De laatste decennia heeft wetenschappelijk onderzoek ons inzicht in de bacteriën die ons lichaam koloniseren gerevolutioneerd: hoe deze een impact hebben op onze gezondheid en hoe complex de interacties tussen de bacteriën onderling en tussen de bacteriën en de gastheer zijn. Subtiele verschillen in onze microbiële gemeenschap kunnen ziektes
veroorzaken en studies tonen een correlatie tussen de darmmicrobiota en obesitas, inflammatoire darmziekten (IBD), diabetes, kanker, … Onderzoek naar het identificeren van
biomarkers voor intestinale gezondheid en naar manieren om de samenstelling en functionaliteit van de microbiota te beïnvloeden, heeft de darmbacterie Akkermansia
muciniphila in de kijker gezet. Deze bacterie is minder abundant aanwezig in patiënten die lijden aan IBD, obesitas, diabetes en autisme, maar komt abundant voor in gezonde
mensen. A. muciniphila wordt gekarakteriseerd door zijn capaciteit om mucines af te breken.
Deze mucines zijn een belangrijk onderdeel van de mucuslaag, een beschermende slijmlaag die de darmcellen beschermt tegen darmbacteriën. De mucuslaag en de mucines die hem
opbouwen, hebben niet enkel een barrièrefunctie maar dienen ook als voedingsbron voor darmbacteriën, een aspect dat meer en meer aandacht krijgt. Waar er voorheen gedacht
werd dat mucine-afbraak schadelijk zou zijn, is het ondertussen duidelijk dat de degradatie bijdraagt tot een gezonde mucuslaag en mucineproductie door de gastheer stimuleert.
Omwille van de complexiteit van de mucinestructuur, is er voor de afbraak een resem aan enzymen nodig, die slechts door 1% van de microbiota geproduceerd worden. Hoewel
mucine-afbraak door slechts enkele bacteriën kan worden uitgevoerd, kunnen andere bacteriën hier ook indirect van profiteren: ze kunnen gebruik maken van de minder complexe
suikers en omzettingsproducten die vrijgesteld worden tijdens de afbraak. Vanwege de nabijheid van de mucuslaag tot de darmcellen, hebben de bacteriën die betrokken zijn bij de
mucine-afbraak, zowel direct als indirect, een groter effect op de menselijke gezondheid. Hoewel er reeds veel onderzoek gevoerd is naar A. muciniphila, is er nog informatie nodig
over hoe deze bacterie zich gedraagt in de microbiële gemeenschap in het colon, hoe mucine dit gedrag kan beïnvloeden en hoe het toedienen van A. muciniphila de microbiële gemeenschap en de gastheer zal beïnvloeden. Het gebruik van in vitro technologie in dit onderzoek, zoals de simulator van het humaan intestinaal ecosysteem (SHIME) en het cocultuur celmodel, ondersteunde mechanistisch onderzoek dat doelde op het ontrafelen van de ecologie van mucine-degraderende bacteriën en liet toe dat bepaalde nadelige kenmerken van in vivo studies vermeden werden, zoals variaties in de mucineproductie door de gastheer.
In het eerste deel van dit doctoraatsonderzoek lag de focus op de rol van A. muciniphila in de mucinedegradatie en de betekenis van deze niche voor het microbieel ecosysteem. Hoofdstuk 2 bestudeerde het kolonisatiegedrag van A. muciniphila in het colon in variërende omstandigheden en toonde aan dat A. muciniphila de distale colonregio
prefereert omwille van de zuurtegraad (pH), die hier neutraler is dan in de proximale regio.
Mucinedeprivatie verminderde de aanwezigheid van A. muciniphila en de daaropvolgende toevoeging van mucine veroorzaakte een specifieke toename van A. muciniphila bacteriën die de respons van de andere bacteriën ver oversteeg. Om de biologische herhaalbaarheid
van deze bevindingen te testen, werd in Hoofdstuk 3 onderzocht of gelijkaardige effecten van pH en mucine op de microbiële gemeenschappen van acht donoren werden
waargenomen. De pH- en mucinespecificiteit van A. muciniphila werd bevestigd in deze acht verschillende microbiële gemeenschappen en het toedienen van mucine maakte deze gemeenschappen meer gelijkend op elkaar, erop wijzend dat mucines een belangrijke ecologische niche zijn die de microbiële gemeenschap vormgeeft. Het effect van pH was
minder diepgaand en meer onderhevig aan interindividuele verschillen. Om de nutritionele interacties van A. muciniphila meer in detail te kunnen bestuderen, werd in Hoofdstuk 4 gebruik gemaakt van een minder complexe, synthetisch
samengestelde microbiële gemeenschap in medium met mucine en/of vezels als voedingsbron. Met A. muciniphila en Bacteroides thetaiotaomicron als primaire degradeerders, werd de competitie tussen beiden onderzocht. Daarnaast werd er ook gekeken naar de syntrofische interacties met butyraatproducerende bacteriën. Groei van beide primaire degradeerders zonder competitieve uitsluiting was mogelijk op medium met mucine, zelfs wanneer B. thetaiotaomicron daarbovenop gebruik kon maken van vezels.
Veranderingen in pH en primaire degradeerder selecteerden specifieke butyraatproducenten, maar de productie van butyraat werd gehandhaafd.
In het tweede deel van dit doctoraatsonderzoek lag de focus op het wijzigen van de microbiële gemeenschap door toediening van A. muciniphila en de aan- of afwezigheid van
mucine en de impact hiervan op de epitheliale barrière en het immuunsysteem. Toediening van zowel mucine als A. muciniphila aan microbiële gemeenschappen van verschillende
donoren, kan leiden tot de dominantie van A. muciniphila in de mucinedegradatie niche. Toediening van enkel mucine daarentegen, leidde tot betrokkenheid van verschillende
bacteriën waaronder A. muciniphila, Ruminococcus, Clostridium cluster XIVa, en Lachnospiraceae. Stalen werden genomen van de microbiële gemeenschappen na deze
behandelingen om hun effect op de epitheliale cellen en de onderliggende immuuncellen te bestuderen in Hoofdstuk 6. Het supernatans van de behandeling met zowel mucine als
A. muciniphila induceerde de meest voordelige respons, met mucine verantwoordelijk voor een stijging in trans-epitheliale resistentie (TEER) en verminderde TNF-α en IL-6 productie,
en A. muciniphila verantwoordelijk voor verminderde epitheliale permeabiliteit.
Tijdens dit doctoraatsonderzoek, gebruik makende van de complexe microbiële gemeenschappen van meerdere donoren, werd de nutriëntspecificiteit van A. muciniphila voor mucine aangetoond, de gevoeligheid van deze bacterie voor veranderingen in de colonomgeving, en werd er waardevolle informatie verschaft over de prebiotisch-achtige werking van mucine. Niettemin is er nood aan verder onderzoek om de impact van interindividuele verschillen uit te klaren.