Ethnic differences in gut microbiota composition and functional capacity persist over six years in the HELIUS multi-ethnic longitudinal cohort

In de menselijke darm werkt een enorme en onzichtbare ecosystem van bacteriën, virussen en schimmels onvermoeibaar mee aan het verteren van voedsel, het trainen van het immuunsysteem en de bescherming tegen ziekten. Deze gemeenschap, bekend als het microbioom, is niet voor iedereen hetzelfde. Het verschilt aanzienlijk van persoon tot persoon en wordt gevormd door een complexe mix van genetica, dieet, levensstijl en waar men woont. Decennialang hebben wetenschappers geobserveerd dat mensen met verschillende etnische achtergronden vaak verschillende collecties microben met zich meedragen, zelfs wanneer ze in dezelfde stad wonen en vergelijkbaar voedsel eten. Dit verschil is meer dan alleen een biologische nieuwsgierigheid; het kan helpen verklaren waarom bepaalde etnische groepen een hoger risico lopen op hartziekten en diabetes. Er bleef echter een cruciale vraag onbeantwoord: als mensen met verschillende achtergronden vele jaren lang samen in dezelfde stedelijke omgeving leven, versmelten hun darmmicroben dan uiteindelijk, of blijven ze onderscheidend?

Om dit te beantwoorden, richtten onderzoekers zich op een langetermijnstudie in Amsterdam genaamd HELIUS, die duizenden mensen uit zes verschillende etnische groepen volgt: Nederlands, Afrikaans Surinaams, Zuid-Aziatisch Surinaams, Ghanese, Turkse en Marokkaanse. Het team verzamelde ontlastingsmonsters van bijna 2.000 deelnemers aan het begin van de studie en opnieuw zes jaar later. Door het genetisch materiaal in deze monsters te analysen, konden zij exact volgen hoe de microbiële gemeenschappen in de loop van de tijd veranderden. Ze keken naar de soorten bacteriën die aanwezig waren, de specifieke stammen van die bacteriën en de functionele instrumenten die de microben gebruiken om voedsel af te breken en antibiotica te weerstaan. Het doel was om te zien of het leven in dezelfde westerse stad gedurende een half decennium voldoende was om de diepgewortelde verschillen tussen deze groepen uit te wissen.

De bevindingen laten zien dat hoewel het menselijke microbioom dynamisch is en voortdurend verschuift, de verschillen tussen etnische groepen opmerkelijk hardnekkig zijn. Gedurende de zesjarige periode observeerden de onderzoekers dat de microben van sommige groepen, met name die van Marokkaanse afkomst, meer veranderden dan anderen, terwijl de Nederlandse en Zuid-Aziatisch Surinaamse groepen relatief stabiel bleven. Ondanks deze individuele verschuivingen bleven de kenmerkende microbiële handtekeningen van elke etnische groep bestaan. Zelfs nadat een Zuid-Aziatisch Surinaamse deelnemer al decennia in Amsterdam woonde, bleven de darmbacteriën duidelijk verschillend van die van een Nederlandse deelnemer. De studie berekende dat als deze verschillen zouden vervagen met de geobserveerde snelheid, het ongeveer twintig jaar zou duren voordat de groepen half zo verschillend zouden zijn als ze aan het begin waren. Dit suggereert dat de krachten die het microbioom vormen — waarschijnlijk een mix van langgehouden culturele dieetgewoonten, familie tradities en wellicht factoren zoals huisvesting of blootstelling in de vroege levensfase — veel sterker zijn dan de invloed van een gedeelde stedelijke omgeving over een periode van zes jaar.

De onderzoekers ontdekten ook dat wat het darmmicrobioom van een individu aandrijft, minder te maken heeft met hun etniciteit en meer met hun gezondheid en medicijngebruik. Deelnemers die diabetes type 2 ontwikkelden of met bepaalde medicijnen begonnen, zoals medicijnen voor een hoge bloeddruk of diabetes, vertoonden veel grotere verschuivingen in hun microbiële gemeenschappen over de tijd. Zo ervoeren mensen met diabetes een veel dramatischerere omzetting van hun darmbacteriën vergeleken met mensen zonder deze aandoening. Dit geeft aan dat hoewel etniciteit het podium instelt voor hoe iemands darm eruitziet, grote gezondheidsgebeurtenissen en medische behandelingen de acteurs zijn die de meest significante veranderingen in het stuk veroorzaken.

Bij het dieper graven in de specifieke soorten bacteriën, richtte het team zich op een soort genaamd Alistipes putredinis, die het meest interessante patroon van verandering liet zien. Aan het begin van de studie was deze bacterie algemeen bij Nederlandse deelnemers, maar veel minder voorkomend bij Zuid-Aziatisch Surinaamse deelnemers. Gedurende zes jaar begon de Zuid-Aziatisch Surinaamse groep deze bacterie vaker te verwerven, waardoor hun niveaus dichter bij die van de Nederlandse groep kwamen te liggen. Echter, deze convergentie beperkte zich tot de aanwezigheid van de soort zelf. Wanneer de onderzoekers naar de genetische opbouw van de bacteriën binnen die soort keken — de specifieke stammen — vonden zij dat de stammen onderscheidend bleven. De Zuid-Aziatisch Surinaamse deelnemers verworven nieuwe stammen, maar deze stammen vervingen de bestaande niet op een manier die de etnische verschillen uitwiste. In plaats daarvan herbergden de twee groepen nog steeds verschillende genetische versies van dezelfde bacteriën.

De studie onderzocht ook de functionele vermogens van deze microben, specifiek kijkend naar de enzymen die zij produceren om voedsel af te breken. De Nederlandse deelnemers hadden over het algemeen een hogere capaciteit om complexe plantaardige vezels af te breken, terwijl de Zuid-Aziatisch Surinaamse deelnemers andere patronen vertoonden. In de loop van de tijd werden sommige van deze functionele verschillen iets kleiner, maar de algehele kloof bleef groot. Op dezelfde manier, toen er gekeken werd naar antibioticaresistentiegenen — de genetische instructies die bacteriën in staat stellen te overleven na blootstelling aan antibiotica — daalde het totale aantal van deze genen in beide groepen over de zes jaar, wat waarschijnlijk de algemene afname van antibioticagebruik in Nederland weerspiegelt. Echter, de specifieke soorten resistentiegenen die aanwezig waren, bleven verschillend tussen de groepen, waarbij de Nederlandse deelnemers een meer diverse set aan resistentiegenen behielden dan hun Zuid-Aziatisch Surinaamse tegenhangers.

Uiteindelijk schetst dit onderzoek een beeld van het menselijke darmmicrobioom als een veerkrachtig systeem dat het stempel van iemands achtergrond voor een zeer lange tijd met zich meedraagt. Hoewel het leven in een moderne stad en het delen van dezelfde voedselvoorziening het microbioom in een nieuwe richting kan duwen, wist het de diepgewortelde verschillen die gevestigd zijn door cultuur, genetica en geschiedenis niet snel uit te wissen. De studie suggereert dat voor de nabije toekomst de darmmicrobiota van verschillende etnische groepen die in dezelfde stad wonen, onderscheidend zullen blijven. Dit heeft belangrijke implicaties voor medisch onderzoek, en herinnert wetenschappers eraan dat wanneer zij darmgezondheid bestuderen of behandelingen ontwikkelen voor ziekten zoals diabetes, zij rekening moeten houden met deze hardneggige etnische verschillen, in plaats van ervan uit te gaan dat een gedeelde omgeving ieders biologie hetzelfde zal maken. Het darmmicrobioom blijkt, zo blijkt wel, een langetermijngeheugen te zijn van wie we zijn en waar we vandaan komen.