Glucose infusion rate and gut microbiota maturation in NICU neonates

In de allereerste dagen van het leven is het lichaam van een pasgeborene druk bezig met het opbouwen van een verborgen ecosysteem. Dit ecosysteem leeft in de darmen en bestaat uit biljoenen minuscule bacteriën die de baby helpen bij het verteren van voedsel, het bestrijden van ziekten en zelfs het aanmaken van essentiële vitamines. Wetenschappers weten al lang dat de manier waarop een baby wordt geboren en wat hij eet, deze gemeenschap vormgeeft. Baby's die via een vaginale bevalling worden geboren, nemen andere bacteriën op dan baby's die via een operatie worden geboren, en borstvoeding voedt specifieke nuttige microben. Maar voor baby's die te vroeg zijn geboren of te ziek zijn om normaal te kunnen eten, is het verhaal anders. Zij brengen hun eerste weken door op een speciale intensive care voor pasgeborenen, waarbij ze vaak vertrouwen op suikerwater dat rechtstreeks in hun aderen wordt toegediend om hun bloedsuikerspiegel stabiel te houden. Jarenlang hebben artsen zich gericht op het toedienen van de juiste hoeveelheid suiker aan deze kleine patiënten om hun hersenen te beschermen, maar ze wisten niet hoe deze constante stroom van intraveneuze suiker de bacteriën die in hen groeien zou veranderen.

Een team van onderzoekers in Japan besloot diepgaand naar deze vraag te kijken. Zij volgden tien pasgeborenen in een neonatale intensive care, waarbij ze elke dag gedurende twee weken een klein monster van de ontlasting van elke baby verzamelden. Het doel was om te zien hoe de bacteriën in de loop van de tijd veranderden en of de hoeveelheid suiker die de baby's ontvingen een verschil maakte. De wetenschappers deelden de baby's in op basis van hoeveel glucose, oftewel suiker, zij via hun aderen nodig hadden. Sommige baby's hadden heel weinig nodig, terwijl anderen een grote hoeveelheid nodig hadden om gezond te blijven. Door de bacteriën in deze twee groepen te vergelijken, vonden de onderzoekers een duidelijk patroon: de baby's die meer suiker via hun aderen nodig hadden, hadden darmbacteriën die minder volwassen leken en zich minder volgzaam gedroegen.

De studie onthulde dat de baby's met een hoge sugerexpositie minder verschillende soorten bacteriën in hun darmen hadden. In de wereld van de microbiologie is het hebben van een grote variëteit aan soorten meestal een teken van een gezond, sterk ecosysteem. De baby's die minder suiker nodig hadden, en die eerder in staat waren om weer via de mond te eten, ontwikkelden een veel rijker mengsel van bacteriën. De soorten bacteriën die in de hoog-suiker groep werden gevonden, waren voornisch eenvoudige, vroeg-fase microben die gedijen op makkelijke suikers. In contrast hiermee was de groep met een lage suikertoevoer de thuisbasis van meer complexe bacteriën die beter in staat zijn om moeilijker voedsel af te breken en vitale voedingsstoffen te produceren.

Dit verschil ging verder dan alleen de namen van de bacteriën; het veranderde wat de bacteriën daadwerkelijk konden doen. De onderzoekers gebruikten computermodellen om te voorspellen welk chemisch werk deze bacteriën in staat waren te verrichten. Ze ontdekten dat de bacteriën in de groep met een lage suikertoevoer actief paden aanlegden om belangrijke vitamines te produceren, waaronder vitamine K, dat helpt bij de bloedstolling, en verschillende B-vitamines die de energievoorziening van het lichaam voeden. De bacteriën in de groep met een hoge suikertoevoer leken echter vast te zitten in een eerdere fase van ontwikkeling. Ze waren druk bezig met het afbreken van eenvoudige suikers zoals lactose, maar hadden nog niet de capaciteit ontwikkeld om die complexe vitamines aan te maken of vetzuren te produceren die helpen de darmwand gezond te houden. Het is alsof de omgeving met veel suiker de bacteriële gemeenschap in een staat van ontwikkelingsstilstand hield, waardoor het werd voorkomen dat het uitgroeide tot het complexe, zelfvoorzienende systeem dat bij de andere baby's te zien is.

Om te zien of deze bacteriële patronen sterk genoeg waren om de twee groepen van elkaar te onderscheiden, gebruikten de wetenschappers een type machine learning dat fungeert als een patroonherkenningsinstrument. Ze voerden de gegevens over welke bacteriën aanwezig waren in de computer en vroegen de computer om te raden bij welke groep elke baby hoorde. De computer was opmerkelijk accuraat en identificeerde de groep correct op basis van slechts een handvol specifieke bacteriën. Dit suggereert dat de manier waarop de darmbacteriën van een baby zich ontwikkelen, nauw verbonden is met de hoeveelheid intraveneuze suiker die zij ontvangen. De bevindingen bewijzen niet dat suiker de vertraging veroorzaakt, maar ze tonen een sterke connectie tussen de twee. De studie suggereert dat de metabole stress die hoge suikerwaarden vereist, of de vertraging in het starten van normale voeding die vaak daarmee gepaard gaat, de natuurlijke groei van de microbiële wereld in de darmen kan tegenhouden.

De onderzoekers merkten op dat hun studie klein was en zich richtte op één enkel ziekenhuis, dus de resultaten moeten worden bevestigd in grotere groepen baby's. Ze gaven ook toe dat ze voorspelden wat de bacteriën deden op basis van hun genetische code, in plaats van de werkelijke chemische stoffen te meten die in het lichaam worden geproduceerd. Ondanks deze beperkingen bood de dagelijkse monitoring van de baby's een zeldzaam, gedetailleerd kijkje in hoe snel de darmen veranderen in de eerste twee weken van het leven. Het werk benadrukt dat het beheren van de voeding van een pasgeborene niet alleen over calorieën en bloedsuiker gaat; het gaat ook over het creëren van de juiste omgeving voor de minuscule levensvormen binnenin hen om volwassen te worden. Door dit verband te begrijpen, kunnen artsen op een dag de manier waarop zij deze kwetsbare zuigelingen voeden aanpassen om hun darmbacteriën sneller te laten rijpen en de algehele gezondheid van de baby te ondersteunen.