Koen Venema onderzoekt wat je je microbioom het beste voert

Alles wat we eten reist via de maag door naar onze darmen. Wat het lichaam niet opneemt, komt langs het microbioom. Niet gek dus dat voeding onze darmflora beïnvloedt. “Maar van de meeste ingrediënten weten we nog niet wat ze doen met individuele bacteriën of met de samenstelling van het gehele microbioom”, legt microbioomexpert Venema uit. Precies dat willen hij en zijn collega’s bij Wageningen University & Research (WUR) ontrafelen om zo met voeding een gezond microbioom te stimuleren.  

Hoe ziet een gezond microbioom eruit? 

“Een gezond microbioom laat zich lastig definiëren. We schatten dat een mens ongeveer 350 verschillende micro-organismen in zijn darm heeft, maar iedereen heeft een unieke samenstelling. Vergelijk je het microbioom van vijfhonderd mensen, dan vind je geen enkel micro-organisme dat bij hen allemaal voorkomt. Waar het vooral om draait, zijn afwijkingen. We weten uit onderzoek dat bepaalde micro-organismen gelinkt zijn aan gezondheid. Zo duikt Enterococcus faecalis geregeld op bij mensen met leveraandoeningen, terwijl Akkermansia muciniphila bijvoorbeeld wijst op een goede darmgezondheid. Bovendien zijn bepaalde bacteriën juist opvallend afwezig bij een ziekte.” 

“Daarnaast is diversiteit van de micro-organismen belangrijk; hoe groter de variatie, hoe stabieler het systeem. Samen beschermen ze de darm tegen ziekteverwekkende indringers. Elke microbe heeft daar zijn eigen trucje voor. De een snoept bijvoorbeeld voedsel weg dat de ziekteverwekker nodig heeft, terwijl andere stofjes produceren die de schadelijke microben doden.” 

En dat ecosysteem van micro-organismen in de darmen kun je sturen met voeding?

“Dat is wel het idee. Natuurlijk kun je een flesje drinkyoghurt met probiotica drinken om levende, gezonde bacteriën naar je darmen te sturen. Maar wij onderzoeken voornamelijk hoe andere voedingsstoffen de groei van gunstige micro-organismen die al in de darmen zitten stimuleren. Prebiotica, noemen we dat. Bij WUR onderzoeken we daarom op allerlei niveaus hoe voedingsingrediënten het microbioom beïnvloeden. We bestuderen bijvoorbeeld welk voedingspatroon de diversiteit van de micro-organismen in de darm vergroten, maar ook hoe bacteriën in de dikke darm voedingsvezels afbreken en hoe dat hun groei beïnvloedt.” 

Welke methodes gebruiken jullie daarvoor? 

“We hebben verschillende manieren om veranderingen in het microbioom te bestuderen, variërend van simpele testen in het lab tot geavanceerde studies met proefpersonen. De simpelste screening is niet meer dan een beetje poep in een plastic plaatje met kleine putjes, waarbij de poep als afdruk van het darmmicrobioom dient. Daaraan voegen we een voedingsingrediënt toe en onderzoeken dan wat er met het voedingsingrediënt gebeurt. Tegelijkertijd bestuderen we hoe de micro-organismen in de poep daarop reageren, welke stofjes ze maken en of die goedaardig of juist toxisch zijn. Ook werken we met een in-vitromodel: een kunstmatig darmstelsel.” 

Een kunstmatig darmstelsel, wat moet ik me daarbij voorstellen? 

“Het klinkt vrij grafisch, maar op het eerste gezicht lijkt het niet op menselijk verteringssysteem: het is een kast met buisjes, flesjes, spuiten, slangetjes en pompjes. Daarin groeien micro-organismen die ook in onze dikke darm leven. Ook op andere gebieden bootst het onze darmen na: van de peristaltische bewegingen om de verteerde etensbrij te mixen en voort te duwen, tot onze lichaamstemperatuur en de zuurtegraad van de dikke darm. Er bestaan al meerdere versies van die kunstmatige darmen en bij WUR bouwen we nu een nieuwe, verbeterde variant door bestaande technologie samen te voegen. Die nieuwe versie noemen we TIMOHTI, dat staat voor The Incredible Mimic Of The Human Intestine. Dat darmstelsel voeren we allerlei ingrediënten die ook bij mensen de dikke darm bereiken.” 

Welke ingrediënten zijn dat? 

“De dikke darm is een van de laatste haltes van het verteringssysteem. De maag kneedt het voedsel tot een dikke brij en de dunne darm breekt de meeste eiwitten, vetten en sommige koolhydraten af en neemt vitamine en mineralen op. Wat overblijft, zijn onverteerbare vezels (koolhydraten uit plantaardige producten), zoetstoffen en niet-afgebroken eiwitten. Iets vergelijkbaars geven we de kunstmatige darmen te eten. We bestuderen dan de samenstelling van het microbioom van tevoren en nadat we de kunstmatige darmen hebben gevoerd met de testingrediënten. Zo leren we welke werking die stoffen hebben op de micro-organismen en hun samenstelling in de darmen. Uit plantaardige eiwitten die de dunne darm niet volledig afbreekt, maken van de microben bijvoorbeeld giftige stoffen.” 

Welke grote ontwikkelingen heb je de afgelopen tien jaar gezien in het veld? 

“Twee dingen, in aanpalende onderzoeksvelden: DNA-sequencing en miniaturisering van chemische analyse. Vroeger moesten we microben kweken om ze te identificeren, maar tegenwoordig kunnen we direct hun DNA aflezen. Door nieuwe technologie gaat dat nu razendsnel en goedkoop. Zo weten we precies welke micro-organismen er in de darm leven. En dankzij moderne analyse kunnen we met een paar microgram voedingsstof al zien welke stoffen vrijkomen tijdens de vertering.” 

Na vijfentwintig jaar ben je het microbioom nog steeds niet zat. Wat vind je er zo fascinerend aan? 

“Ik vind het bijzonder mooi hoeveel invloed de kennis over het microbioom kan hebben. Als we fundamenteel begrijpen wat ingrediënten met de micro-organismen in de darm doen, kunnen we achterhalen hoe we met voeding onze darmflora sturen naar een gezonde samenstelling. Dat biedt enorme mogelijkheden voor de gezondheid van de samenleving. Ik merk dat elk beetje extra kennis me meer drive geeft om door te gaan. We leiden hectische levens en eten vaak ongezond. Met de juiste darmbacteriën kunnen we dat mogelijk herstellen. Dat mijn onderzoek daaraan bijdraagt, vind ik prachtig.” 

Kun je een voorbeeld noemen? 

“Toen ik bij TNO werkte, onderzocht ik de ideale samenstelling van een probioticum in tabletvorm en ontwikkelde ik met collega’s een coating die de micro-organismen beschermde tegen de zure en zware omstandigheden van de maag om zo levend in de darmen aan te komen. Uiteindelijk heeft dat geleid tot een probioticum met drie micro-organismen dat nu op de markt is.” 

Er is dus al veel kennis over onze darmbewoners. Wat weten we nog niet? 

“Er is nog ontzettend veel wat we niet weten. Dat komt deels doordat het enorm lastig is om micro-organismen die in de darmen leven te kweken in het lab. Ze kunnen namelijk niet tegen zuurstof, een stofje dat niet voorkomt in onze dikke darm. Toch moeten we de microben juist kweken om écht te begrijpen wat ze doen en kunnen. Op basis van DNA kunnen we ongeveer zeventig procent van de functies achterhalen. DNA bevat namelijk de instructies voor de productie van eiwitten en die bepalen wat een micro-organisme precies doet in zijn omgeving. Maar het DNA vertelt ons dus nog niet alles. Al zitten ook daar ontwikkelingen in. Met kunstmatige intelligentie kunnen we vanuit de DNA-code voorspellen hoe zo’n eiwit er driedimensionaal uitziet, en daaruit mogelijk weer afleiden wat hun functie is. Dat opent nieuwe deuren voor ons begrip van microbiële systemen.” 

Wat zou je onderzoeken als je morgen een blanco cheque krijgt? 

“Dan zou ik een grootschalig onderzoek opzetten om in kaart te brengen hoe alle verschillende voedingsvezels onze darmmicrobiota (her)vormen. Voedingsvezels zijn complexe suikerstructuren die voornamelijk in plantaardige producten voorkomen en die microben voor ons verder verteren. Met voldoende middelen zouden we een soort catalogus kunnen opstellen: welk micro-organisme heeft baat bij welke vezel? Daarmee kun je gerichter voeding of supplementen ontwikkelen die gezonde microben ondersteunen en schadelijke varianten onderdrukt om zo de darmgezondheid te ondersteunen. Dat is niet alleen interessant voor de voedingsindustrie, maar vooral waardevol voor de samenleving.” 

“Maar zo ver zijn we nog lang niet. We weten nog te weinig over de enzymen die micro-organismen gebruiken om die vezels af te breken tot kleinere brokstukjes. Die kennis is cruciaal om te begrijpen waarom bepaalde vezels gezondheidsbevorderend werken. Om dat te achterhalen, zijn we bezig een AI-programma te bouwen dat voorspelt wat er met elke voedingsvezel in de darmflora precies gebeurt en hoe dat het microbioom beïnvloedt. Zo’n ambitie vereist een groot team en jarenlange inzet.” 

Jullie expertise is ook waardevol voor de voedingssector. Hoe kunnen bedrijven samenwerken met onderzoekers zoals jij? 

“We bieden bedrijven verschillende mogelijkheden om het effect van hun voeding op het microbioom te testen: een pijplijn van eenvoudige screenings, de kunstdarm TIMOTHI, tot klinische studies, met bijbehorende computer-tools en visualisaties om te snappen wat er gebeurt. Bedrijven hoeven niet per se bij het begin van die pijplijn te starten. Soms hebben ze al intern onderzoek gedaan en stappen ze halverwege in. Een mooi voorbeeld is een bakkerij die graan gebruikt waarin vezelfracties zitten die vermoedelijk goed zijn voor de darmgezondheid. Ze willen testen of de manier waarop zij het graan verwerken ervoor zorgt dat die fractie beter beschikbaar komt. Dat zoeken wij dan voor ze uit.  

In een klinische studie onderzoeken we bijvoorbeeld het effect van een vezel op gezonde mensen of mensen met prikkelbare darm. Wij regelen de proefpersonen en voeren de studie uit. De ene helft krijgt een placebo, de andere het product. Het liefst doen we dat in een cross-over opzet, zodat iedere deelnemer beide behandelingen krijgt en zijn eigen controle is.” 

Kunnen ze met elke microbioomgerelateerde vraag bij jullie aankloppen? 

“We bieden een lijst met ideeën en projecten waarop bedrijven zich kunnen inschrijven. Ik hoop langzaam naar een andere manier toe te werken waar klanten naar ons toe komen met een vraag of probleem en wij maatwerk bieden om hun probleem op te lossen.”