeg de gemeenschap van sommige mensen met C. diff. toe.
C. diff. is een verschrikkelijke vorm van diarree.
Je moet tot 20 keer per dag.
Deze mensen hebben twee jaar lang een mislukte antibioticatherapie gevolgd
voordat ze in aanmerking kwamen voor deze proef.
Wat zou er gebeuren als we wat feces van een gezonde donor,
die ster daar beneden,
naar deze patiënten transplanteerden?
Zouden de goede microben vechten met de slechte microben
en zo hun gezondheid herstellen?
Laten we eens kijken wat er gebeurt.
Vier van deze patiënten gaan een transplantatie krijgen
van een gezonde donor onderaan.
Je ziet meteen
een radicale verandering in de darmgemeenschap.
Eén dag na de transplantatie
verdwijnen alle symptomen,
de diarree verdwijnt,
en zijn ze in wezen weer gezond,
met een gemeenschap zoals die van de donor,
en dat blijft zo.
(Applaus)
We staan aan het begin van deze ontdekking.
We vinden net uit dat microben gevolgen hebben
voor al deze verschillende soorten ziekten,
gaande van inflammatoire darmziekte tot obesitas,
en misschien zelfs autisme en depressie.
Wat we wel moeten doen,
is een soort microbiële gps ontwikkelen,
waarmee we niet alleen weten waar we nu zijn
maar ook waar we naartoe willen en wat we moeten doen
om er te komen.
Het moet zo eenvoudig worden
dat zelfs een kind het kan gebruiken. (Gelach)
Dankjewel.
(Applaus)