Martin Blaser

De beestjes in ons

Het belang van bacteriën

==

==

Uitgeverij Atlas Contact

Amsterdam/Antwerpen

© 2014 Martin J. Blaser

© 2014 Nederlandse vertaling René van Veen

Oorspronkelijke titel Missing Microbes

Oorspronkelijke uitgeverij Henry Holt and Company

Omslagontwerp Bart van den Tooren

Omslagbeeld Ivan Engler

Verzorging e-bok Perfect Service, Schoonhoven

==

isbn 978 90 450 2730 2

nur 922

==

Deze digitale editie is gemaakt naar de eerste druk, 2014

==

www.atlascontact.nl

Voor mijn kinderen, en voor een mooie toekomst
voor de kinderen van de toekomst

‘We leven in het Bacteriële Tijdperk (vroeger, nu en altijd, tot aan het einde van de wereld) [...]’

==

– Stephen Jay Gould (Cambridge, Massachusetts, 1993)

1
Moderne kwalen

Twee van mijn vaders zussen zijn voor mij altijd onbekenden gebleven. In het plaatsje waar zij aan het begin van de vorige eeuw werden geboren, hebben zij hun tweede verjaardag nooit gehaald. Ze hadden hoge koorts en misschien nog het een en ander. Ze waren er zo beroerd aan toe dat mijn opa in het gebedshuis bij beiden hun namen liet veranderen om de engel des doods om de tuin te leiden. Het haalde niets uit.

In 1850 overleed een kwart van de Amerikaanse baby’s voor haar of zijn eerste verjaardag. Dodelijke epidemieën hielden huis in de dichtbevolkte steden, waar mensen hutjemutje in donkere, smerige, bedompte vertrekken zonder stromend water woonden. Tot de kwalen waarmee iedereen bekend was, behoorden aandoeningen als cholera, longontsteking, roodvonk, difterie, kinkhoest, tuberculose en pokken.

Vandaag de dag overlijden in de Verenigde Staten gemiddeld nog maar zes op de duizend kinderen voor hun eerste verjaardag: een opmerkelijke vooruitgang. De afgelopen anderhalve eeuw zijn de volkeren in de ontwikkelde landen steeds gezonder geworden.1 Dat kan worden toegeschreven aan riolering, rattenbestrijding, schoon drinkwater, gepasteuriseerde melk, kindervaccinaties en moderne medische methodes zoals narcose, maar natuurlijk ook aan de sinds bijna zeventig jaar bestaande antibiotica.

Tegenwoordig groeien kinderen op zonder de misvormde botten door een gebrek aan vitamine D en zonder ‘troebele’ sinussen ontstaan door infecties. Bijna alle vrouwen overleven hun bevalling. Tachtigjarigen die in het verleden tot een plek op hun veranda waren veroordeeld, meppen nu vrolijk tennisballen in het rond, vaak met behulp van een kunstheup.

Niettemin is er de laatste decennia ondanks al deze medische vooruitgang iets radicaal misgelopen. Het lijkt erop dat we aan steeds meer aandoeningen zijn gaan lijden. Elke dag is er weer een in het nieuws. We gaan gebukt onder een geheimzinnige verzameling ‘moderne kwalen’, zoals obesitas, kinderdiabetes, astma, hooikoorts, voedselallergie, oesofagale reflux, kanker, coeliakie, de ziekte van Crohn, colitis ulcerosa, autisme en eczeem. Zeer waarschijnlijk kamp jij, een familielid of een bekende met een van deze aandoeningen. In tegenstelling tot het merendeel van de dodelijke kwalen uit het verleden, die relatief snel en hard toesloegen, betreft dit chronische ziektes die gedurende tientallen jaren steeds meer afbreuk doen aan de kwaliteit van het leven.

De duidelijkst aanwezige van deze kwalen is obesitas, die wordt gedefinieerd aan de hand van de queteletindex of de body mass index (bmi). De bmi koppelt iemands lengte aan zijn gewicht. Van een persoon met een gezond gewicht ligt de bmi tussen de 20 en de 25. Wie een bmi tussen de 25 en 30 heeft, kampt met overgewicht. Iedereen met een bmi boven de 30 geldt als obees. Barack Obama heeft een bmi van ongeveer 23. De bmi van het merendeel van de Amerikaanse presidenten lag onder de 27. Een uitzondering was William Howard Taft, die ooit vastgeklemd zat in de badkuip van het Witte Huis. Zijn bmi bedroeg 42.

In 1990 gold ongeveer 12 procent van de Amerikanen als obees. In 2010 was dit gestegen naar meer dan 30 procent. Wie in een luchthaventerminal, in de supermarkt of het winkelcentrum om zich heen kijkt, kan zelf zijn conclusies trekken. De obesitasepidemie is een wereldwijd probleem. Volgens de Wereldgezondheidsorganisatie (who) kampten in 2008 anderhalf miljard volwassenen met overgewicht. Van hen werden ruim tweehonderd miljoen mannen en bijna driehonderd miljoen vrouwen als obees aangemerkt. Velen wonen in ontwikkelingslanden die we eerder met honger associëren dan met zich overeten.

Dit zijn schokkende cijfers. Het werkelijk schrikbarende feit is echter dat deze wereldwijde toename van het lichaamsgewicht niet gedurende een paar eeuwen heeft plaatsgevonden, maar in slechts twintig jaar. Niettemin is vet- en suikerrijk voedsel, dat zo vaak de schuld krijgt van al deze extra kilo’s, al veel langer dan twintig jaar overal verkrijgbaar (in elk geval in de ontwikkelde landen) en ook zijn niet alle nieuwe generaties met overgewicht in de derde wereld plotseling overgestapt op Amerikaans fastfood. Uit epidemiologische onderzoeken is gebleken dat de consumptie van calorierijk voedsel onvoldoende verklaring is voor de wereldwijde toename van obesitas en de regionale verdeling ervan, hoewel fastfood die natuurlijk ook niet tegengaat.2

Tegelijkertijd is vastgesteld dat het aantal personen in de geïndustrialiseerde wereld dat aan de auto-immuunvariant van diabetes lijdt (juveniele diabetes ofwel diabetes type-1, die in de kindertijd begint en waartegen insuline-injecties nodig zijn), elke twintig jaar verdubbelt. In Finland, waar dit nauwgezet wordt bijgehouden, is sprake van een toename van 550 procent van diabetes type-1 sinds 1950.3 Deze stijging komt niet voort uit het feit dat de aandoening sneller wordt onderkend. Voordat in de jaren twintig van de vorige eeuw insuline werd ontdekt, was diabetes altijd dodelijk. Tegenwoordig overleeft het merendeel van de kinderen bij de juiste behandeling ervan. De ziekte is dezelfde gebleven, maar iets in ons is veranderd. Diabetes type-1 slaat ook op steeds jongere leeftijd toe. In het verleden werd de diagnose op een leeftijd van gemiddeld negen gesteld. Nu ligt dat rond de zes jaar. Sommige kinderen worden al op hun derde diabetespatiënt.

De recente toename van astma – een chronische ontsteking van de luchtwegen – is even schrikbarend. In 2009 leed één op de twaalf inwoners van de Verenigde Staten (8 procent van de hele bevolking ofwel ongeveer 25 miljoen mensen) aan astma, waar dat tien jaar eerder nog één op de veertien was. Van alle Amerikaanse kinderen kampt 10 procent met een piepende ademhaling, ademtekort, benauwdheid en hoesten. Zwarte kinderen hebben er de meeste last van: van hen lijdt één op de zes aan astma. Hun aantal is tussen 2001 en 2009 met 50 procent toegenomen. De aandoening neemt echter toe binnen alle bevolkingsgroepen en alle sociale geledingen. De percentages verschilden van meet af aan per bevolkingsgroep, maar overal is een stijging te constateren.

Astma wordt vaak in gang gezet door iets in de directe omgeving, zoals tabaksrook, schimmels, luchtvervuiling, uitwerpselen van kakkerlakken, verkoudheid of griep. Astmatici die een aanval hebben, krijgen bijna geen lucht meer. Als ze niet snel medicijnen krijgen, moeten ze onmiddellijk naar de spoedeisende hulp. Zelfs met de beste medische hulp kunnen ze erdoor overlijden, zoals de zoon van een collega-arts overkwam. De ziekte spaart niets of niemand.

Ook voedselallergie steekt overal de kop op. Dertig jaar geleden kwam pinda-allergie nauwelijks voor, maar wie nu een Amerikaanse voorschool bezoekt, ziet overal briefjes hangen met de tekst notenvrije zone. Steeds meer kinderen vertonen immuniteitsreacties op eiwitten in ons voedsel, en dan niet alleen in noten, maar ook in melk, eieren, soja, vis en fruit. Je kunt het zo gek niet bedenken of iemand is er allergisch voor. Coeliakie ofwel intolerantie voor gluten, het belangrijkste eiwit in tarwemeel, tiert welig. 10 procent van de kinderen heeft last van hooikoorts. Eczeem, een chronische huidontsteking, treft meer dan 15 procent van de Amerikaanse kinderen en 2 procent van de volwassenen. In geïndustrialiseerde landen is de afgelopen dertig jaar het aantal kinderen met eczeem verdrievoudigd.

Al deze kwalen bij elkaar wekken de indruk dat onze kinderen in een nooit eerder vertoonde mate met immuniteitsproblemen kampen en met aandoeningen zoals autisme, die zeer veel besproken en bediscussieerde moderne kwaal waarnaar mijn laboratorium onderzoek verricht. Volwassenen ontsnappen evenmin aan deze kwalen. Overal om ons heen neemt ook het aantal gevallen toe van ibd (inflammatory bowel disease ofwel inflammatoire darmziekte), waartoe de ziekte van Crohn en colitis ulcerosa behoren.

Toen ik nog geneeskunde studeerde, was oesofagale reflux, de oorzaak van brandend maagzuur, een ongewoon verschijnsel. Maar de mate waarin deze aandoening voorkomt, is de voorbije veertig jaar explosief gestegen. De slokdarmkanker waartoe brandend maagzuur leidt, is de snelst toenemende kanker in de Verenigde Staten en in elk ander land waar dat wordt bijgehouden. Vooral blanke mannen worden erdoor getroffen.

==

Waardoor verspreiden al deze ziektes zich zo snel en bovendien tegelijkertijd in de hele westerse wereld en komen ze ook steeds vaker voor in de ontwikkelingslanden naarmate die meer verwestersen? Is dat louter toeval? Hebben al die moderne kwalen een afzonderlijke oorzaak? Dat lijkt niet waarschijnlijk.

Is er dan misschien één onderliggende oorzaak dat al die gelijktijdige toenames in gang zet? Eén enkele oorzaak is makkelijker te bevatten en heeft de charme van de eenvoud. Maar welke oorzaak is zo veelomvattend dat zij leidt tot zowel astma, obesitas, oesofagale reflux en juveniele diabetes als tot voedselallergieën en nog zoveel meer? Een overdaad aan calorieën verklaart obesitas, maar niet astma. Veel kinderen die aan astma lijden, zijn juist mager. Luchtvervuiling kan astma verklaren, maar geen voedselallergie. Er zijn vele theorieën aangedragen ter verklaring van al deze kwalen afzonderlijk: je wordt dik door slaaptekort; autisme is het gevolg van vaccinaties; genetisch gemodificeerde graansoorten zijn schadelijk voor het menselijk darmstelsel enzovoort.

De populairste verklaring voor de toename van ziektes bij kinderen betreft de zogeheten hygiënehypothese. Het idee daarbij is dat alle moderne kwalen optreden doordat we onze leefomgeving te schoon hebben gemaakt. Zodoende is het immuunsysteem van onze kinderen in slaap gesust en reageert het nu op elk vals alarm en allerlei onbetekenende signalen. Vandaag de dag proberen veel ouders het immuunsysteem van hun kinderen een impuls te geven door ze bloot te stellen aan huisdieren, aan vee en het boerderijleven. Maar de beste methode is ze modder laten eten.

Ik denk hier anders over. Naar mijn idee zijn zulke confrontaties nauwelijks van invloed op onze gezondheid. De microbes in modder zijn aangepast aan hun omgeving, niet aan ons. De microbes in huisdieren en vee staan nagenoeg helemaal los van de evolutie van de mens. De hygiënehypothese is verkeerd opgevat, zoals ik zal aantonen.

In plaats daarvan moeten we de blik richten op de micro-organismes die zich in leven houden in en op ons lichaam, op de enorme verzameling met elkaar wedijverende en samenwerkende microbes die gezamenlijk bekendstaan als het microbioom. De ecologie duidt met bioom alle planten en dieren aan die in een bepaalde omgeving leven, zoals een oerwoud, bos of koraalrif. Zeer uiteenlopende soorten, groot en klein, vormen met elkaar ingewikkelde systemen waarin de een de ander van dienst is. Wanneer een essentiële soort verdwijnt of uitsterft, lijdt het hele ecologische systeem daaronder. Het kan zelfs instorten.

Ieder van ons vormt de leefomgeving voor een even divers ecologisch systeem van microbes, die in zich in de loop van vele duizenden jaren samen met ons hebben ontwikkeld. Ze gedijen in onze mond, darmen, neusgaten en gehoorgangen en op onze huid. Bij vrouwen bedekken ze de vagina. De microbes die met elkaar het microbioom vormen, maken doorgaans al vroeg hun opwachting. De inwendige populatie van een driejarige heeft verbazingwekkend genoeg al veel weg van die van een volwassene.4 Met elkaar zijn ze van doorslaggevende betekenis voor het immuunsysteem en voor het te lijf gaan van ziektes. Kortom, het is het microbioom dat ons gezond houdt. Delen ervan verdwijnen.

De oorzaken van deze ramp kunnen we overal waarnemen, zoals het bovenmatige toedienen van antibiotica aan mens en dier, keizersnedes en het wijdverbreide gebruik van desinfecterende zeep en antiseptische middelen. De toenemende resistentie tegen antibiotica is een enorm probleem. Van oudsher dodelijke ziektes, zoals tbc, zijn op de weg terug, maar er zijn ook nieuwe opgedoken. Mensen raken nu besmet met kwelgeesten als Clostridium difficile (C. diff), een bacterie in het spijsverteringskanaal die resistent is tegen allerlei antibiotica en tot de ziekenhuisbacteriën behoort, en met de steeds vaker de kop opstekende ziekteverwekkende meticilline-resistente Staphylococcus aureus (mrsa), die we overal kunnen oplopen. De selectieve werking van antibiotica draagt overduidelijk bij aan hun aanwezigheid.

Maar hoe erg deze resistente ziekteverwekkers ook kunnen zijn, er gaat nog veel meer gevaar uit van het verlies aan diversiteit binnen ons microbioom. Dat verlies is van invloed op onze fysieke ontwikkeling, op onze stofwisseling, immuniteit en cognitieve vaardigheden.

Ik heb dit proces ‘het verdwijnen van het microbiota’ genoemd.5 Microbiota is een merkwaardige term die niet lekker bekt, maar naar mijn idee is het wel de juiste. Door een aantal oorzaken raken we onze aloude microbes kwijt. Die precaire situatie staat centraal in dit boek. Het verlies aan bacteriële diversiteit in en op ons lichaam moeten we duur betalen. Ik voorspel dat het nog erger zal worden. Zoals in het verleden de uitvinding van de verbrandingsmotor, de toepassing van pesticiden en het splijten van atomen, brengt ook het huidige misbruik van antibiotica en andere medische of pseudomedische middelen (bijvoorbeeld desinfecterende zeep) onvoorziene gevolgen met zich mee.

Als we ons gedrag niet aanpassen, dreigt er zelfs een nog donkerder scenario: een scenario even angstaanjagend als een sneeuwstorm in een verijsd landschap en dat ik ‘de antibiotische winter’ noem. Ik wil niet dat kleine kinderen straks hetzelfde lot ondergaan als mijn tantes. Daarom luid ik nu de alarmbel.

==

De lange weg tot mijn besef dat onze vriendelijke microbes in de problemen zitten, begon 9 juli 1977, de dag waarop ik voor het eerst van de microbe Campylobacter hoorde. Ik was nog maar net verbonden als onderzoeksassistent in infectieziektes aan het Medical Center van de University of Colorado in Denver. Op die ochtend werd ik gevraagd even langs te komen bij een drieëndertigjarige patiënt die een paar dagen daarvoor was opgenomen. Hij had hoge koorts en was verward. Uit een ruggenmergpunctie bleek dat hij meningitis had, een ernstige ontsteking van het zenuwsysteem. Zijn dokters zonden monsters van zijn bloed en ruggenmergvocht naar het kweeklab om vast te laten stellen of een bacteriële besmetting misschien de oorzaak was, en zo ja, welke bacterie dan de boosdoener was. Terwijl de uitslag nog op zich liet wachten, begonnen ze hem al antibiotica te geven omdat hij er flink beroerd aan toe leek. Ze besloten meteen tot grote doses antibiotica omdat hij anders zou overlijden. Dat bleek de juiste beslissing.

Uit de onderzoeksresultaten bleek dat de patiënt besmet was met een langzaam groeiende bacterie, geïdentificeerd als Campylobacter foetus, een organisme waarvan nog niemand in het ziekenhuis had gehoord. Daarom werd ik erbij geroepen. Hoewel ik nog maar negen dagen in dienst was, werd ik geacht de antwoorden op alle vragen te weten.

De Campylobacter-organismes vormen een geslacht van spiraalvormige bacteriën. Net als bij zoveel andere minuscule kurkentrekkerachtige wezens helpt hun helixstructuur hen om door het gelatine-achtige slijm heen te dringen dat zich in het hele maag-darmkanaal bevindt. Maar waarom die vreemde soortnaam foetus? (Binnen de biologie wordt elk organisme aangeduid met eerst de geslachtsnaam, in dit geval Campylobacter, en vervolgens de soortnaam, in dit geval foetus. Elk geslacht kent vele soorten en ondersoorten. De mens wordt aangeduid als Homo sapiens: behorend tot het geslacht Homo en van de soort sapiens.) Ik dook in de medische literatuur en ontdekte dat deze microbe haar vreemde naam te danken had aan het feit dat zij vooral actief was bij zwangere schapen en ander vee, met miskramen tot gevolg. Ze besmette zelden mensen. Hoe onze patiënt besmet had kunnen raken, was een raadsel. Hij woonde in de stad en was musicus.

Nu we wisten met welk organisme we te maken hadden, konden we het juiste antibioticum toedienen. De patiënt herstelde binnen enkele weken. Ondertussen was ik op het programma gezet van een klinische conferentie met de bedoeling daar een praatje te houden. Ik besloot over de Campylobacter te spreken. Naar mijn idee was er geen beter onderwerp dan een zeldzame bacteriële besmetting waarvan niemand iets wist. Mijn ondeskundigheid als nieuwkomer zou daardoor niet opvallen.

Ik verdiepte me in Campylobacter foetus en ontdekte al snel dat hij een neefje heeft: de Campylobacter jejuni (het jejunum is de nuchtere darm die deel uitmaakt van de dunne darm). De weinige literatuur veronderstelde dat wie de C. foetus oploopt, doorgaans met een bloedbaaninfectie kampt en dat slachtoffers van de C. jejuni vaak last krijgen van diarree. Ik had hier dus te maken met twee bijna identieke organismes met een zeer verschillende uitwerking op het lichaam. Hoezo bleef de ene Campylobacter in het darmkanaal hangen, waar hij ook min of meer op zijn plaats was, en ontsnapte de andere als een ninja naar de bloedbaan? Ik was gegrepen.

In de jaren daarna, terwijl ik van de universiteit naar de Centers for Disease Control and Prevention (cdc) ging en terug naar de universiteit (de University of Colorado en Vanderbilt University), werd ik deskundig in de C. foetus, mijn ‘favoriete’ bacterie, en ontdekte ik het een en ander over haar Houdini-achtige aard.

De C. foetus speelde zodoende een voortrekkersrol in de ontwikkeling van mijn hypothese van het verdwijnende microbioom. Door dit wezen ontdekte ik fundamentele waarheden over hoe bacteriën overleven in hun gastheer. Ja, ze veroorzaken ziektes, maar in de loop der jaren ben ik steeds meer waardering gaan opbrengen voor hoe in ons levende bacteriën allerlei overeenkomstige middelen inzetten om aan ons immuunsysteem te ontsnappen. Doorgaans doen ze ons geen kwaad, maar beschermen ze ons juist. Ik ontdekte dat bacteriën talloze trucs toepassen, die ze door een miljoenen jaren durend proces van trial-and-error steeds verder hebben verfijnd, om te doen wat ze willen doen, waarbij afhankelijk van de omstandigheden hun gastheer gebaat is of juist niet.

C. foetus in het bijzonder maakte me duidelijk hoe micro-organismes hun camouflagetechnieken opdoen om te ontsnappen aan de verdedigingssystemen van hun gastheer. Waar 99,9 procent van alle bacteriën, inclusief C. jejuni, gedood worden door stoffen in het bloed, lukt het C. foetus de bloedbaan in te duiken door zich te hullen in een soort ‘onzichtbaarheidsmantel’.6 Niettemin kan de microbe door de cellen van een gezonde lever in een hinderlaag worden gelokt. Maar als de lever beschadigd is en de bacterie niet uit het bloed wordt verwijderd, kan dit tot meningitis leiden. (Later ontdekte ik dat de patiënt bij wie ik langs was geweest, zwaar alcoholverslaafd was.)

Terwijl ik mij begin jaren tachtig verdiepte in C. foetus en C. jejuni, werd er een nieuw familielid van Campylobacter ontdekt, in de maag nota bene. Hij kreeg de aanduiding gastric campylobacter-like organism (gastrisch campylobacterachtig organisme) ofwel gclo en gaat inmiddels door het leven als Helicobacter pylori. Deze bacterie bleek over een heel arsenaal aan trucs te beschikken, die ons op Jekyll en Hyde-achtige wijze schade kunnen berokkenen of ons daar juist tegen kunnen beschermen. De voorbije achtentwintig jaar heb ik dit organisme achternagezeten omdat ik ervan overtuigd ben dat dit de snoodaard is die achter het raadsel van al onze moderne kwalen steekt (wat ik in dit boek ook hoop te kunnen bewijzen).

Ik maakte voor het eerst kennis met dit organisme tijdens de Second International Workshop on Campylobacter Infections in Brussel in oktober 1983, waar ik de jonge Australische arts Barry Marshall ontmoette, die het gclo had ontdekt. Hij beweerde dat het de oorzaak was van maagontstekingen en maagzweren. Niemand geloofde hem. Iedereen ‘wist’ dat maagzweren werden veroorzaakt door stress en bovenmatig maagzuur. Ik was eveneens sceptisch. Dat Marshall een nieuwe bacterie had ontdekt, was me wel duidelijk, maar ik vond dat hij te weinig bewijs had ten aanzien van maagzweren.

Binnen slechts twee jaar, nadat andere wetenschappers hadden aangetoond dat deze microbe inderdaad in verband stond met verschillende maagaandoeningen, besloot ik te onderzoeken of ik bij kon dragen aan de kennis over de aard van het gclo, dat in 1989 Helicobacter pylori werd gedoopt nadat uit genetisch onderzoek was gebleken dat het tot een ander geslacht behoorde dan Campylobacter. Helicobacter en Campylobacter verhouden zich ongeveer tot elkaar als de leeuw (Panthera leo) tot de huiskat (Felis catus): ze zijn absoluut familie van elkaar, maar verschillen voldoende om tot een ander geslacht te worden gerekend.7 Mijn laboratorium ontwikkelde een bloedproef om de microbe aan te tonen, waaruit bleek dat wanneer je haar droeg je lichaam een natuurlijk verdedigingsmechanisme in stelling bracht.8

Marshall en zijn onderzoekspartner Robin Warren zetten klinisch onderzoek op waaruit bleek dat wanneer men H. pylori met antibiotica te lijf ging een eventuele maagzweer genas. Hun bevindingen werden bevestigd en uitgebreid door anderen. Marshall en Warren werden voor hun werk op dit terrein in 2005 onderscheiden met de Nobelprijs voor de fysiologie of geneeskunde.

Ondertussen trokken medici over de hele wereld massaal ten strijde tegen H. pylori door iedereen met maagproblemen antibiotica voor te schrijven. Hun motto werd uiteindelijk ‘de enige onschadelijke H. pylori is een dode H. pylori’.9 Bijna tien jaar lang zat ik op hetzelfde spoor, maar halverwege de jaren negentig begon ik van gedachten te veranderen. Er dook bewijs op dat H. pylori weleens tot onze normale ingewandsflora zou kunnen behoren en een belangrijke rol speelt in onze gezondheid.10 Pas nadat ik het dogma ‘maagontstekingen zijn slecht’ had losgelaten, was ik in staat met een nieuwe blik naar de biologische eigenschappen van H. pylori te kijken. Ja, H. pylori kan voor volwassenen heel schadelijk zijn, maar later ontdekten we dat een groot deel van onze kinderen baat kan hebben bij deze bacterie. Haar uitroeien zou weleens meer kwaad dan goed kunnen doen. Hoe en waardoor ik tot dit inzicht ben gekomen, komt uitgebreid ter sprake in hoofdstuk 9, 10 en 11.

In 2000 stapte ik over naar New York University en zette ik een laboratorium op dat zich wijdde aan onderzoek naar hoe deze aloude bacterie in onze maag te werk gaat en wat ze daarmee bij ons teweegbrengt. Gedurende de veertien jaar nadien heb ik steeds meer bewijs verzameld dat de verdwijning van deze achtenswaardige microbe weleens bij zou kunnen dragen aan de huidige epidemieën. Bovendien zette H. pylori me op het spoor van een breder onderzoek, en wel naar het menselijke microbioom zelf.

Vandaag de dag is het een drukke bedoening in mijn laboratorium. We hebben momenteel meer dan twintig projecten lopen, waarbij we onderzoeken hoe antibiotica van invloed zijn op residente microbes en hun gastheren, zowel muizen als mensen. In een archetypische dierproef dienen we muizen via hun drinkwater antibiotica toe en vergelijken we die met muizen die het geneesmiddel niet krijgen. We beginnen daarmee al heel vroeg in hun leven, soms al voor ze geboren zijn. Wanneer de muizen groter worden, bestuderen we hoe dik ze worden, de werking van hun lever, hoe hun immuniteitssysteem in hun ingewanden zich ontwikkelt, de groei van hun botten en wat er gebeurt met hun hormonen en hersenen.

We ervaren dit werk als spannend omdat we in al deze gebieden veranderingen zien als gevolg van de blootstelling aan antibiotica vroeg in hun leven. We zijn tot het besef gekomen dat de eerste periode in een leven bepalend is voor de kwetsbaarheid van iets of iemand. In het leven van kleine kinderen treden voor hun groei kritische periodes op. Onze experimenten tonen aan dat het verdwijnen van vriendelijke ingewandsbacteriën in dit vroege ontwikkelingsstadium in elk geval bij muizen tot obesitas leidt. We zijn onlangs een onderzoek gestart naar het verband tussen sociale ontwikkeling en glutenintolerantie. We hebben tal van ideeën over hoe we onze bevindingen uit het onderzoek bij muizen op mensen kunnen toepassen. Ons uiteindelijke doel is om de schade te herstellen die we zien optreden onder de hele wereldbevolking. Een onderdeel daarvan is het ontwikkelen van methodes om de verdwenen microbes terug te laten keren. Cruciaal voor al onze oplossingen is het terugdringen van het bovenmatig toedienen van antibiotica aan onze kinderen, en wel onmiddellijk.

Door mijn zoektocht in de bijna zevenendertig jaar sinds ik die zieke man rillend van de koorts in bed zag liggen, ben ik ervan overtuigd dat ik nu op een kritiek punt in mijn carrière ben aanbeland. De jaren dat ik als arts werkte met infectieziektes als specialisme en het wetenschappelijke onderzoek dat ik heb verricht, hebben tot belangrijke inzichten in onze moderne kwalen geleid. Mijn werk heeft me in een reeks etappes over de vlaktes, bergen en oceanen van het geneeskundig onderzoek gevoerd. Ze hebben geleid tot nieuwe ideeën over de huidige veranderingen in ons leven waarvan ik je in dit boek deelgenoot wil maken. De tegenwoordige kwalen verschillen van die waarmee de zusjes van mijn vader kampten, maar ze zijn even dodelijk.

2
Onze microbiële planeet

Ongeveer 4,5 miljard jaar geleden begon onze planeet haar bestaan als een bol gesmolten steen zonder enig leven. Een miljard jaar later wemelde het in haar oceanen van de in het rond spartelende eencelligen. Op een manier die de wetenschap nog altijd niet heeft doorgrond, is in deze primordiale wateren leven ontstaan. Sommigen gaan uit van de panspermie-hypothese ofwel de opvatting dat de eerste bouwstenen als stof uit de ruimte op aarde zijn gevallen. Anderen beweren dat zichzelf delende molecules zich samenvoegden in de kleilagen op de oceaanbodem, in hydrothermale gaten of in het schuim van golven die op de kust sloegen. We weten nog altijd niet hoe het leven op aarde is begonnen.

Niettemin hebben we wel wat aardige, fundamentele ideeën over het hoe en wat van het leven, over hoe simpele regels tot complexe gehelen kunnen leiden en over hoe de enorme diversiteit op onze planeet tot stand is gekomen. De hele biologie – het onomkeerbare proces van het ontstaan van leven – berust op de in de oceaan gevormde eeuwige principes van evolutie, strijd en samenwerking.

We leven op een microbiële planeet, op een planeet die totaal wordt beheerst door levensvormen die te klein zijn om met het blote oog waar te nemen. Zo’n drie miljard jaar lang waren bacteriën de enige levende wezens op aarde. Ze bevonden zich overal op het land, in de lucht en in het water, zetten chemische reacties in werking die leidden tot het ontstaan van de biosfeer en creëerden de omstandigheden waaronder meercellige levende wezens konden evolueren. Ze schiepen de zuurstof die we inademen, de aarde die we bewerken en de voedselsystemen die onze oceanen in stand houden. Langzaam en onvermijdelijk creëerden ze door de allerdiepste tijden heen via een proces van trial-and-error de complexe en standvastige, zichzelf versterkende systemen waarvan alle leven op aarde nog altijd profiteert.

Het begrip ‘diepe tijd’, de miljarden jaren van microbiële activiteit waardoor anorganisch materiaal werd omgezet in de grondstoffen voor het leven, is voor de menselijke geest moeilijk te bevatten. Het begrip stamt uit de geologie, de wetenschap van hoe continenten zich hebben gevormd, op drift sloegen, afbraken, tegen elkaar opbotsten, bergketens vormden en van hoe die gedurende miljarden jaren door wind- en regenerosie weer zijn afgekalfd. Maar bacteriën bestonden allang voordat ongeveer een half miljard jaar geleden de supercontinenten Laurazië en Gondwana ontstonden, waaruit onze huidige continenten zich hebben gevormd.

In zijn klassieker Basin and Range, deel uitmakend van zijn Annals of the Former World, verwoordde John McPhee met een prachtige vergelijking onze plaats binnen deze enorme tijdspanne: ‘Als je de lengte van de geschiedenis van de aarde opvat als de oude Engelse yard, de afstand tussen het neuspuntje van de koning tot de uiterste punt van zijn uitgestrekte hand, dan is één enkele haal van een vijl langs de nagel van zijn middelvinger voldoende om de menselijke geschiedenis uit te wissen.’1

Een andere vergelijking: als de 3,7 miljard jaar dat er leven is op aarde worden samengeperst in vierentwintig uur, dan maakten onze menselijke voorouders hun opwachting om 47,96 seconden voor middernacht. Onze soort, Homo sapiens, is dan 2 seconden voor middernacht ten tonele verschenen.

Maar om een juiste voorstelling te krijgen van de enorme omvang van de microbiële wereld kunnen we niet zonder een andere, even verbijsterende vergelijking. Microbes zijn onzichtbaar voor het menselijke blote oog, een paar uitzonderingen die de regel bevestigen daargelaten.2 In het oog van een naald is er plaats voor miljoenen. Maar als je alle microbes bij elkaar neemt, overtreffen ze niet alleen in aantal alle muizen, walvissen, mensen, vogels, insecten, wormen en bomen bij elkaar – zelfs alle ons bekende en waarneembare aardse levensvormen bij elkaar –, maar overtreffen ze die ook in gewicht. Onzichtbare microbes maken het leeuwendeel uit van de biomassa van de aarde, meer dan alle zoogdieren en reptielen, alle vis in de zee en alle bossen bij elkaar opgeteld. Zonder microbes zouden we niet kunnen eten of ademen. Zonder ons zouden bijna alle microbes zich prima redden.

Met de benaming ‘microbe’ worden verschillende types organismes aangeduid. In dit boek zal ik het vooral hebben over het domein Bacteria, dat tot de prokaryoten wordt gerekend ofwel tot de eencellige organismes zonder celkern. Dat maakt ze nog niet tot primitieve levensvormen. Bacteriële cellen zijn complete, onafhankelijke wezens: ze ademen, bewegen, eten, voeren afval af, verdedigen zich tegen vijanden en, het belangrijkste, ze reproduceren zich. Ze komen voor in allerlei vormen en maten. Er zijn soorten die lijken op een bal, een wortel, een boemerang, een komma, een slang, een baksteen of zelfs op een statief. Ze zijn uitstekend aangepast aan hun leefomgeving, net als de bacteriën die in en op ons lichaam gedijen. Wanneer zij met de noorderzon vertrekken, hebben wij een probleem.

Het tweede microbieel domein, dat van de Archaea, behoort eveneens tot dat van de prokaryoten. Deze microbes lijken oppervlakkig op bacteriën, maar zoals al blijkt uit de benaming Archaea, betreft dit een heel oude, zeer ver terug in de tijd reikende vertakking van de stamboom van het leven. Archaea verschillen in genetisch en biochemisch opzicht van bacteriën en zijn onafhankelijk daarvan geëvolueerd. Oorspronkelijk leefden ze in extreme omstandigheden, zoals heetwaterbronnen en zoutmeren, maar Archaea worden inmiddels in allerlei leefmilieus aangetroffen, waaronder de ingewanden en navel van de mens.

Het derde domein microbieel leven wordt gevormd door de eukaryoten, eencelligen met een kern en andere organellen die met elkaar de bouwstenen leveren voor complexere, meercellige levensvormen. Gedurende de afgelopen zeshonderd miljoen jaar hebben eukaryoten de aanzet gegeven tot het ontstaan van insecten, vissen, planten, amfibieën, reptielen, vogels en zoogdieren, kortom, tot alle ‘grote’ levende organismes, van mier tot aan sequoia, die je om je heen kunt waarnemen. Sommige primitieve eukaryoten, waaronder schimmels, primitieve algen, een aantal amoebes en slijmzwammen, worden echter met de microbes op één hoop gegooid.

Een andere vergelijking om de schaalgrootte aan te geven. Iedereen weet hoe een stamboom eruitziet. Je voorouders zijn per generatie gerangschikt met bijvoorbeeld je overgrootouders eerst, gevolgd door je opa’s en oma’s enzovoort, waarbij per generatie de aantallen toenemen. Stel je nu een stamboom voor van alle leven op aarde. Er zijn zoveel levensvormen dat die eerder op een struik lijkt, met takken die alle kanten opgaan, dan op een boom. Stel je voor dat de struik rond als een klok is met de eerste generatie, de oorsprong van alle leven, in het midden, van waaruit alle takken ontspruiten. Laten we onze menselijke soort ergens in de buurt van acht uur een plek geven op deze klok.

Nu komt de vraag: waar bevindt zich maïs op deze struik? We zullen niet erg geneigd zijn onszelf dicht in de buurt van maïs te plaatsen aangezien dat een plant is: dus ergens halverwege de struik? Fout, maïs bevindt zich op één minuut over acht. Als de mens en maïs zo dicht bij elkaar zitten, waaruit bestaat dan de rest van de struik? Het antwoord: vooral uit bacteriën. De afstand tussen E. coli en Clostridium bijvoorbeeld, twee veelvoorkomende bacteriën, is veel groter dan de afstand tussen maïs en ons.3 De mensheid vormt een stipje in een massaal door bacteriën bewoonde wereld. Aan dat idee kunnen we maar beter wennen.

En dan hebben we nog de virussen, die strikt gesproken geen levende organismes zijn. Ze vermeerderen zich door levende cellen binnen te dringen en die over te nemen. We zijn geneigd virussen, zoals griep, verkoudheid, herpes en hiv, als een menselijk probleem te zien, maar het merendeel van de virussen heeft niets met ons uitstaande. Zij richten zich op bacteriële cellen, niet op dierlijke zoals de onze. In de oceanen bevindt zich een onvoorstelbare hoeveelheid virusdeeltjes, meer dan er sterren zijn in het heelal, die zich in leven houden met de talloze bacteriën in het water. Gedurende de miljarden jaren dat virussen en microbes al met elkaar slag leveren, hebben beide partijen wapens ontwikkeld om elkaar te verslaan. Een potentiële behandeling tegen een bacteriële ziekte in de mens bestaat dan ook uit het inzetten van bacteriofagen ofwel virussen die bacteriën doden. Op dit idee kom ik in het laatste hoofdstuk terug.

Hoewel onze wereld wordt bewoond en gevormd door vele soorten microbes, houd ik me in dit boek vooral bezig met bacteriën en met wat er gebeurt als we ze zonder enig onderscheid vernietigen met behulp van krachtige medicijnen. Hoewel er ook heel wat eukaryoten zijn (zoals Plasmodium falciparum, een van de belangrijkste veroorzakers van malaria) die veel ellende veroorzaken, brengen die andere problemen met zich mee. En er zijn ook virussen die veel schade kunnen berokkenen (hiv bijvoorbeeld), maar die reageren niet op antibiotica en vallen daarom buiten het bestek van dit boek.

==

Microbes zetelen overal om ons heen. De oceaan herbergt onvoorstelbare aantallen van deze organismes, maar sommige schattingen geven wel een idee van de mate van hun aanwezigheid. Er zijn ten minste twintig miljoen soorten mariene microbes (misschien wel een miljard), die met elkaar tussen de 50 en 90 procent van de biomassa van de oceanen uitmaken. Het aantal microbiële cellen in de waterkolom, ofwel van de oppervlakte tot aan de bodem van de oceaan, wordt geschat op meer dan 1030, een quintiljoen ofwel 1000 x 1 miljard x 1 miljard x 1 miljard. Hun gewicht is gelijk aan dat van 240 miljard Afrikaanse olifanten.4

De International Census of Marine Microbes, een project dat inmiddels tien jaar loopt en op meer dan twaalfhonderd plaatsen over de hele wereld monsters van mariene microbes heeft genomen, schat dat er honderd keer zoveel microbiële geslachten zouden kunnen zijn als eerder gedacht. Overal waar wetenschappers dit hebben onderzocht, domineert een bepaalde soort in zowel aantallen als activiteit. Verrassend was echter dat ze heel veel soorten aantroffen waavan er minder dan tienduizend exemplaren bestonden (een armzalig aantal voor een bacteriesoort) en ook exemplaren die volstrekt uniek waren. Ze kwamen tot de conclusie dat in de oceanen vele zeldzame bacteriën ronddrijven die er klaar voor zijn om in actie te komen en om dominant te worden, maar nog wachten op het daarvoor geschikte milieu. De microbes in ons lichaam doen hetzelfde. Het vermogen om lange tijd en in kleine aantallen ‘onder te duiken’ om vervolgens spontaan ‘op te leven’ is een belangrijke eigenschap van microbiële organismes.

Veel mariene microbes behoren tot de zogenoemde extremofielen. Ze leven in hydrothermale gaten, waardoorheen kokend water dat rijk is aan zwavel, methaan en waterstof vanuit de mantel omhoogkomt. Door het contact met het koude water ontstaan vervolgens kegelvormige zuilen. Deze omgeving vormt een hels mengsel van zuren en zware chemicaliën, maar tegelijkertijd gedijen er rijke gemeenschappen bacteriën dankzij het gebrek aan zuurstof en zonlicht. Hetzelfde kunnen we constateren in de extreem hete bassins en geisers van Yellowstone National Park en in het borrelende teermeer op het Caribische eiland Trinidad. Er leven ook bacteriën onder de enorme gletsjers op Antarctica en in de ijzige diepten van de Noordelijke IJszee.

De oceaankorst, die bestaat uit donker, vulkanisch gesteente en die 60 procent van de totale oppervlakte van de aarde beslaat, herbergt misschien wel de grootste populatie microbes op onze planeet. Deze microbes houden zich in leven met de energie afkomstig van de chemische reacties tussen het water en het gesteente.

Onlangs zijn bacteriën ontdekt die zich te goed doen aan de in de zeeën ronddrijvende plasticdeeltjes. Hoewel het proces langzaam verloopt, zijn op z’n minst honderd verschillende soorten bezig deze ‘plastisfeer’ om te zetten in een gezondere biosfeer. Plastic in zee gooien is het enige wat we gedaan hebben om deze bacteriën te stimuleren. Van de talloze in het water ronddrijvende varianten heeft een aantal de weg naar dit plastic gevonden. De soorten die het een geschikte voedselbron achtten, zijn vervolgens gegroeid in aantallen: natuurlijke (plastic) selectie in de praktijk.5

Ook van de diepste plek op aarde, de Marianentrog, is recent gebleken dat zich daar een actieve microbiële gemeenschap ophoudt met tien keer zoveel bacteriën als in het sediment van de omringende diepzeeplateaus. Op de zeebodem bij de westkust van Zuid-Amerika leven dankzij de consumptie van waterstofsulfide eveneens enorme kluwens microbes, die met elkaar een oppervlakte ter grootte van Griekenland bestrijken.

Enorme hoeveelheden microbes worden meegevoerd door de wind, wervelstormen incluis, en houden zich hoog in de lucht in leven. Hier dragen ze bij aan de vorming van veerwolken en vormen ze de kern van ijsdeeltjes zodat het gaat sneeuwen. Ze zijn van invloed op het weer en het klimaat, recyclen voedingsstoffen en breken milieuverontreinigende stoffen af.

Beneden op de grond wordt de aarde, een van onze belangrijkste bestaansmiddelen, gedomineerd door microbes. In het kader van een wereldwijd project worden monsters van bacteriën in de grond genomen. Deskundigen noemen dit ‘de zoektocht naar de donkere materie van de aarde’, te vergelijken met het onderzoek naar de onbekende vertes van de kosmos.

We weten dat onze planeet bewoonbaar is dankzij microbes. Ze breken onze doden af, wat een nuttige dienstverlening is. En door middel van het binden van stikstof in de atmosfeer zetten ze dit gas om in vrije, ongebonden stikstof die bruikbaar is voor levende cellen en zo alle planten en dieren ten goede komt. Na de olieramp met het boorplatform Deepwater Horizon in de Golf van Mexico aten bacteriën een groot deel van de vervuiling op doordat ze in staat waren de voedingsstoffen in de olie aan te vullen met stikstof die ze uit de lucht haalden. Op die manier creëerden ze een volledige maaltijd voor zichzelf.

Ook in rotsen leven microbes. In de Mponneng-goudmijn in Zuid-Afrika bijvoorbeeld houden bacteriën zich in leven dankzij radioactiviteit. Als watermolecules worden gespleten door uranium, komt daarbij ongebonden stikstof vrij die de bacteriën met sulfaationen tot een maaltijd combineren. Ze delven zelfs het goud. Delftia acidovorans wendt een speciaal eiwit aan om losse goudionen, die schadelijk voor het organisme zijn, om te zetten in een inerte vorm van het edelmetaal dat vervolgens uit het water neerslaat en mijnbare goudafzettingen vormt. Deinococcus radiodurans is misschien wel de gehardste bacterie van allemaal, want zij leeft van radioactief afval.

Mijn favoriete bacterie is een aantal jaren geleden beschreven. Oliegeologen die proefboringen verrichtten, onderzochten de omhoog gehaalde bodemmonsters. Een van de monsters, afkomstig van drie kilometer diep in de aardbodem, kende slechts drie bestanddelen: basalt (een vast gesteente), water en heel veel bacteriën.6 Deze bacteriën hielden zich in leven en reproduceerden zich alleen met behulp van gesteente en water.

Ten slotte: hele industrieën draaien op de inzet van bacteriën voor werkzaamheden die wij ze opdragen. Ze maken de productie mogelijk van het brood dat we eten, van de alcohol die we drinken, van de moderne medicijnen die bedacht worden door biotechnische bedrijven. Bacteriën zijn in staat zo’n beetje elk chemisch proces voor hun rekening te nemen dat we ze opdragen. De eindeloze variatie aan soorten blijkt over even oneindige vaardigheden te beschikken. We hoeven slechts het probleem te definiëren en voor de oplossing ervan de juiste microbes te vinden of te reproduceren. Maar ook al deze boeiende mogelijkheden vallen buiten het bestek van dit boek.

==

Het verhaal van de microbes is er een van eeuwige strijd, maar ook van oneindige samenwerking. Omdat het darwinistische concept van de ‘survival of the fittest’ algemeen bekend is, neem ik dat als vertrekpunt. Uit Darwins nauwkeurige observaties bleek dat tussen exemplaren van een soort, of het nu vogels of mensen zijn, altijd variatie bestaat. Zijn evolutietheorie was gegrondvest op de stelling dat in het geval van varianten de natuur altijd die varianten zal ‘selecteren’ die het beste aangepast zijn (‘the fittest’) aan hun omgeving. Dit zijn de varianten die hun levenscyclus voltooien en nakomelingen op de wereld zetten. Zij steken de andere varianten de loef af. In de loop der tijden zullen ze de overhand krijgen op hun concurrenten, die daardoor zelfs kunnen uitsterven. Deze natuurlijke selectie wordt gewoonlijk aangeduid als ‘survival of the fittest’. Darwin wist echter niet dat dit evenzeer gold voor microbes. Net als wij had hij alleen aandacht voor wat hij kon zien – planten en dieren –, maar uit observaties van en experimenten met microbes komt misschien wel het beste bewijs voor de hypothese van de natuurlijke selectie naar voren.

Een voorbeeld: ik kan een cultuur van de alledaagse E. coli-ingewandsbacterie kweken door een minieme hoeveelheid van deze microbes in een schaaltje met voedingsstoffen te leggen.7 Na een nachtje in een warme kweekkamer kan het aantal E. coli, een snelgroeiende soort, tot tien miljard cellen zijn opgelopen. Het schaaltje is bedekt met een dikke laag E. coli-cellen, zo compact dat individuele kolonies niet meer te onderscheiden zijn. Stel dat ik in een ander schaaltje een tweede kweek maak, maar daar voeg ik dan streptomycine aan toe, een antibioticum dat dodelijk is voor de meeste E. coli-stammen. De volgende ochtend zie ik in het schaaltje nog maar tien geïsoleerde kolonies in plaats van een dikke laag van tien miljard cellen. Elke kolonie, ter grootte van een minieme sproet, kan bestaan uit een miljoen E. coli-cellen en stamt af van één enkele cel die het antibioticum heeft overleefd en zich daarna heeft gedeeld. Hoe is dat verschil te verklaren tussen deze twee kweken waarbij ik aan het ene schaaltje streptomycine heb toegevoegd en aan het andere niet?

In de eerste plaats is duidelijk dat het antibioticum heeft gewerkt. In plaats van tien miljard cellen bevinden zich er nog maar tien miljoen in het schaaltje, een duizendste daarvan. Je zou dan kunnen zeggen dat het antibioticum 99,9 procent van alle bacteriën heeft gedood en dat slechts een klein aantal het heeft overleefd. Het antibioticum is echter ook tekortgeschoten: een aantal cellen heeft het middel overleefd, maar waarom de ene cel wel en de andere niet? Stom toeval? Het antwoord is zowel ja als nee.

Het is stom toeval dat de cellen die resistent zijn tegen streptomycine, over een variant van een gen bezitten die alle E. coli-bacteriën nodig hebben om bepaalde, voor hun voortbestaan noodzakelijke eiwitten aan te maken. Die genvariant opereert op zich niet heel efficiënt, maar goed genoeg om de resistente cellen te helpen overleven waarop ze zich kunnen blijven vermenigvuldigen. De vatbare cellen sterven af omdat het antibioticum ingrijpt bij de normale variant van hetzelfde eiwit, onmisbaar voor de ontwikkeling van de cel.

Deze genetische variant die resistent blijkt, ontstaat op een opmerkelijke manier. Mogelijk bezaten een paar cellen (in dit voorbeeld precies tien) in de oorspronkelijke cultuur van een miljard deze genvariant. Ze bezaten het gen van meet af aan. Om dit experiment in darwinistische termen te beschrijven: als streptomycine is toegevoegd, ‘selecteert’ de natuur de variant in de populatie die over het resistente gen beschikt, maar zonder streptomycine ‘selecteert’ ze de doorgaans efficiëntere genvariant die vatbaar is voor streptomycine. De mate waarin E. coli-cellen met streptomycine-resistentie optreden is afhankelijk van de frequentie waarmee ze met het antibioticum zijn geconfronteerd en ook van hoelang geleden dit is gebeurd. Dit is een simpel voorbeeld van natuurlijke selectie, maar de strijd gaat eeuwig door. Moge de beste microbe winnen.

Hoewel bacteriën met elkaar wedijveren, voortdurend op elkaar azen of elkaar uitbuiten, zien we ook talloze voorbeelden van samenwerking en synergie. Wanneer bijvoorbeeld een in de darmen gehuisveste Bacteroides-bacterie een chemische stof in haar omgeving neutraliseert die E. coli remt, dan heeft E. coli daar baat bij. Zo’n eenzijdige behulpzaamheid wordt aangeduid als commensalisme.

Interacties tussen bacteriën zijn nog krachtiger wanneer beide soorten daar profijt bij hebben. Als het belangrijkste afvalproduct van E. coli een goede voedselbron blijkt voor Bacteroides, zijn de twee soorten geneigd elkaars gezelschap op te zoeken. Elk doet alleen wat hij wil, maar uiteindelijk blijken ze elkaar behulpzaam. Dit wordt symbiose genoemd.

Onder andere omstandigheden kunnen allerlei soorten bacteriën elkaar helpen. Misschien dat in een snelstromende rivier bacterie A, die aan de rotsen blijft plakken, leeft van het afval van bacterie B. Ondertussen kan bacterie C, die niet blijft plakken, zich hechten aan bacterie A om te voorkomen dat ze wegspoelt waarbij ze tegelijkertijd A helpt om op zijn plek te blijven zitten. Bovendien produceert B een voor C voedzame stof. In dat geval hebben we een situatie waarin A, B en C neigen naar elkaars gezelschap tot voordeel van alle drie de soorten.

Tijdens de ruim vier miljard jaar van de evolutie van de bacterie, die voor een celdeling niet meer dan twaalf minuten nodig heeft, is een astronomisch aantal individuele bacteriën met een nagenoeg oneindige variatie aan soorten ontstaan. Dit eeuwigdurende proces heeft ertoe geleid dat alle mogelijke leefmilieus op aarde bevolkt worden door bacteriën. Soms vormen deze bacteriën een stabiele leefgemeenschap, een microbieel consortium. Deze samenwerkende soorten bacteriën zijn overvloedig aanwezig in de aarde, in rivieren, op rottende boomstammen, in warmwaterbronnen. Bijna overal is leven. Het vroegste ondubbelzinnige bewijs van die leefgemeenschappen zijn de 3,5 miljard jaar oude, fossiele ‘microbiële kluwens’ die in Australië zijn gevonden: consortia die zich in enorme lagen gerangschikt hadden en die met elkaar hele ecosystemen in het klein vormden. Naar alle waarschijnlijkheid verrichtten sommige lagen fotosynthese, ademden andere zuurstof in, zorgden weer andere voor fermentatie en waren er ook lagen die vreemde anorganische stoffen aten. Het voedsel van de ene soort was dodelijk voor de andere. Door zich in lagen te rangschikken en hun vaardigheden te combineren, profiteerden ze allemaal van de gezamenlijke inspanningen.

Er zijn ook microbes die gelatineachtige lagen om zichzelf kunnen vormen. Deze dikke gel wordt biofilm genoemd. De samenstelling ervan wisselt, maar deze lagen beschermen de bacteriën tegen uitdroging, een te grote hitte en aanvallen van het immuniteitssysteem. De aanwezigheid van een biofilm verklaart voor een deel hoe bacteriën kunnen overleven in extreme omstandigheden.

Niet alleen in de aarde, in oceanen of op rotsen vormen microbes consortia en enorme samenwerkende kluwens, maar ook in dieren. Zulke organismes in het menselijk lichaam zijn de hoofdpersonen in mijn verhaal over ‘verdwenen microbes’. De vooraanstaande bioloog Stephen Jay Gould schetste een kader voor de biologie van de aarde toen hij schreef: ‘[...] we leven in het Bacteriële Tijdperk (vroeger, nu en altijd, tot aan het einde van de wereld) [...].’8 Dit is de context waarbinnen het leven van de mens zich voltrekt.

3
Het menselijk microbioom

Sta even stil bij je vitale organen. Je hart, hersenen, longen, nieren en lever vormen complexe mechanismes die cruciale processen voor hun rekening nemen en je zo in leven houden. Dag en nacht pompen ze vloeistoffen rond, scheiden ze afval af, voeren ze lucht en voeding aan en brengen ze de signalen over waardoor we voelen en ons voort kunnen bewegen. Als een van deze organen het laat afweten, als gevolg van een ziekte of een verwonding, sterven we. Zo eenvoudig is het.

Maar wat als ik nu zou zeggen dat we nog een ander, vitaal ‘orgaan’ hebben dat ons in leven houdt, maar waarvan we geen weet hebben? Het zit op, maar vooral in het lichaam. Pas sinds kort kunnen we waardering opbrengen voor de belangrijke rol die dit orgaan speelt in onze gezondheid. Het opmerkelijkste aan dit deel van het lichaam is misschien nog wel dat het compleet wezensvreemd lijkt. Het is niet ontsproten aan de onmiskenbaar menselijke cellijnen, gebouwd overeenkomstig de blauwdruk van de menselijke genen. In plaats daarvan bestaat het uit biljoenen minuscule levende wezens: de in het vorige hoofdstuk beschreven microbes en hun verwanten. Misschien gaat het wat ver om deze verzameling microbes een vitaal orgaan te noemen, maar functioneel gezien komt het microbioom daar precies mee overeen. In tegenstelling tot bijvoorbeeld het hart en de hersenen, begint de ontwikkeling ervan niet in het embryo, maar direct bij de geboorte. Tijdens de eerste paar jaar van ons leven ontwikkelt het zich verder door steeds meer microbes over te nemen van de personen in onze omgeving. Maar laat je niet om de tuin leiden. Het verlies van je totale microbioom is bijna even funest als het verlies van je lever of je nieren. Je houdt het dan niet lang meer vol, tenzij je in een zeepbel zou leven.

De in jou levende microbes betreffen niet een willekeurig mengsel van alle op aarde levende soorten. Alle levende wezens zijn geëvolueerd in samenhang met een eigen verzameling microbes, die vele stofwisselings- en beschermingsprocessen voor hun rekening nemen. Ze zijn ons ten dienste. Een zeester heeft een eigen microbioom, net als haaien en zelfs sponzen. Reptielen zoals hagedissen, slangen en komodovaranen hebben elk hun unieke microbioom. Elke uil, duif en prieelvogel heeft zijn eigen ‘beestjes’, typisch voor zijn soort. Als de soort zich in stand houdt, houdt het microbioom zich in stand. Ook zoogdieren, van maki’s tot aan dolfijnen, honden en mensen, wemelen van de micro-organismes die erin gespecialiseerd zijn om precies die ene soort in leven en gezond te houden.

Deze microbes verlenen belangrijke diensten aan de dieren waarin ze huizen. Het zijn symbionten die hun gastheer bijstaan in ruil voor kost en inwoning.1 Termieten zijn alleen in staat hout te verteren dankzij de bacteriën in hun ingewanden. Koeien nemen voedingsstoffen op uit het gras dat ze eten dankzij de in hun vier magen levende microbes. Bladluizen beschikken over residente microbes, waaronder Buchnera, die al zo’n 150 miljoen jaar in deze insecten zetelen.2 Zij zijn in het bezit van de cruciale stofwisselingsgenen die bepaalde eiwitten aanmaken waardoor de bladluizen in staat zijn om suikerrijk plantensap als voedselbron te gebruiken. Als wederdienst verleent de bladluis een goed onderkomen aan Buchnera. Het is een situatie waarvan beide profiteren. Als de door wetenschappers gereconstrueerde evolutionaire stamboom van Buchnera vergeleken wordt met die van de bladluis, blijken die twee vrijwel identiek te zijn. De kans dat dit op toeval berust, is nagenoeg onbestaanbaar. Ze moeten zich wel samen hebben ontwikkeld: bladluizen en hun residente bacteriën hebben honderden miljoenen jaren lang wederzijds hun evolutie beïnvloed.

Zoals onze genen voor de aanmaak van rode bloedlichaampjes en eiwitten overeenkomsten vertonen met dezelfde genen in andere zoogdieren, blijkt uit een nadere bestudering van ons microbioom dat onze microbes eveneens deel uitmaken van een grotere familie. Daardoor kan de samenstelling van ons microbioom als indicator van de herkomst van de mens dienen en bijdragen aan de verklaring waarom we meer weg hebben van een aap dan van een koe.3 Dit werpt meteen een interessante vraag op, namelijk lijken wij op apen dankzij onze zoogdiergenen of dankzij de genen van onze microbes? We hebben altijd aangenomen dat het eerste het geval is, maar misschien geldt het tweede wel. Waarschijnlijker is het de optelsom van beide.

Zoals ik al schreef is je lichaam een ecosysteem dat sterk lijkt op dat van een koraalrif of een tropisch oerwoud. Het is een complex geheel dat bestaat uit op elkaar reagerende levensvormen. Zoals bij alle ecosystemen is diversiteit van cruciaal belang. In een oerwoud bijvoorbeeld bestaat deze variatie uit allerlei soorten bomen, klimplanten, struiken, bloemen, varens, algen, vogels, reptielen, amfibieën, zoogdieren, insecten, schimmels en wormen. Een grote diversiteit betekent dat alle soorten beschermd worden doordat hun interactie leidt tot een standvastig systeem voor het bemachtigen en de circulatie van voedingsstoffen. Verlies aan verscheidenheid leidt tot ziektes of tot een ineenstorting van het systeem als een van de hoekstenen ervan verdwijnt, een van de soorten die in vergelijking met de mate van hun aanwezigheid een bovenmatig grote invloed hebben op de omgeving.

Toen bijvoorbeeld zeventig jaar geleden de wolven werden verwijderd uit Yellowstone National Park, nam de elandenpopulatie explosief toe. Plotseling konden de elanden zich op hun gemak te goed doen aan de smakelijke wilgen langs het merendeel van de rivieren. Uiteindelijk vraten ze die helemaal kaal, waardoor de zangvogels en bevers die de wilgen nodig hadden voor het bouwen van hun nesten en dammen in aantallen krompen. Doordat de loop van de rivieren veranderde, verdwenen ook allerlei watervogels. Zonder de kadavers van de prooidieren van de wolven namen ook de raven, adelaars, eksters en beren in aantal af. Meer elanden leidde door de strijd om het voedsel tot minder bizons. Coyotes keerden terug naar het park en aten de muizen waarvan veel vogels en dassen afhankelijk waren. En zo raakte na het verdwijnen van een sleuteldier een hecht systeem van interactie steeds verder verstoord. Dit model is zowel in de natuur van kracht als in ons microbioom, waar de verdwijning van de maagbacterie Helicobacter pylori, die zich sinds onheuglijke tijden in de mens heeft bevonden, als waarschuwend voorbeeld dient.

==

Ons lichaam bestaat uit naar schatting dertig biljoen menselijke cellen, maar biedt ook onderdak aan meer dan honderd biljoen bacteriële cellen, aan de vriendelijke ofwel commensale microben die samen met ons geëvolueerd zijn. Laat dit maar even bezinken: op dit moment bevinden zich in je lichaam tien keer zoveel bacteriële cellen als menselijke. Van al je cellen is tussen de 70 en 90 procent niet-humaan. Ze bevinden zich op elke centimeter van je huid, in je mond, neus en oren, slokdarm, maag en vooral darmen. Vrouwen dragen een rijke verzameling bacteriën in hun vagina.

Van de vijftig bekende bacteriestammen worden er gemiddeld tussen de acht en twaalf in de mens aangetroffen.4 Zes van die stammen, waaronder Bacteroides en Firmicutes, zijn goed voor 99,9 procent van alle bacteriële cellen in het lichaam. De succesvolste microbes – de winnaars op het terrein van co-existentie met de mens –, die hun oorsprong allemaal in deze stammen hebben, vormen de kern van het menselijk microbioom. In de loop der tijden hebben ze speciale eigenschappen ontwikkeld waardoor ze goed gedijen in bepaalde leefmilieus in en op het menselijk lichaam. Tot zulke eigenschappen behoren de vaardigheid om te overleven in een zure omgeving, de mogelijkheid om bepaalde voedingsstoffen aan te wenden, en de voorkeur voor een droge omgeving boven een vochtige of juist andersom.

==

==

Bij elkaar wegen deze bacteriën tussen de 1,25 en 1,5 kilo, ofwel ongeveer hetzelfde als je hersenen. Het microbioom bestaat uit misschien wel tienduizend verschillende soorten. Geen enkele dierentuin in de Verenigde Staten heeft meer dan duizend verschillende soorten dieren rondlopen. De onzichtbare dierentuin op en in ons is veel diverser en zit veel ingewikkelder in elkaar.

In de baarmoeder had je nog geen bacteriën.5 Maar tijdens de geboorte en de nasleep ervan word je gekoloniseerd door biljoenen bacteriën. Hoofdstuk 8 is geheel gewijd aan dit verbazingwekkende proces. Binnen korte tijd loopt het aantal microbes op van nul naar biljoenen. Gedurende de eerste drie jaar van het leven vindt een goed georkestreerde overdracht plaats van de stichters van de koloniën aan de latere bewoners.6 Uiteindelijk ontwikkelt zich overal in en op je lichaam een voor die plek unieke populatie microbes. In de holte van je elleboog en tussen je tenen huizen diverse soorten.7 De bacteriën, schimmels en virussen op je armen verschillen van die in je mond en die in je dikke darm.

Je huid vormt een enorm ecosysteem dat ongeveer 1,8 m2 aan vlaktes, plooien, groeven en gleuven telt. Veel van deze plekken zijn klein, microscopisch klein zelfs. Je schijnbaar gladde huid lijkt van dichtbij beschouwd waarschijnlijk eerder op het maanoppervlak met al zijn kraters, heuvels en valleien. Welke microbe zich vestigt op welk stuk onroerend goed, wordt bepaald door het feit of het gebied vettig is, zoals het gezicht, vochtig, zoals de oksel, of droog, zoals de onderarm. Zweetklieren en haarzakjes hebben hun eigen microbes. Sommige bacteriën eten dode huid, andere zetten de door de huid afgescheiden lichaamsvetten om in een crème en weer andere voorkomen dat schadelijke bacteriën en schimmels het lichaam binnendringen.

Wat je neus betreft, hebben onderzoekers onlangs aanwijzingen gevonden dat in de neusgaten van gezonde mensen zich heel wat pathogenen (ziekteverwekkende microbes) vreedzaam ophouden. Een daarvan, Staphylococcus aureus, is berucht: hij kan steenpuisten, voorhoofdsholteontstekingen, voedselvergiftiging en bloedbaaninfecties veroorzaken. Maar hij kan ook volstrekt vredelievend in je neus verblijven en zich verder met niets of niemand bemoeien. Op een willekeurig moment draagt ten minste een derde van ons deze bacterie bij zich.

In je spijsverteringskanaal leven de meeste microbes, te beginnen bovenaan, in je mond. Als je met behulp van een spiegel in je mond kijkt, zul je verschillende gebieden onderscheiden, zoals je gebit, tong, wangen en verhemelte. Elk van deze plekken heeft meer oppervlaktes, zoals de boven- en de onderkant van je tong. Ook elke tand of kies heeft verschillende oppervlaktes en je hebt ook het punt waar je tanden in het tandvlees verdwijnen. Normaal bevindt zich op elke oppervlakte in je mond een andere populatie bacteriën. We weten dit allemaal dankzij het Human Microbiome Project (hmp), een vijf jaar durend programma waarmee de Amerikaanse organisatie National Institutes of Health in 2007 is begonnen. Een van de doelstellingen van het hmp gold een groot project om het genetische materiaal van de microbes in het lichaam van bijna 250 gezonde jongvolwassenen in kaart te brengen.8 Een van de dingen die hieruit naar voren kwamen, was dat, hoewel het totaal aantal aanwezige bacteriën bij ieder van de proefpersonen globaal overeenkwam, ieders microbioom weer uniek was. Onze bacteriële verschillen zijn veel groter dan onze genetische. Onze microbes zijn helemaal van ons, een bevinding die ik steeds weer zal benadrukken. Niettemin was sprake van algemene ordeningsprincipes. Die zien we in het spijsverteringskanaal.

Binnen het hmp werd de mond uitgebreid onderzocht. Bepaalde organismefamilies, zoals Veillonellaceae, Streptococcaceae en Porphyromonadaceae bleken op veel plekken voor te komen, maar in hun onderlinge verdeling traden grote verschillen op. Andere organismes waren slechts in een beperkt gebied aanwezig.

In de mond is de gingivale groeve, de overgang tussen tanden en kiezen en het tandvlees, het rijkst aan bacteriën. Het wemelt er letterlijk van. Vele soorten zijn anaëroob, wat betekent dat ze niet van zuurstof houden, die hun zelfs fataal kan worden.9 Het lijkt vreemd dat in onze mond, waar continu lucht met daarin zuurstof passeert, een grote populatie voor zuurstof gevoelige bacteriën zetelt, maar dat is zo. Dit maakt meteen duidelijk dat er in onze mond ook, soms minieme, leefmilieus zijn waar anaërobe bacteriën kunnen gedijen. Misschien heb je je weleens afgevraagd waarom je adem ’s morgens na het wakker worden anders ruikt dan toen je naar bed ging. Dat komt doordat je tijdens de slaap het merendeel van de tijd door je neus ademhaalt. De luchtstroom in de mond neemt dan af en het aantal anaërobe bacteriën toe. Zij produceren de vaak vluchtige chemische stoffen die ‘ochtendadem’ veroorzaken. Als je je tanden poetst verwijder je klein vuil en hele bacteriepopulaties. Hun aantal gaat omlaag en hun verdeling verandert. Deze cyclus gaat de hele dag door.

Microbes veroorzaken niet alleen een geur in je mond, maar overal waar ze zich ophouden. Op sommige plaatsen, onder de oksels en in je kruis bijvoorbeeld, bevinden zich zeer hoge concentraties van microbes, die gedomineerd worden door soorten die sterk geurende producten afscheiden. Hoewel er hele industrieën zijn ontstaan om deze geuren te verbloemen, ontstaan ze met een reden. Te beginnen bij insecten maken bacteriële geuren duidelijk wie of wat we precies zijn. We kunnen eruit afleiden wie onze vrienden zijn, onze verwanten, onze vijanden, onze geliefden of potentiële paringspartners en ze vertellen wanneer het een goed moment kan zijn om te paren. Moeders herkennen de geur van hun baby’s en vice versa. Geur is belangrijk en heeft vooral een bacteriële oorsprong. Hij bepaalt zelfs wie wel en wie geen aantrekkelijke prooi is voor malariamuggen.10 Wanneer we volledig doorzien hoe dit in zijn werk gaat, kunnen we die kennis misschien aanwenden om onzichtbaar of afstotelijk te worden voor die kwelgeesten, maar nu dwaal ik af.