Skade aan die derm-mikrobioom
(Hierdie hoofstuk was oorspronklik in Die Menslike Dieretuin (Naledi) gepubliseer)
Een sellaag dik
Diere word heterotrofe genoem omdat hulle op ander organismes of hul produkte voed. Plante daarenteen word outotrofe genoem omdat hulle hul eie voedsel vervaardig. Swamme is ook heterotrofe, maar verskil van diere omdat hulle ensieme uitwendig afskei en die kosmolekules deur porieë in hul selwande opneem en van daar deur die selmembrane absorbeer.
Anders as swamme, wat basies binne hulle kos lê en dit met ensieme oplos, sluit diere hulself so goed moontlik van die buitewêreld af met behulp van doppe, eksoskelette, waterdigte velle, skubbe ensovoorts. Die dilemma wat diere moes oorkom het was om voedsame molekules, vanuit dieselfde buitewêreld wat hulle afsluit, te bekom. Maar daar is ‘n verdere komplikasie – voedsel kan slegs as molekules deur weerlose, naakte selmembrane opgeneem word, en vir daardie rede het spysverteringstelsels ontstaan.
Buiten vir ‘n paar uitsonderings, soos sponse en lintwurms, het meeste diere ‘n sakagtige of buisvormige spysverteringstelsel diep binne die veiligheid van hul liggame, waarbinne hulle ander organismes of hulle produkte kan verorber. Die spysverteringstelsel stel die dier in staat om voedsel uit sy omgewing te internaliseer.
Diere met sakagtige spysverteringstelsels sluit kwalle (jellievisse), see-anemone en sekere platwurms in. In hierdie diere is daar slegs een opening wat na die spysverteringstelsel lei – vir ordentlikheid noem mens dit ‘n mond, maar eintlik aangesien die ontlasting daardeur uitgeskei word, vervul dit die rol van ‘n anus ook. Hierdie diere se spysverteringstelsel is soms eenvoudig soos in die geval van die kwalle en see-anemone s’n, maar in die platwurms bestaan dit uit vertakkings wat deur die lyf strek.
Die res van die diereryk se spysverteringstelsels bestaan basies uit ‘n buis met ‘n mond voor en ‘n anus agter – die spysverteringskanaal. Natuurlik het hierdie buisvormige spysverteringskanaal algaande meer kompleks geraak om tred te hou met diere se aanpassings by verskillende omstandighede in verskillende habitatte. Maar, ten spyte van die grootte van die dier, of die kompleksiteit van sy bestaan, of die verteerbaarheid van sy kos, het die basiese konstruksie van die dermkanaal, deur miljoene jare, dieselfde gebly.
Die dermkanaal bestaan grootliks uit ‘n buis wat uitgevoer is met ‘n enkellaag epiteelselle wat die kos absorbeer en aan die res van die liggaam beskikbaar stel. Ongeag van die grootte van die dier – hetsy ‘n muggie, erdwurm, muis, mens, olifant of walvis, bestaan die kos-absorberende wand van die dermkanaal uit ‘n enkele sellaag. Soos wat diere oor miljoene jare groter en meer kompleks geword het, moes kos en feses meer effektief vir langer afstande deur die liggaam vervoer word en hiervoor was spiere rondom die epiteelweefsel ingespan om met peristaltiese sametrekkings eers die kos en later die feses deur die spysverteringskanaal te druk.
Die tweede geheim van die spysverteringskanaal is dat dit intiem met die bloedvatstelsel verweef is. Die bloedvatstelsel is hoofsaaklik ‘n vervoerstelsel wat voedingstowwe, gasse, hormone, witbloedliggaampies, bloedplaatjies en afvalstowwe deur die liggaam vervoer. Van die begin van die ontstaan van bloedvatstelsels was dit met die spysverteringskanaal geassosieër – lank voor dit vir gaswisseling aangewend is.
Die voedsel word in die spysverteringskanaal met behulp van verskillende meganiese, chemiese en biologiese metodes afgebreek. Die meganiese afbraak van voedsel word deur tande in baie werweldiere bewerkstellig, maar ander diere soos krokodille en voëls, gebruik spiermae met klippe (wat hulle natuurlik insluk) daarin, om die kos verder stukkend te maal. Chemiese afbraak vind hoofsaaklik deur middel van soutsuur, wat deur die maagwand afskei word, en ensieme, wat op verskeie plekke in die spysverteringkanaal afgeskei word, plaas. Biologiese afbraak vind deur middel van die mikrobioom in die spysverteringskanaal plaas.
Die mikrobioom
Daar is triljoene organismes wat binne ons spysverteringskanaal leef. Hierdie sowat 100 triljoen organismes, ons mikrobiota, sluit archaea, bakterieë, fungi en virusse in, wat saam met hul eweknieë in en op ons vel, melkkliere, voortplantingstelsel, longe en oë, ons mikrobioom vorm.
Daar is gemiddeld 500 tot 1000 bakteriespesies in jou dermkanaal wat hoofsaaklik aan die filums Bacillota en Bacteroidota behoort1. Ten spyte van die oorheersing van bakterieë is daar selfs metaangas-vervaardigende archaea soos Methanobrevibacter smithii en Methanosphaera stadtmanae wat in ongeveer helfte van die mensdom se dermkanale voorkom2. Swamme kom hoofsaaklik in die vorm van gisse in die dermkanaal voor en kom veral in groot getalle in mense wat suiker en stysel eet se derms voor wat tot ‘n oorname van Candida spesies kan lei3,4. Mens se derms wemel selfs van virusse – maar nie noodwendig die tipe wat jou siek sal maak nie, maar eerder bakteriofage wat op bakterieë teer en sodoende hul getalle en samestelling beheer5.
Die dermmikrobioom word reeds tydens geboorte gevestig wanneer die baba deur die ma se dermmikrobiota geïnokuleer word wanneer hy verby die ma se anus beweeg6. Babas wat met behulp van keisersneë gebore word se derms word oorspronklik met velbakterieë en ander bakterieë uit die kraamkamer gekoloniseer. Hierdie bakterieë sluit meer patogeniese bakterieë soos Escherichia coli en Staphylococcus in en bevat minder nuttige Bifidobacteria en Bacteroides bakterieë7,8.
Navorsers het oorspronklik gedink dat die mikrobiota in die spysverteringskanaal hoofsaaklik kommensialisties is en dus bloot organismes is wat opportunisties in die gasheer leef, maar geen skade aanrig nie. Dit het egter oor die laaste paar jaar al hoe duideliker geword dat hierdie organismes nie net voordelig vir die gasheer is nie, maar lewensnoodsaaklik is.
Verstommende feite het aan die lig gekom soos wat wetenskaplikes se navorsing gevorder het – soos die feit dat die mikrobioom ‘n invloed op outoimmuun-siektes kan hê, kankers kan keer of veroorsaak, mens se gemoedstoetstand kan beïnvloed en nog baie meer. Dit is egter ‘n nuwe navorsingsveld en dit blyk asof ons nog baie meer opwindende feite in die toekoms sal ontdek.
Die dermmikrobiota vorm onder andere ‘n buffer wat die dermwand teen patogeniese organismes beskerm, dit fermenteer onverteerde koolhidrate en omskep dit in kortketting vetsure – asetaat, bottersuur en propionaat – wat die gasheer benut, dit sintetiseer vitamien B en vitamien K, dit metaboliseer galsure, sterole, en vreemde organiese stowwe wat toevallig ingeneem was, en dit vervaardig hormone.9,10,11
Die epiteelselle van die spysverteringskanaal fasiliteer hierdie gasheer-mikrobiota interaksie deurdat hule suurstof vinnig absorbeer en sodoende anaerobiese toestande vir die mikrobiota skep. Wanneer daar suurstofryke omstandighede in die dermkanaal ontstaan, laat dit ook die aanwas van patogeniese mikrobiota, ten koste van die gewenste mikrobiota toe wat tot disbiose lei. Die verskillende mikrobiotaspesies kompeteer met mekaar vir lewensruimte en hulpbronne – sodoende beveg die voordelige mikrobiota patogeniese mikrobiota. Wanneer ‘n mens se dieet te veel suiker, stysel – veral koring, kos met preserveermiddels het en as mens antibiotika of alkohol gebruik*, word jou mikrobioom versteur wat tot disbiose lei.12,13
Oorspronklik, toe mense nog jagter-versamelaars was, was mense se dermmikrobiota baie meer divers as wat dit vandag is. Die groot agteruitgang van ons dermmikrobiota het plaasgevind toe ons 10 000 jaar gelede grane as stapelkos begin eet het.14 Dit het aanleiding gegee tot ‘n groot klomp siektetoestande wat die Westerse lewenswyse kenmerk vanaf suikersiekte, vetsug, depressie, tot allergieë. 15,16,17
Disbiosis
Disbiose is die siektetoestand wat deur enige versteuring van die mikrobioom wat deur die wanbalans van mikrobiota, veranderinge in hulle samestelling en aktiwiteite of verspreiding veroorsaak word. Disbiose veroorsaak onder andere diarree, maagkrampe, hardlywigheid, gasserigheid en slegte spysvertering op die korte duur, maar lei tot veel erger siektes as daar ‘n langdurige versteuring van die dermmikrobiota is.
Vetsug kom in mense voor wat ‘n afname in diversiteit van hulle dermmikrobiota toon, met die gepaardgaande toename van Bacillota bakterieë ten koste van voordelige Bacteroidota bakterieë13.
Suikersiekte word verbind aan ‘n afname van musien-verterende bakterieë soos Bifidobacteria, Lactobacillus en Prevotella, en ‘n toename in Bacteroidota en Clostridium.13 Sekere outoimmuunsiektes soos veelvuldige sklerose word ook verbind aan disbiose.18
Kolorektale kankers word ook verbind aan disbiose. In mense, wat aan langdurige spanning ly, is daar ‘n gepaardgaande afname van bottersuur-vervaardigende bakterieë en ‘n toename van patogeniese bakterieë wat karsenogeniese metaboliete vervaardig. Mikrobiota skei ‘n verskeidenheid afvalstowwe af wat, onder normale omstandighede, moeiteloos deur die liggaam hanteer word. Waneer disbiose plaasvind, en patogeniese mikrobiota oorneem, kan die toename van hul afvalstowwe soos genotoksiene en ander kankervormende metaboliete, ‘n wesenlike probleem word.19,20
Kolitis word onder andere deur die toename van die bakterie Clostridioides difficile veroorsaak. Die gebruik van antibiotika versteur die dermmikrobioom en kan lei tot waterige diarree, buikpyn, naarheid, koors en ‘n verlies van aptyt. In erge gevalle kan kan Clostridioides difficile tot so ‘n mate toeneem dat dit tot die ontsteking van die dermkanaal, of kolitis, kan oorgaan.
Neurodegenerasie en serebrovaskulêre siektes word ook aan disbiose gekoppel. Steurings in die derm-brein interaksie het ‘n negatiewe impak op neurologiese ontwikkeling, kognisie en gedrag. Van die siektetoestande wat hierdeur veroorsaak word is sekere vorms van outisme, depressie, angs en beroerte.21,22,23
Die derm-brein spil is die tweerigting kommunikasie wat tussen die spysverteringskanaal en die sentrale senuweestelsel plaasvind. Hierdie wisselwerking sluit egter ook die dermmikrobiota, die enteriese senuweestelsel, die limfvatstelsel en die endokriene stelsel in.24,25
Die enteriese senuweestelsel bestaan uit ‘n netwerk neurone wat die spysverteringstelsel beheer. Dit word soms as ‘n tweede brein beskryf omdat, alhoewel dit met behulp van senuwees aan die sentrale senuweestelsel gekoppel is, dit ook onafhanklik van die sentrale senuweestelsel kan funksioneer. Die enteriese senuweestelsel gebruik meer as 30 senuwee-oordragstowwe waarvan meeste dieselfde is as wat in die sentrale senuweestelsel voorkom. Meer as 90% van die liggaam se serotonien en helfte van die liggaam se dopamien kom in die dermkanaal voor en speel ‘n onontbeerlike rol in die derm-brein spil.26,27
Dermmikrobiota vervaardig ‘n hele spul neuroaktiewe molekules soos asetielcholien, katekolamiene, gamma-aminobottersuur, histamien, melatonien en serotonien wat onder andere peristalse en gevoel in die derms beheer. ‘n Versteuring van die dermmikrobiota veroorsaak dat die samestelling en hoeveelhede van hierdie neuroaktiewe molekules kan verander, wat deur middel van die Vagus senuwee na die brein oorgedra word, en wat die werking van die brein negatief beïnvloed. Langdurige of akute spanning prikkel die hipothalamus, pituïtêre klier en byniere wat weer ‘n impak op die dermkanaal en dermmikrobiota het.27
Uiteindelik, wanneer jy doodgaan, is dit hierdie behulpsame mikrobioom wat grootliks bydra tot jou aftakeling en die vrystelling van jou molekules, wat dan weer vir die res van die ekologie beskikbaar gestel word. Sodra jou immuunstelsel afskakel, begin die mikrobioom jou liggaam aftakel28 en word nou die thanatomikrobioom genoem.29 Bakterieë, swamme, protiste, rondewurms, insekte en werweldiere vanuit die omgewing sluit binne minute by die thanatomikrobioom aan, en begin die lyk eers van buite, maar dan spoedig na binne af te breek. Al hierdie organismes saam word die nekrobioom genoem.30
Duidelik is die dood nie die einde nie – jou molekules word amper dadelik deur die ekologie opgeneem en leef voort in die vorm van ‘n menigte ander organismes – net soos wat jy deur jou lewe op ‘n menigte ander organismes gevoed het en hulle molekules in jou opgeneem het – fair is fair.
* En so vang slim sy baas: na honderde miljoene jare van ons bestaan as diere, werweldiere en soogdiere, miljoene jare se bestaan as primate, en honderde duisende jare se bestaan as Homo sapiens, waartydens duisende, selfs miljoene klein evolusionêre aanpassings aangegaan is om ons toe te laat om in perfekte harmonie met die natuur te leef, skep ons beskawing. Beskawing is, om dit kort en kras te stel, enige verandering wat moedswillig in die natuur aangebring word om dit ten bate van die mens te transformeer – en dit was die begin van ons ondergang. Die oorname van die ekologie deur die mens, voed ons magsug, hebsug, gierigheid, selfgeregtigheid en apatie. In ons gewaande wysheid skep ons nuwe spesies soos koring, mielies en rys omdat ons dink ons, met die diëteite se seën, dit mag doen. Ons modifiseer die genetika van organismes omdat ons dink dat ons die reg het om dit te doen. Ons verander die ekologie deur om dit in sintetiese landskappe te omskep waar ons hierdie sintetiese organismes kweek sodat ons nog meer mense kan voed. Dan skep ons sintetiese voedsel wat met chemikaliee gepreserveer word. Ons ontdek gisting 10 000 jaar gelede en hoe om brood en alkohol – wat ‘n gifstof is – te maak en glo dat ons dit, met die diëteite se seën, mag eet en drink. Wat my net altyd lam van verbasing laat is dat mense in die eerste plek gedog het dat wat hulle doen goed is – soos die persoon wat besluit dis reg om ‘n voedselkleurmiddel soos Red Dye 40 uit petrol te maak en dit dan in die lekkers te sit wat jy vir jou kinders gee om te eet; en die slim mens wat ontdek het dat mens sekere kos met antibiotika kan preserveer! Maar niemand het vir die bakterieë toestemming gevra om hierdie dwaashede aan te vang nie. Dalk moet mense weer HG Wells se boek War of the Worlds lees waar bakterieë die Aarde teen invallers beskerm het. Daar is darem ‘n ligpuntjie – deesdae hoef ons nie meer te wonder hoekom mense met ‘n Westerse dieet aan suikersiekte, depressie, vetsug, kolonkanker, allergieë en nog baie ander siektes ly nie, en dat dit met ons gebeur, weens ons eie toedoen is.
Verwysings:
1) Sommer F & Bäckhed F (2013). The gut microbiota-masters of host development and physiology. Nature Reviews. Microbiology 11(4):227–238.
2) Duncan SH, Louis P & Flint HJ (2007). Cultivable bacterial diversity from the human colon. Letters in Applied Microbiology 44(4):343–350.
3) Wang ZK, Yang YS, Stefka AT, Sun G & Peng LH (2014). Review article: fungal microbiota and digestive diseases. Alimentary Pharmacology & Therapeutics 39(8):751–766.
4) Martins N, Ferreira IC, Barros L, Silva S, Henriques M (June 2014). Candidiasis: predisposing factors, prevention, diagnosis and alternative treatment. Mycopathologia 177(5–6):223–240.
5) Minot S, Sinha R, Chen J, Li H, Keilbaugh SA, Wu GD, et al. (2011). The human gut virome: inter-individual variation and dynamic response to diet. Genome Research 21(10):1616–1625.
6) Makino H, Kushiro A, Ishikawa E, Kubota H, Gawad A, Sakai T, Oishi K, Martin R, Ben-Amor K, Knol J & Tanaka R (2013). Mother-to-infant transmission of intestinal bifidobacterial strains has an impact on the early development of vaginally delivered infant’s microbiota. PLoS One, Nov 2013 14;8(11):e78331.
7) Wall R, Ross RP, Ryan CA, Hussey S, Murphy B, Fitzgerald GF, Stanton C (2009). Role of gut microbiota in early infant development. Clinical Medicine: Pediatrics 3: 45–54.
8) Biasucci G, Rubini M, Riboni S, Morelli L, Bessi E & Retetangos C (2010). Mode of delivery affects the bacterial community in the newborn gut. Early Human Development 86 Suppl 1:13-15.
9) Quigley EM (2013). Gut bacteria in health and disease. Gastroenterology and Hepatology 9(9):560–569.
10) Clarke G, Stilling RM, Kennedy PJ, Stanton C, Cryan JF, Dinan TG et al. (2014). Minireview: Gut microbiota: the neglected endocrine organ. Molecular Endocrinology 28(8):1221–1238.
11) Yoshii K, Hosomi K, Sawane K & Kunisawa J (2019). Metabolism of dietary and microbial vitamin B family in the regulation of host immunity. Frontiers in Nutrition 17 April 2019.
12) De Gruttola AK, Low D, Mizoguchi A & Mizoguchi E (2016). Current understanding of dysbiosis in disease in human and animal models. Inflammatory Bowel Diseases 22(5):1137–1150.
13) Drummond RA, Desai JV, Ricotta EE, Swamydas M, Deming C, Conlan S, Quinones M, Matei-Rascu V, Sherif L, Lecky D, Lee C-CR, Green NM, Collins N, Zelazny AM, Prevots DR, Bending D, Withers D, Belkaid Y, Segre JA & Lionakis MS. Long-term antibiotic exposure promotes mortality after systemic fungal infection by driving lymphocyte dysfunction and systemic escape of commensal bacteria. Cell Host and Microbe, 2022 May 7; S1931-3128(22)00219-0.
14) Schnorr SL, Candela M, Rampelli S, Centanni M, Consolandi C, Basaglia G, Turroni S, Biagi E, Peano C, Severgnini M, Fiori J, Gotti R, De Bellis G, Luiselli D, Brigidi P, Mabulla A, Marlowe F, Henry AG & Crittenden AN (2014). Gut microbiome of the Hadza hunter-gatherers. Nature Communications 5: 3654.
15) Valdes AM, Walter J, Segal E & Spector TD (2018). Role of gut microbiota in nutrition and health. Science and Politics of Nutrition. BMJ Clinical Research 361:36-44.
16) Bascuñán KA, Araya M, Roncoroni L, Doneda L & Elli L (2020). Dietary Gluten as a Conditioning Factor of the Gut Microbiota in Celiac Disease. Advances in Nutrition 11(1): 160–174.
17) Everard A & Cani PD (2013) Diabetes, obesity and gut microbiota. Best Practice & Research Clinical Gastroenterology 27(1):73-83.
18) Parodi B & Kerlero de Rosbo N (2021). The Gut-Brain Axis in Multiple Sclerosis. Is its dysfunction a pathological trigger or a consequence of the disease?”. Frontiers in Immunology 12: 718220.
19) Sheflin AM, Whitney AK & Weir TL (2014). Cancer-promoting effects of microbial dysbiosis. Current Oncology Reports 16(10):406.
20) Gagnière J, Raisch J, Veziant J, Barnich N, Bonnet R, Buc E, et al. (2016). Gut microbiota imbalance and colorectal cancer. World Journal of Gastroenterology 22(2):501–518.
21) Rogers GB, Keating DJ, Young RL, Wong ML, Licinio J & Wesselingh S (2016). From gut dysbiosis to altered brain function and mental illness: mechanisms and pathways. Molecular Psychiatry 21(6):738–748.
22) Koszewicz M, Jaroch J, Brzecka A, Ejma M, Budrewicz S, Mikhaleva LM, et al. (2021). Dysbiosis is one of the risk factor for stroke and cognitive impairment and potential target for treatment. Pharmacological Research 164:105277.
23) Kigerl KA, Hall JC, Wang L, Mo X, Yu Z & Popovich PG (2016). Gut dysbiosis impairs recovery after spinal cord injury. The Journal of Experimental Medicine 213(12):2603–2620.
24) Mayer EA, Knight R, Mazmanian SK, Cryan, JF & Tillisch K (2014). Gut microbes and the brain: paradigm shift in neuroscience. Journal of Neuroscience 34(46):15490–15496.
25) Dinan TG & Cryan JF (2015). The impact of gut microbiota on brain and behavior: implications for psychiatry. Current Opinion in Clinical Nutrition & Metabolic Care 18(6):552–558.
26) Wang H, Lee I-S, Braun C, & Enck P (2016). Effect of probiotics on central nervous system functions in animals and humans: A Systematic Review. Journal of Neurogastroenterology and Motility 22(4):589–605.
27) Petra, AI, Panagiotidou S, Hatziagelaki E, Stewart RB (2015). Gut-Microbiota-Brain Axis and Its effect on neuropsychiatric disorders with suspected immune dysregulation. Clinical Therapeutics 37(5):984–995.
28) Hyde ER, Metcalf JL, Bucheli SR, Lynne AM, Knight R (2017). Microbial communities associated with decomposing corpses. Forensic Microbiology. John Wiley & Sons, Ltd: 245–273.
29) Javan GT, Finley SJ, Abidin Z & Mulle JG (2016) The Thanatomicrobiome: A Missing Piece of the Microbial Puzzle of Death. Frontiers in Microbiology 7(e40758).
30) Benbow ME, Lewis AJ, Tomberlin JK & Pechal JL (2013). Seasonal necrophagous insect community assembly during vertebrate carrion decomposition. Journal of Medical Entomology 50(2):440–50.
Hier is ‘n baie belangrike video oor outisme en die dermmikrobioom: