De menselijke darm herintroduceren: herintroductie van de soort Limosilactobacillus Reuteri

Er is nu consistent bewijs dat industrialisatie de bacteriële diversiteit van de darmmicrobiota aanzienlijk heeft verminderd (Segata, 2015), waarschijnlijk als gevolg van een combinatie van factoren zoals het gebruik van antibiotica, moderne klinische praktijken, sanitaire voorzieningen en veranderingen in voedingsgewoonten. De enige factor waarvoor empirisch bewijs bestaat, is echter het lage gehalte aan microbiota-toegankelijke koolhydraten (MAC's) in westerse diëten, dit zijn onverteerbare koolhydraten in de voeding die beschikbaar komen voor de microben die de darm koloniseren (Sonnerburg et al., 2015).

Eerder werk heeft het algemene uitgangspunt van 'microbioomuitputting' bevestigd door een grotere diversiteit aan te tonen in de fecale microbiota van individuen van plattelandsstammen in Papoea-Nieuw-Guinea, die nog eens 50 soorten bevatten die volledig niet detecteerbaar zijn in Noord-Amerikanen (Martínez et al., 2015) . Eén soort die in elk Papoea-Nieuw-Guinea-individu kon worden gedetecteerd door 16S-rRNA-sequencing, maar niet in een enkele Amerikaanse controle, was Limosilactobacillus reuteri (L. reuteri). Interessant is dat deze soort, die ook als probioticum wordt gebruikt, regelmatig bij mensen werd aangetroffen in onderzoeken die rond 1960 werden uitgevoerd, maar zeer zelden bij hedendaagse mensen, wat duidt op een recente achteruitgang van de L. reuteri-populatie bij westerlingen (Walter et al. , 2011). Het belangrijkste is dat L. reuteri een lid is van de darmmicrobiota in veel gewervelde soorten en voordelen heeft voor de immuunfuncties en ontwikkeling van de gastheer, zoals aangetoond in een aantal veel geciteerde publicaties (Zelante et al. 2013; Buffington et al. 2016; Lamas et al. 2016; He et al. 2017).

Het is momenteel onduidelijk wat de oorzaak is van de daling van de L. reuteri-populatie. Het is echter waarschijnlijk te wijten aan het belang van niet-verteerbare koolhydraten die in zeer kleine hoeveelheden aanwezig zijn in westerse diëten, terwijl ze overvloedig aanwezig zijn in de voeding van Papoea-Nieuw-Guinea op het platteland, een bevolking die een overwegend plantaardig dieet volgt.

Het doel van deze studie is om aan te tonen dat een bacteriesoort die dominant is in het niet-verwesterde microbioom, kan worden 'geherintroduceerd' in de darmen van Canadezen die een niet-geïndustrialiseerd dieet krijgen dat is ontworpen om de groei van darmbacteriën te bevorderen. Deze studie zal ook bepalen hoe deze 'herintroductie' en het niet-geïndustrialiseerde type dieet de immuunfunctie van de gastheer en gastheer-dieet-microbioom metabole interacties beïnvloeden, en de associaties daartussen onderzoeken. Het zal de effecten van de microbiële behandeling en het dieet op de ecologie van het darmmicrobioom verder onderzoeken. De centrale hypothese is dat een isolaat van L. reuteri, afkomstig van het platteland van Papoea-Nieuw-Guinea, kan worden gevestigd in de darmen van Canadezen die een dieet krijgen dat de koolhydraten bevat waarvan bekend is dat ze de groei van deze microbe bevorderen. Er wordt ook verondersteld dat deze 'herintroductie' en het consumeren van het niet-geïndustrialiseerde type dieet zal worden geassocieerd met immunologische en metabole voordelen voor de gastheer. Om deze doelen te bereiken, worden de volgende doelen voorgesteld:

1. Een proef bij mensen uitvoeren om te bepalen of een Limosilactobacillus reuteri-stam geïsoleerd uit landelijk Papoea-Nieuw-Guinea (PNG) kan worden gevestigd in de darm van gezonde Canadezen.
2. Om te bepalen of kolonisatie kan worden verbeterd door een dieet te voeren dat speciaal is ontworpen om groeisubstraten voor L. reuteri te bieden.
3. Om te bepalen hoe zowel L. reuteri als het niet-geïndustrialiseerde type dieet het menselijke microbioom, metaboloom, cardiometabolische surrogaateindpunten en immuunbiomarkers van ontsteking veranderen.

Deze studie zal vaststellen of een 'verloren soort' bacterie opnieuw kan worden geïntroduceerd in de menselijke darm en kan mechanistisch inzicht verschaffen om te informeren hoe dergelijke voedingsmodulatie kan worden toegepast om het risico op chronische ziekten te verminderen. Aangezien de L. reuteri-stam geïsoleerd uit landelijke Papoea-Nieuw-Guineanen functioneel anders is dan westerse stammen, wat blijkt uit verschillende groeisnelheden op substraten van MAC's, zal deze studie potentiële probiotische stammen verder identificeren die voorheen niet werden gekarakteriseerd vanwege hun algehele afwezigheid in de geïndustrialiseerde darm microbioom.