5. Microbiota en gezondheid.pdf

# De rol van microbiota in de gezondheid en fysiologie De aanwezigheid van bacteriën in dieren en mensen is overweldigend, waarbij de microbiota fungeert als een essentieel "extra orgaan" dat een cruciale rol speelt in tal van fysiologische processen en de gezondheid. Deze gemeenschap van micro-organismen is betrokken bij de productie van metabolieten, de interactie met gastheercellen en het sturen van gastheerresponsen, wat uiteindelijk de fysiologie en vatbaarheid voor ziekte beïnvloedt, afhankelijk van de samenstelling van de microbiota [2](#page=2) [3](#page=3). ### 1.1 De microbiota als een integraal onderdeel van de gastheer De bacteriële aanwezigheid in een dier of mens is significant, met naar schatting 90% van de cellen die bacterieel zijn. Bacteriën zijn aanwezig op alle mucosae en alleen al in de darm bevinden zich naar schatting $10^{14}$ bacteriën, wat ongeveer tien keer het aantal eukaryote cellen in het lichaam is. Deze enorme bacteriële populatie wordt beschouwd als een "extra orgaan" vanwege zijn diverse functies, waaronder de productie van metabolieten, de interactie met gastheercellen, het sturen van gastheerresponsen en de invloed op zowel fysiologie als ziekte [2](#page=2) [3](#page=3). ### 1.2 Bacteriële afbraak van nutriënten Een fundamentele rol van de darmmicrobiota is de afbraak van nutriënten die de gastheer zelf niet kan verteren [14](#page=14). #### 1.2.1 Afbraak van koolhydraten Polysacchariden, zoals cellulose, hemicellulose (bijvoorbeeld arabinoxylan, AX), pectines en zetmeel, worden door bacteriën afgebroken tot kleinere eenheden zoals oligosacchariden en monosacchariden. Dit proces resulteert in de productie van korte-keten vetzuren (SCFA's) zoals azijnzuur, boterzuur en propionzuur, evenals lactaat en gassen zoals waterstof ($H_2$), kooldioxide ($CO_2$) en methaan ($CH_4$) [15](#page=15) [16](#page=16) [17](#page=17) [18](#page=18). Belangrijke bacteriële families die betrokken zijn bij de productie van boterzuur zijn de Ruminococcaceae en Lachnospiraceae. Verder kan waterstofsulfide ($H_2S$) en methaan ($CH_4$) ook gevormd worden tijdens de afbraak [17](#page=17) [18](#page=18). #### 1.2.2 Afbraak van eiwitten Eiwitten worden door bacteriën ook afgebroken, wat leidt tot de vorming van diverse afbraakproducten. Bepaalde eiwitafbraakproducten kunnen concentratie-afhankelijke toxiciteit vertonen [19](#page=19). Een belangrijk proces is de decarboxylatie van aminozuren, waarbij uit aminozuren zoals alanine, ethylamine wordt gevormd, en ook andere (poly-)amines [20](#page=20). Daarnaast vindt deaminering van aminozuren plaats, wat leidt tot de productie van SCFA's en BCFA's (vertakte keten vetzuren). Bijvoorbeeld, de deaminering van alanine kan leiden tot de vorming van azijnzuur, terwijl deaminering van leucine kan resulteren in isovaleriaanzuur [21](#page=21). ### 1.3 Effecten van bacteriële metabolieten op de gastheer De darm produceert een grote diversiteit aan metabolieten, en deze metabolieten hebben talloze effecten op de gastheer [22](#page=22). #### 1.3.1 Boterzuur als cruciale metaboliet Boterzuur, een van de belangrijkste SCFA's, heeft een reeks gunstige effecten op de gastheer. Het is sterk ontstekingsremmend versterkt intercellulaire juncties verhoogt de productie van antimicrobiële peptiden (AMPs) en mucines bezit specifieke anti-virulentie eigenschappen en dient als energiebron voor epitheelcellen, wat hun deling stimuleert [23](#page=23). #### 1.3.2 Sturing van epitheelcommunicatie Bacteriële metabolieten kunnen het darmepitheel sturen om signalen te produceren die communiceren met andere delen van de gastheer. Dit illustreert de rol van de darmmicrobiota op de gezondheid van de gastheer, met effecten op extra-intestinale organen [34](#page=34). ### 1.4 Rol van microbiota in dierproductie De microbiota speelt een significante rol in dierproductie door de afbraak van nutriënten en de productie van energierijke metabolieten. De effecten op de diergezondheid beïnvloeden direct de productieve prestaties. Een gezonde microbiota kan de gewichtstoename (BWG) en de voederconversieratio (FCR) stimuleren, terwijl een verstoorde microbiota deze prestaties kan tegengaan [30](#page=30). --- # Microbiële diversiteit en factoren die de samenstelling beïnvloeden Dit deel behandelt de taxonomische en functionele diversiteit van microbiële gemeenschappen en de factoren die de samenstelling daarvan beïnvloeden, waaronder leeftijd, voeding, locatie en medicatiegebruik. ### 2.1 Microbiële diversiteit Microbiële diversiteit verwijst naar de variëteit aan micro-organismen in een bepaald habitat. Dit wordt onderscheiden in twee hoofdcategorieën: taxonomische diversiteit en functionele diversiteit [4](#page=4). #### 2.1.1 Taxonomische diversiteit Taxonomische diversiteit omvat het aantal (richness) en de relatieve verspreiding (evenness) van verschillende typen micro-organismen in een habitat. Traditioneel werd dit gemeten via kweekmethoden, maar tegenwoordig wordt hiervoor vaak 16S rRNA-genensequencing gebruikt [4](#page=4). #### 2.1.2 Functionele diversiteit Functionele diversiteit richt zich op het aantal en de relatieve verspreiding van de functies en activiteiten van micro-organismen in een habitat. Dit wordt onderzocht met behulp van analyses zoals metagenomics, metaproteomics en metabolomics [4](#page=4). ### 2.2 De darmmicrobiota Een stabiele microbiota met een hoge diversiteit in de darm is essentieel voor verschillende lichaamsfuncties, waaronder de vertering van complexe voedingsstoffen en bescherming tegen enteropathogenen. De menselijke darm bevat meer dan 1000 bacteriesoorten, voornamelijk afkomstig uit de phyla Bacteroidetes en Firmicutes, hoewel Actinobacteria, Proteobacteria en Verrucomicrobia ook aanwezig kunnen zijn in lagere aantallen. Er zijn aanzienlijke verschillen in de samenstelling van de microbiota tussen verschillende organen en individuen. Een lage taxonomische en functionele diversiteit kan leiden tot een verhoogd risico op ziekte [5](#page=5) [6](#page=6). > **Tip:** Een hoge microbiële diversiteit wordt over het algemeen geassocieerd met gezondheid, met name in de darm [7](#page=7). #### 2.2.1 Dysbiose in de darm Dysbiose is een verandering in de samenstelling van de darmmicrobiota naar een 'abnormale' staat. Dit kan worden veroorzaakt door factoren zoals voeding, antibiotica, ziekte of ontsteking. Dysbiose kan zowel een primaire oorzaak van ziekte zijn als secundair ziekte induceren of onderhouden [8](#page=8). ### 2.3 Factoren die de microbiotasamenstelling beïnvloeden Verschillende factoren spelen een cruciale rol in het bepalen van de samenstelling van de microbiële gemeenschap. #### 2.3.1 Leeftijd De kolonisatie van micro-organismen begint bij de geboorte en is afhankelijk van factoren zoals de geboortewijze. Initieel worden aërobe bacteriën dominant, gevolgd door facultatieve en strikt anaërobe bacteriën naarmate de leeftijd toeneemt. De taxonomische en functionele diversiteit neemt over het algemeen toe met de leeftijd [10](#page=10) [9](#page=9). #### 2.3.2 Voeding Voeding is een significante factor die de samenstelling van de darmmicrobiota stuurt [11](#page=11) [42](#page=42). * **Borstvoeding versus flesvoeding:** Borstvoeding leidt vaak tot een andere microbiota-samenstelling dan flesvoeding [11](#page=11). * **Vast voedsel:** De introductie van vast voedsel heeft ook een impact op de microbiota [11](#page=11). * **Energetisch voeder:** Hoog energetisch voeder kan leiden tot bacteriële overgroei en dysbiose [42](#page=42). * **Specifieke voedingscomponenten:** Niet-zetmeel polysacchariden (NSP) en enzymen, dierlijk eiwit, en het vetgehalte van het voeder hebben invloed op de microbiota [42](#page=42). * **Plotse voerveranderingen:** Abrupte wijzigingen in het voer kunnen de microbiota significant beïnvloeden [42](#page=42). > **Tip:** Een hoog aantal of een stijging van Proteobacteria, in vergelijking met andere phyla, kan duiden op een minder gunstige situatie, vergelijkbaar met dysbiose [11](#page=11). #### 2.3.3 Locatie in het lichaam De locatie van de micro-organismen binnen het lichaam is bepalend voor de samenstelling van de microbiota. Factoren die hierbij een rol spelen zijn [12](#page=12) [13](#page=13): * **Diersoort:** De structuur van het maag-darmkanaal en genetica beïnvloeden de microbiota [12](#page=12). * **Darmsegment:** Proximale en distale delen van de darm hebben verschillende microbiota [12](#page=12). * **Fysicochemische omstandigheden:** pH in de maag, galzouten, darmmotiliteit, structuur van de darmwand en zuurstofspanning zijn belangrijke beïnvloedende factoren [12](#page=12). * **Specifieke niches:** De microbiota kan zich onderscheiden in mucus-geassocieerde en luminale gemeenschappen [13](#page=13). #### 2.3.4 Medicatie (Antibiotica) Antibiotica worden gebruikt om antimicrobiële groeipromotie te bewerkstelligen, pathogenen te onderdrukken of gunstige bacteriën te stimuleren. Echter, antibiotica hebben een significante impact op de microbiotadiversiteit [35](#page=35) [36](#page=36) [37](#page=37). * **Impact op diversiteit:** Antibiotica kunnen leiden tot een drastische vermindering van de microbiële diversiteit [37](#page=37). * **Verschillende antibiotica, verschillende effecten:** Verschillende antibiotica kunnen uiteenlopende effecten hebben op de samenstelling van de microbiota, zoals aangetoond in studies met moxifloxacine, clindamycine en combinaties van cefazolin, ampicilline en sulbactam. Amoxicilline toonde ook significante veranderingen [38](#page=38). > **Tip:** Antimicrobiële groeipromotoren (AGP's) worden vaak ingezet in de veehouderij om de groei te bevorderen en pathogenen te bestrijden, maar hun gebruik leidt tot veranderingen in de microbiota [35](#page=35). #### 2.3.5 De microbiota van de luchtwegen De luchtwegen worden soms als steriel beschouwd, maar de bovenste luchtwegen (neus en nasopharynx) herbergen wel degelijk een eigen microbiota die afkomstig is uit de omgeving, stof of orale opname. De samenstelling van deze microbiota is van belang voor competitie en immunomodulatie. Infectieuze en niet-infectieuze luchtwegaandoeningen gaan vaak gepaard met verschuivingen in de microbiota, met een toename van Proteobacteria (zoals Pseudomonas, Neisseria, Haemophilus), Streptococcen en Staphylococcen. Factoren die de microbiotasamenstelling van de luchtwegen beïnvloeden zijn zuurstofspanning, mucusproductie, celdood, ontsteking, pH en de vrijgave van nutriënten [43](#page=43) [44](#page=44) [45](#page=45). #### 2.3.6 De microbiota van de huid De huid, het meest blootgestelde orgaan, heeft een unieke microbiota die afhankelijk is van de fysicochemische eigenschappen van verschillende locaties op de huid. De huidmicrobiota bestaat voornamelijk uit Staphylococcen en Corynebacteriën, met variabele aanwezigheid van Propionibacterium. De samenstelling kan ook sterk variëren afhankelijk van de diersoort, de structuur van de huid (haar, veren), huisvesting en omgeving. Bij dieren, zoals vleeskippen, kan frequent contact met faecaal materiaal leiden tot een sterk variabele huidmicrobiota [46](#page=46) [47](#page=47). --- # Microbiota en de gezondheid van specifieke lichaamsdelen en systemen Dit onderwerp verkent de rol van de microbiota in verschillende lichaamsgebieden, waaronder de luchtwegen, huid en het urogenitale systeem, en hun verband met specifieke aandoeningen en infecties. ### 3.1 De microbiota van de luchtwegen De bovenste luchtwegen bevatten een eigen microbiota, die waarschijnlijk steriel is in de diepere luchtwegen zoals de trachea en bronchiën. De neus en nasopharynx huisvesten hogere aantallen micro-organismen vergeleken met de diepere luchtwegen. Deze microbiota is afkomstig van de omgeving, stof, de huid en orale opname vanuit de oropharynx. De samenstelling van de microbiota is cruciaal voor competitie met pathogenen en voor immunomodulatie. Infectieuze en niet-infectieuze luchtwegaandoeningen worden vaak geassocieerd met veranderingen in de microbiota. De typische samenstelling omvat vaak meer Proteobacteria (zoals *Pseudomonas*, *Neisseria*, *Haemophilus*), streptokokken en stafylokokken [43](#page=43) [44](#page=44). Factoren die de microbiotasamenstelling van de luchtwegen kunnen beïnvloeden, zijn onder andere zuurstofspanning, mucusproductie, celdood (bijvoorbeeld door virale infecties), ontsteking en de beschikbare nutriënten. De pH speelt ook een rol [45](#page=45). ### 3.2 De microbiota van de huid De huid is het meest blootgestelde orgaan en herbergt een unieke microbiota die sterk varieert afhankelijk van de fysico-chemische eigenschappen van verschillende huidgebieden. Over het algemeen bestaat de huidmicrobiota voornamelijk uit stafylokokken en corynebacteriën. Andere belangrijke commensalen zijn *Propionibacterium*. De samenstelling is variabel [46](#page=46). De microbiotasamenstelling van de huid is sterk afhankelijk van de diersoort en de structuur van de huid, inclusief haar en veren. Huisvesting en omgeving spelen ook een belangrijke rol in de samenstelling. Bij dieren kan frequent contact met faecaal materiaal (zoals bij vleeskippen) leiden tot een sterk variabele samenstelling van de huidmicrobiota [47](#page=47). #### 3.2.1 *Propionibacterium acnes* bij de mens *Propionibacterium acnes* is een facultatief anaërobe bacterie die een rol speelt in de menselijke huidmicrobiota. Het produceert zuren uit triglyceriden die aanwezig zijn in talg. Deze productie kan de kolonisatie van zuurtolerante kiemen, zoals *Corynebacterium* spp. en coagulase-negatieve stafylokokken, bevorderen. *P. acnes* kan ook de groei van streptokokken (waaronder *S. pyogenes*) en *Staphylococcus aureus* remmen. Echter, *P. acnes* kan ook ontsteking van de talgklieruitgang veroorzaken, wat leidt tot acne [48](#page=48). #### 3.2.2 Huidaandoeningen en microbiota Diverse huidaandoeningen worden geassocieerd met specifieke micro-organismen. Voorbeelden hiervan zijn dermatitis bij pluimvee, *Mallasezia pachydermatis* (een gist) bij honden, *Staphylococcus hyicus* bij biggen, en schimmels zoals *Trichophyton* en *Microsporum*. Allerlei kiemen, waaronder *E. coli* en stafylokokken, kunnen ook een rol spelen [49](#page=49). #### 3.2.3 Belang van de huidmicrobiota De huidmicrobiota speelt een belangrijke rol in de preventie van infecties. Verstoringen van de huidmicrobiota kunnen leiden tot aandoeningen zoals mastitis bij runderen, waar bepaalde stafylokokkensoorten bij betrokken zijn. Wondinfecties, veroorzaakt door pathogenen als *Pseudomonas* en *Staphylococcus aureus*, kunnen ook voorkomen. Invasieve infecties, bijvoorbeeld bij katheterisatie, kunnen eveneens een gevolg zijn van een verstoorde microbiota [50](#page=50). ### 3.3 De vaginale microbiota en urogenitale infecties De bovenste urinewegen, eileider en baarmoeder worden over het algemeen als steriel beschouwd. Infecties van de bovenste urinewegen zijn meestal ascenderend van aard, terwijl infecties van het geslachtsstelsel vaker na een systemische infectie optreden [51](#page=51). De vaginale microbiota wordt gedomineerd door lactobacillen, waaronder *Lactobacillus crispatus*. Lactobacillen bevorderen de gezondheid door middel van adhesie aan epitheelcellen, productie van antimicrobiële stoffen, het verlagen van de pH (onder andere door lactaatproductie) en het stimuleren van de immuunrespons van de gastheer. Een hoge diversiteit van micro-organismen in de vagina wordt als negatief beschouwd voor de gezondheid [51](#page=51). *Escherichia coli* is een frequente veroorzaker van urineweginfecties. Een ascenderende bovenste urineweginfectie kan voorkomen [52](#page=52) [53](#page=53). > **Tip:** Het behouden van een gezonde, diverse vaginale microbiota, voornamelijk bestaande uit lactobacillen, is cruciaal voor het voorkomen van urogenitale infecties. Veranderingen in deze balans, bijvoorbeeld door antibioticagebruik of hormonale schommelingen, kunnen leiden tot dysbiose en een verhoogd risico op infecties. --- # Modulatie van de microbiota voor gezondheidsdoeleinden Dit onderwerp onderzoekt strategieën om de samenstelling van de microbiota te beïnvloeden ten gunste van gezondheid en zoötechnische prestaties, met specifieke aandacht voor probiotica, prebiotica en organische zuren [39](#page=39) [40](#page=40) [41](#page=41). ### 4.1 Probiotica Probiotica zijn bacteriën met een gunstige invloed op de gezondheid. Ze kunnen worden toegediend via methoden zoals fecale transplantatie (transfaunatie) of competitieve exclusie. De producten kunnen bestaan uit een mengsel van verschillende stammen of uit enkelvoudige stammen. Veelgebruikte probiotische bacteriën zijn melkzuurbacteriën, waaronder soorten van het geslacht *Bacillus* en *Lactobacillus*. Probiotica hebben een aantoonbare invloed op zowel de darmmicrobiota als de gastheer [39](#page=39). ### 4.2 Prebiotica Prebiotica zijn niet-verteerbare componenten die specifiek de groei en activiteit van gezondheidsbevorderende bacteriën in de darm stimuleren. Voorbeelden hiervan zijn poly- en oligosacchariden, zoals azachariden (AXOS), xylo-oligosacchariden (XOS), fructo-oligosacchariden (FOS) en galacto-oligosacchariden (GOS). Een combinatie van probiotica en prebiotica wordt aangeduid als synbiotica [40](#page=40). ### 4.3 Organische zuren en andere moleculen Organische zuren, zoals azijnzuur, zijn eindproducten van fermentatie en kunnen deels als gevolg van de inzet van pre- en probiotica ontstaan. Deze zuren hebben effecten op zowel de gastheer als de microbiota. Naast organische zuren kunnen ook andere moleculen, zoals etherische oliën met antimicrobiële eigenschappen, worden ingezet om de microbiota te moduleren [41](#page=41). ### 4.4 Voeding als sturende factor De voersamenstelling speelt een cruciale rol in het sturen van de samenstelling van de darmmicrobiota. Een hoog energetisch voeder kan leiden tot bacteriële overgroei en dysbiose. Verschillende aspecten van de voeding hebben invloed op de microbiota, waaronder de aanwezigheid van niet-verteerbare polysacchariden (NSP) en het gebruik van enzymen, de hoeveelheid dierlijk eiwit, het vetgehalte van het voeder (hoog versus laag) en plotselinge veranderingen in de voersamenstelling [42](#page=42). > **Tip:** Begrijpen hoe voersamenstelling de microbiota beïnvloedt, is essentieel voor het optimaliseren van de gezondheid en prestaties van dieren [42](#page=42). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Microbiota | Een gemeenschap van micro-organismen, zoals bacteriën, schimmels en virussen, die in een specifiek habitat leven, bijvoorbeeld in of op een gastheerorganism.

De microbiota wordt beschouwd als een cruciaal onderdeel van de gastheergezondheid en speelt een rol in diverse fysiologische processen.

| | Taxonomische diversiteit | Verwijst naar de variatie in het aantal en de relatieve verdeling ('richness' en 'eveness') van verschillende typen bacteriën binnen een bepaald habitat of gemeenschap.

Het beschrijft de verscheidenheid aan bacteriële soorten of groepen.

| | Functionele diversiteit | Beschrijft de variatie in de aantallen en de relatieve verdeling van de 'functies' en 'activiteiten' van bacteriën binnen een bepaald habitat of gemeenschap.

Dit concept richt zich op wat de bacteriën doen in plaats van alleen op wie ze zijn.

| | Dysbiose | Een verstoring in de samenstelling van de microbiële gemeenschap die normaal gesproken in of op het lichaam aanwezig is.

Dit kan leiden tot nadelige effecten op de gastheergezondheid en kan verband houden met diverse ziekten en aandoeningen.

| | Metabolieten | Producten van het metabolisme die worden geproduceerd door micro-organismen of gastheercellen.

Deze stoffen kunnen diverse functies hebben, zoals het beïnvloeden van de gastheerrespons, het bijdragen aan de spijsvertering of het hebben van antimicrobiële eigenschappen.

| | Korte keten vetzuren (SCFA) | Een groep verzadigde vetzuren met minder dan zes koolstofatomen, geproduceerd door bacteriële fermentatie van koolhydraten in de darm.

Voorbeelden zijn azijnzuur, boterzuur en propionzuur, die belangrijke energiebronnen zijn voor darmepitheelcellen en immunomodulerende effecten hebben.

| | Probiotica | Levende micro-organismen die, wanneer in adequate hoeveelheden toegediend, een gunstig effect hebben op de gezondheid van de gastheer.

Ze worden vaak gebruikt om de darmgezondheid te verbeteren en de balans van de microbiota te herstellen.

| | Prebiotica | Niet-verteerbare voedingscomponenten die selectief de groei en/of activiteit van één of een beperkt aantal gunstige bacteriën in de dikke darm stimuleren.

Ze dienen als voedsel voor de nuttige darmbacteriën en bevorderen zo een gezonde darmflora.

| | Immunomodulatie | Het proces waarbij het immuunsysteem wordt gemoduleerd of aangepast.

De microbiota kan het immuunsysteem beïnvloeden door de ontwikkeling van lymfoïde structuren te sturen, de activiteit van immuuncellen te beïnvloeden en de balans tussen verschillende immuunresponsen te reguleren.

| | Colonisatie | Het proces waarbij micro-organismen zich vestigen en vermenigvuldigen op een oppervlak, zoals de huid of het darmslijmvlies, zonder noodzakelijkerwijs ziekte te veroorzaken.

De concurrentie voor ruimte en voedingsstoffen met pathogenen is een belangrijk aspect van kolonisatieresistentie.

|