De relatie tussen dieren en hun darmbacteriën is nog complexer dan gedacht. De gastheer profiteert van stoffen die de bacteriën uitscheiden, dat is bekend. En de bacteriën leven van het voedsel in de darm en van elkaars afbraakproducten.
Maar soms is er nog een derde voedselrelatie: er zijn darmbacteriën die enkel overleven op stoffen die de gastheer zelf produceert. Dat ontdekten Zwitserse onderzoekers in een vernuftig, multidisciplinair onderzoek met honingbijen. Ze schreven er deze week over in Nature Microbiology.
De darmen van bijna alle dieren zitten tjokvol bacteriën. Wij mensen hebben bijvoorbeeld tien keer zoveel bacteriën in onze darm als cellen in ons lichaam: in totaal zo’n 100 biljoen individuen van ruim vijfduizend soorten, samen goed voor een kilo of twee. Die bacteriën zijn nuttig: ze breken bestanddelen van ons voedsel af die wij zelf niet kunnen verteren, zoals cellulose, ze produceren waardevolle stoffen zoals vitamine K en ze houden schadelijke bacteriën onder controle. Op hun beurt profiteren de bacteriën van een stabiele, comfortabele leefomgeving en van al dat voedsel in de darm.
Maar draagt de gastheer zelf ook stoffen bij aan die metabole uitwisseling? Dat is heel lastig te onderzoeken, schrijven de Zwitsers, vanwege de ‘overweldigende’ hoeveelheid stoffen in onze darm, van voedsel tot bacteriële afbraakproducten en onze eigen afvalstoffen.
Alleen suikerwater
Ze zochten daarom een simpeler diermodel. Dat vonden ze in de honingbij (Apis mellifera). Die heeft in zijn darm maar zo’n twintig soorten bacteriën. De bij zelf kan overleven op alleen maar suikerwater. Tegelijkertijd heeft hij ten minste één soort darmbacterie die geen suiker kan verteren. Dat biedt kansen voor interessante experimenten, bedachten de Zwitsers.
Ze kweekten bijen zonder darmbacteriën, door ze in een steriele omgeving uit het ei te laten kruipen. Die bijen voerden ze alleen steriel suikerwater. Vervolgens keken ze wat er gebeurde bij verschillende combinaties van bacteriën die ze de bijendarm lieten koloniseren.
Al snel ontdekten ze dat er in de darm een complex netwerk van relaties ontstaat: de verschillende soorten bacteriën voeden elkaar met allerlei stoffen die ze zelf hebben gemaakt uit suiker. Maar bij één van de experimenten stuitten de Zwitsers op iets raars. In dat experiment leefde in de bijendarm maar één soort bacterie: Snodgrassella alvi (vernoemd naar de Amerikaanse entomoloog Robert Snodgrass, die deze soort bij bijen ontdekte). Die bacterie kan geen suiker omzetten. Toch overleefde deze soort lange tijd in de bijendarm.
Chemische analyse van het darmsap wees uit dat daar allerlei zuren in zitten, waaronder citroenzuur en appelzuur, die de bijen kennelijk zelf maken – ze kregen immers alleen suikerwater te eten en van hun ene bacteriesoort S. alvi hoefden ze niets te verwachten, want die kan geen suiker verteren. Zouden de bacteriën wellicht leven van deze zuren?
Om dat te onderzoeken, ‘labelden’ de Zwitsers de glucosemoleculen in het suikerwater door de natuurlijke, relatief lichte koolstofatomen te vervangen door hun iets zwaardere isotopen. Met een geavanceerd meetinstrument (nanoscale secondary ion mass spectrometry, of nano-SIMS) konden ze vervolgens aantonen dat die zwaardere isotopen eerst terechtkwamen in de bij, toen in de darmsapzuren, en vervolgens in de zich steeds maar delende en groeiende bacteriën.
Waarschijnlijk zijn er veel meer bacteriën die leven van stoffen die hun gastheer uitscheidt, schrijven de Zwitsers – ook bij andere diersoorten. Ze denken dat gastheren via deze stoffen de bacteriesamenstelling in hun darm kunnen ‘sturen’ richting een zo gunstig mogelijke samenwerking. Dat principe willen ze verder onderzoeken.
