Microbioom en virusweerstand

Sinds de uitbraak van SARS-CoV-2 zijn wetenschappers meer dan ooit geïnteresseerd in de pathologische processen die gepaard gaan met een virale infectie. Eén van de aspecten die in dit kader interessant is om te belichten is het microbioom. Ons microbioom in brede zin kan ons helpen of juist tegenwerken in de weerstand tegen virussen in het algemeen en mogelijk ook specifiek tegen SARS-CoV-2; binnen het onderzoeksgebied van pre- en probiotica zijn sinds deze recente pandemie de pijlen gericht op toepassing ervan bij virale infecties[1]. Meer dan ooit blijkt nu een gezonde leefstijl van levensbelang, waarmee ook het microbioom in gunstige zin beïnvloed kan worden en daarmee onze gezondheid als geheel.

Proteobacteriën en virusweerstand

Ieder oppervlakte van de mens dat blootgesteld is aan de buitenwereld (onze lichaamsbarrières) bevat een microbioom, bestaande uit talloze bacteriën, virussen en schimmels. Een deel daarvan bestaat uit proteobacteriën. Proteobacteriën zijn gramnegatieve bacteriën die in lage concentraties belangrijke functies hebben die symbiotisch zijn met onze fysiologie [2]. Proteobacteriën worden verdeeld in verschillende klassen De klassen die zijn vernoemd naar de letters van het Griekse alfabet (alpha tot en met epsilon) zijn de bekendste. Deze klassen hebben met elkaar gemeen dat de celwand van deze bacteriegroep lipopolysacharide (LPS) bevat, een endotoxine dat een inflammatoire werking heeft op onze fysiologie. Een voorbeeld van een proteobacterie is de E-coli bacterie: een aerobe (van zuurstof levende) bacterie die de condities schept voor een anaeroob (zuurstofarm) milieu, dat belangrijk is voor de overleving van andere bacteriën zoals lactobacillen [3].

Het aantal proteobacteriën kan in soort en aantal sterk verschillen tussen mensen onderling en is gevoelig voor veranderingen in het exposome. Het exposome is een samenvattende term voor alles waar we in onze omgeving aan worden blootgesteld, van gezonde tot schadelijke invloeden. Deze bacteriën zijn sterk opportunistisch. Ze zijn doorgaans laag in aantal in condities die overeenstemmen met onze evolutionaire leefomstandigheden, maar kunnen sterk in aantal toenemen wanneer we worden blootgesteld aan een negatieve belasting vanuit het exposome, zoals vervuiling of ongezonde voeding. Belasting zoals roken [4] , pesticiden, alcohol [5], chronische stress (adrenaline/cortisol) [6] en acellulaire koolhydraten [7] zoals zetmeel en suiker hebben met elkaar gemeen dat ze het aantal proteobacteriën en daarmee de LPS-belasting in ons lichaam doen toenemen.

Chronische stress en de toename van proteobacteriën zijn in verband gebracht met een verschuiving in activiteit van ons immuunsysteem. Via diverse routes wordt onze humorale afweer, een anti-inflammatoir systeem dat zich met name richt op bacteriën, extra belast en wordt de cellulaire afweer, een inflammatoir systeem dat zich voornamelijk richt op virussen, geremd. Dit is ongunstig voor onze afweer tegen met name de besmetting door virussen[8].

Het bacterioom versus virussen en de relatie met interferon

 Inmiddels wordt het steeds duidelijker dat een gezond bacterioom, dat samen met het viroom en mycobioom onderdeel uitmaakt van ons microbioom, ons weerstand biedt tegen virusinfecties. Virusfamilies zoals Reoviridae (o.a rotavirus), Piconavirdae (o.a poliovirus) en Calaciviridae (o.a norovirus) [9] hebben minder infiltratiekans wanneer ons bacterioom veelzijdig en talrijk is. Dit komt onder andere door de aanmaak van interferon type 1, een cytokine dat van vitaal belang is voor de immuunrespons tegen virussen [10], door een gezond microbioom. Concentraties van interferon-1 zijn hoger wanneer de darm rijkelijk is gekoloniseerd met commensale bacteriën in een diverse samenstelling.

Het longmicrobioom en complicaties bij virusbesmetting

Het longmicrobioom staat steeds meer in de belangstelling, doordat nieuwe technieken het microbioom in de long steeds nauwkeuriger in kaart kunnen brengen. Een dysbiose in het longmicrobioom kan aanzet geven tot het vrijkomen van meer pro-inflammatoire cytokinen en daardoor een inflammatoir milieu in de longen. Door luchtvervuiling (fijnstof) en roken wordt onder meer de aanwezigheid van Neisseria, een gramnegatieve LPS-bevattende proteobacteriestam, verhoogd, en daarmee de hoeveelheid van het pro-inflammatoire interleukine-6 [11]. Dit is zowel in dieren [12] als in onderzoek bij mensen [13] geconstateerd. Bij besmetting met influenzavirussen blijkt dat de kans op complicaties in de luchtwegen toeneemt wanneer het longmicrobioom veranderd is ten opzichte van de gezonde controlegroepen of geïnfecteerde personen met een lage ziektelast [14]. Een pro-inflammatoir longmicrobioom lijkt hiermee een belangrijke oorzaak te zijn van de grote verschillen in morbiditeit na virusbesmetting.

Wat hebben het microbioom in de long en de darm met elkaar gemeen?

Tijdens de embryologische ontwikkeling van de long, in week 3 tot 6 van de zwangerschap, vormt het respiratoire diverticulum zich ter hoogte van de voorzijde van de primitieve voordarm. De long is embryologisch dus nauw verbonden met de ontwikkeling van het darmstelsel. Behalve gelijkenissen in de microbioomsamenstelling van beide organen, zijn er ook gelijkenissen in de lymfoïde weefsels. Het gut-associated lymphoid tissue (GALT) in de darm en het bronchus-associated lymphoid tissue (BALT) in de longen zijn gespecialiseerde onderdelen van het mucosal-associated lymphoid tissue (MALT). GALT en BALT vertonen grotendeels dezelfde structuur en functie. Het BALT is in de longen voornamelijk bij de grotere bronchusvertakkingen gelokaliseerd. Bij infectie of ontsteking neemt dit lymfoïde weefsel in omvang toe, net als in de darm en in andere delen van het lichaam. Precies daar bevinden zich ook veel gespecialiseerde immuuncellen, waarvan de immuunglobulinen (vooral sIgA) fungeren als first responders in de verdediging tegen pathogenen. Net als voor de darm geldt ook voor de long dat een symbiotisch divers microbioom hand in hand gaat met de productie van voldoende sIgA [15] en dus betere bescherming tegen pathogenen.

Kennis in de praktijk

Het microbioom speelt een belangrijke rol in de afweer tegen virussen, zowel in de darm als in de longen. Het gezond en divers houden van het microbioom kan een duidelijke gezondheidswinst geven en onder andere de virusweerstand verbeteren.

Factoren zoals eenzijdige voeding, te weinig beweging, te weinig vezels, stress, teveel acelluaire koolhydraten (zetmeel en suiker), vervuiling, roken en alcohol versmallen ons microbioom en geven meer groeikans aan opportunistische proteobacteriën. Een combinatie van voeding, leefstijlaanpassingen en supplementen (pre- en probiotica, enzymen) kan een inflammatoir microbioom corrigeren naar een gezond en symbiotisch microbioom dat onze virusafweer versterkt.

* Dit artikel kwam tot stand met medewerking van Robert de Vos, gediplomeerd en geregistreerd Osteopaat en kPNI-therapeut. Robert past microbioomanalyse dagelijks toe in zijn praktijk, en geeft regelmatig cursussen over dit onderwerp. Robert heeft een passie voor evolutionaire geneeskunde en is vanaf het begin betrokken geweest bij de oprichting van Ancestral Health Nederland (AHS).

Referenties

[1] https://isappscience.org/how-some-probiotic-and-prebiotic-scientists-are-working-to-address-covid-19/

[2] Bradley, P.H., Pollard, K.S. Proteobacteria explain significant functional variability in the human gut microbiome. Microbiome 5, 36 (2017). https://doi.org/10.1186/s40168-017-0244-z

[3]https://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Escherichia_coli#:~:text=Most%20E.,K%20production%2C%20and%20food%20absorption.

[4] Savin Z, Kivity S, Yonath H, Yehuda S. Smoking and the intestinal microbiome. Arch Microbiol. 2018;200(5):677-684. doi:10.1007/s00203-018-1506-2

[5] Engen PA, Green SJ, Voigt RM, Forsyth CB, Keshavarzian A. The Gastrointestinal Microbiome: Alcohol Effects on the Composition of Intestinal Microbiota. Alcohol Res. 2015;37(2):223-236.

[6] Karl JP, Hatch AM, Arcidiacono SM, et al. Effects of Psychological, Environmental and Physical Stressors on the Gut Microbiota. Front Microbiol. 2018;9:2013. Published 2018 Sep 11. doi:10.3389/fmicb.2018.02013

[7] Spreadbury I. Comparison with ancestral diets suggests dense acellular carbohydrates promote an inflammatory microbiota, and may be the primary dietary cause of leptin resistance and obesity. Diabetes Metab Syndr Obes. 2012;5:175-189. doi:10.2147/DMSO.S33473

[8] Dragos D, Tanasescu MD. The effect of stress on the defense systems. J Med Life. 2010;3(1):10-18.

[9] Karst SM. The influence of commensal bacteria on infection with enteric viruses. Nat Rev Microbiol. 2016;14(4):197-204. doi:10.1038/nrmicro.2015.25

[10] Schaupp L et al. Microbiota-induced type I interferons instruct a poised basal state of dendritic cells. Cell 2020 Mai 06. doi: https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.04.022

[11] Rylance J, Kankwatira A, Nelson DE, et al. Household air pollution and the lung microbiome of healthy adults in Malawi: a cross-sectional study. BMC Microbiol. 2016;16(1):182. Published 2016 Aug 11. doi:10.1186/s12866-016-0803-7

[12] Li KJ, Chen ZL, Huang Y, et al. Dysbiosis of lower respiratory tract microbiome are associated with inflammation and microbial function variety. Respir Res. 2019;20(1):272. Published 2019 Dec 3. doi:10.1186/s12931-019-1246-0

[13] Erb-Downward JR, Thompson DL, Han MK, et al. Analysis of the lung microbiome in the "healthy" smoker and in COPD. PLoS One. 2011;6(2):e16384. Published 2011 Feb 22. doi:10.1371/journal.pone.0016384

[14] Leung RK, Zhou JW, Guan W, Li SK, Yang ZF, Tsui SK. Modulation of potential respiratory pathogens by pH1N1 viral infection. Clin Microbiol Infect. 2013;19(10):930-935. doi:10.1111/1469-0691.12054

[15] Burnett D. Immunoglobulins in the lung. Thorax. 1986;41(5):337-344. doi:10.1136/thx.41.5.337