Hoe onze microben ons maken tot wie we zijn

Rob Knight is een pionier in de studie van de menselijke microben, de gemeenschap van kleine eencellige organismen die in ons lichaam een enorme - en grotendeels ononderzochte - rol spelen in onze gezondheid. "De drie kilo microben die je met je meedraagt zijn misschien belangrijker dan enig gen in je genoom", zegt hij. Hier kom je te weten waarom.

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)