Onderzoekers van het UMC Utrecht en Yale University (USA) hebben twee nieuwe bacteriesoorten van patiënten met een inflammatoire darmziekte (IBD) ontdekt. De voorheen onbekende bacteriesoorten, die de namen Allobaculum mucilyticum en Allobaculum fili kregen, zijn geïsoleerd uit het darmkanaal van twee patiënten en zijn de eerste leden van het Allobaculum-genus die bij mensen zijn gevonden. Uit een grondige karakterisering bleek dat de stammen zeer efficiënt waren in het afbreken van de beschermende slijmlaag van de darmwand en krachtige immuunreacties uitlokten. Deze bevindingen benadrukken de potentiële rol van bacteriën in het ziekteproces van IBD en kunnen mogelijk bijdragen tot nieuwe behandelingen in de toekomst.

Het darmkanaal bevat duizenden bacteriesoorten, waarvan vele nog nooit zijn gekweekt en onderzocht in het laboratorium. Hoewel de meeste van deze bacteriesoorten ongevaarlijk zijn of zelfs bijdragen tot onze gezondheid, denken wetenschappers dat andere soorten kunnen bijdragen tot ziekten als darmkanker en ontstekingsziekten van de darm (inflammatory bowel disease of IBD). IBD is een chronische ontstekingsaandoening die voornamelijk bestaat uit de ziekte van Crohn en colitis ulcerosa en die wereldwijd miljoenen mensen treft. Het is nog onduidelijk wat de oorzaak is van IBD, hoewel wordt aangenomen dat een ongewenste afweerreactie tegen de darmmicrobiota een cruciale rol speelt. Daarom zijn onderzoekers van het UMC Utrecht en Yale University (New Haven CT, VS) begonnen met het gezamenlijk isoleren en bestuderen van nieuwe bacteriën uit de darm van patiënten met IBD.

Twee nieuwe bacteriesoorten

Met behulp van state-of-the-art 'culturomics' konden de onderzoekers twee nieuwe bacteriesoorten isoleren uit het darmkanaal van patiënten met IBD. Deze bacteriën, die de namen Allobaculum mucilyticum en Allobaculum fili hebben gekregen, zijn nauw verwante Gram-positieve bacteriën die in lange ketens groeien en de eerste leden van het Allobaculum-genus zijn die bij de mens zijn geïdentificeerd. Uitgebreide DNA analyse wees uit dat zij verre neven zijn van Erysipelothrix rhusiopathiae, een ziekmakende bacterie die verschillende diersoorten zoals varkens, kalkoenen en kippen, maar ook af en toe mensen infecteert.

Allobaculum mucilyticum (l) and Allobaculum fili (r), as visualized by scanning electron microscopy

Afbraak van de darmslijmlaag

In twee aanvullende studies keken de onderzoekers vervolgens naar de kenmerken van Allobaculum mucilyticum en de rol die deze bacterie zou kunnen spelen bij darmziekten. De bacterie bleek een zeer efficiënte afbreker te zijn van het darmmucus, de beschermende slijmerige laag die een barrière vormt tussen de (meeste) darmbacteriën en de darmwand. Met behulp van een combinatie van genetische, proteomische en biochemische analyses werd aangetoond dat Allobaculum mucilyticum tijdens de groei diverse enzymen vrijmaakt die suikers van de darmmucus afbreken. Deze vrijgekomen suikers kunnen vervolgens worden gebruikt om de bacteriële groei verder te ondersteunen, maar kunnen ook de beschermende functie van de slijmlaag van de darm verminderen. Ten slotte werd, samen met het team van dr. Noah Palm van Yale University, aangetoond dat Allobaculum mucilyticum darmontsteking veroorzaakte bij geïnfecteerde muizen en de afweerreactie op een algemeen voorkomende menselijke commensale bacterie verstoorde.

"Hoewel dit voorlopige resultaten zijn, is het verleidelijk om te speculeren dat de nieuwe Allobaculum-soorten, of andere bacteriesoorten met vergelijkbare kenmerken, een rol spelen bij de darmontsteking zoals we die zien bij patiënten met IBD", zegt hoofdonderzoeker dr. Marcel de Zoete (afdeling Medische Microbiologie, UMC Utrecht). "Er is nog een lange weg te gaan voordat we de rol van de darmmicrobiota in het ziekteproces van IBD volledig begrijpen, maar studies als deze zijn belangrijke stappen die nieuwe inzichten en aanwijzingen voor toekomstige preventieve behandeling kunnen opleveren."

Publicaties

Van Muijlwijk GH, Rice TA, Flavell RA, Palm NW, de Zoete MR. Allobaculum mucilyticum sp. nov. and Allobaculum fili sp. nov., two novel members of the Allobaculum genus isolated from the human intestinal tract. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 2022 Jan 73(1):005635. doi: 10.1099/ijsem.0.005635

Van Muijlwijk GH, van Mierlo G, Jansen PWTC, Vermeulen M, Bleumink-Pluym NMC, Palm NW, van Putten JPM, de Zoete MR. Identification of Allobaculum mucolyticum as a novel human intestinal mucin degrader. Gut Microbes 2021 Jan-Dec;13(1):1966278. doi: 10.1080/19490976.2021.1966278.

Rice TA, Bielecka AA, Nguyen MT, Rosen CE, Song D, Sonnert ND, Yang Y, Cao Y, Khetrapal V, Catanzaro JR, Martin AL, Rashed SA, Leopold SR, Hao L, Yu X, van Dijk D, Ring AM, Flavell RA, de Zoete MR, Palm NW. Interspecies commensal interactions have nonlinear impacts on host immunity. Cell Host Microbe 2022 Jul 13;30(7):988-1002.e6. doi: 10.1016/j.chom.2022.05.004.