Wat is de invloed van het bioritme op het microbioom?
Wat is de biologische klok?
De biologische klok regelt het circadiane (24-uurs) ritme. De ‘klok’ is een klein groepje cellen in de hypothalamus die de suprachiasmatische kern wordt genoemd. Licht dat op het netvlies van de ogen valt, wordt via speciale ganglioncellen naar de suprachiasmatische kern geleid. Deze regelt het slaap-waakritme door onder andere de epifyse (pijnappelklier) te stimuleren het hormoon melatonine af te geven. De organen (lever, darmen, nieren) bevatten kleine satellietjes van de biologische klok; receptoren die gevoelig zijn voor het effect van melatonine waardoor de organen meegolven op het circadiane ritme [1]. De afwisseling tussen licht en donker is cruciaal voor het afstellen van de biologische klok. Licht werkt als een zogenaamde Zeitgeber, een factor die ‘de tijd doorgeeft’ aan onze hersenen.
Hoe werkt dat bij organismen die zich permanent in de duisternis bevinden zoals darmbacteriën?
Dat is voor de meeste bacteriesoorten niet bekend. Maar in lichtgevoelige cyanobacteriën is zoiets gevonden als een 24-uurs ritme, waarbij deze bacteriesoort anticipeert op variaties in de omgeving [2,3]. Ook heeft men in 2016 ontdekt dat Enterobacter aerogenes gevoelig is voor het effect van melatonine, dat door de gastheer wordt afgegeven in het maagdarmtraject. Deze bacterie reageert daarop met beweeglijkheid en samenscholen [4]. Het is dus mogelijk dat in ieder geval een deel van onze darmflora beschikt over een eigen biologische klok.
Welke Zeitgebers heeft het microbioom?
Mensen en dieren hebben de neiging op vaste tijdstippen te eten, aangezet door hormonen die de eetlust reguleren. Deze hormonen verschijnen elke dag op ongeveer hetzelfde tijdstip. Dat tijdstip wordt aangegeven door de biologische klok. Die eetmomenten kunnen ook als Zeitgeber optreden voor het microbioom. En dat doen ze ook want ze dicteren duidelijk waarneembare fluctuaties in de darmflora [5]. Uit onderzoek dat de laatste jaren is gedaan, blijkt dat deze interactie tussen het circadiane ritme van de gastheer en de darmflora (bij laboratoriummuizen) voor 60 procent verantwoordelijk is voor veranderingen in de hoeveelheden Clostridia, Lactobacillen en Bacteroidetes, de soorten die van nature rijk vertegenwoordigd zijn in het microbioom. Ze oscilleren dus stevig mee met de biologische klok [5]. De fases in de samenstelling van het microbioom zijn gerelateerd aan verschillende fases van het metabolisme; wanneer het energiemetabolisme, celgroei en DNA-herstel op hun maximum zijn is de detoxificatie en motiliteit van de darm op zijn minimum en omgekeerd.
Invloed van het circadiane ritme op het microbioom en de gezondheid
Raakt het circadiane ritme van de gastheer verstoord, dan heeft dat gevolgen voor de samenstelling van de darmflora. Zo is bekend dat de darmflora van mensen die vaak vliegen en mensen die in ploegendiensten werken een afwijkend beeld laten zien. En als het circadiane ritme bij laboratoriummuizen permanent wordt verstoord, hangt dit samen met een hogere kans op glucose-intolerantie, insulineresistentie, diabetes type 2 en obesitas [6]. Bij muizen kunnen deze metabole aandoeningen bovendien worden overgebracht op steriele, gezonde muizen door een fecestransplantatie. Dat betekent dat de dysbiose in de darmflora die (onder andere) het gevolg kan zijn van een verstoring van de biologische klok, oorzaak is van, dan wel bijdraagt aan, het ontstaan van aandoeningen van het metabolisme [5].
Combineer een Westers voedingspatroon en Westerse leefstijl
Het gehele systeem wordt bovendien nog kwetsbaarder voor circadiane verstoring als dieren op een dieet worden gezet dat rijk is aan suikers en vetten (een imitatie van het Westerse dieet). De darmflora van proefdieren (muizen) bleek dan veel minder goed bestand tegen een wekelijkse omkering van het dag-nachtritme, dan die van muizen op een passend muizendieet [5].Een van de meest dramatische effecten van een circadiane verstoring op het microbioom bij muizen is een toename van de ontstekingsbevorderende bacterie Ruminococcus [5].Tegelijkertijd is er een afname van Lactobacillus, die ontstekingen remt (als de muizen tevens een dieet volgen dat rijk is aan suiker en vet). Het gevolg van dit tweezijdige zwaard is een leaky gut en darmontsteking [5].Het is dan ook zeer waarschijnlijk dat de (verstoorde) interactie tussen darmbacteriën en de cellen van het darmepitheel als gevolg van een Westers dieet en/of de circadiane verstoring ook bij mensen de beruchte leaky gut (hyperpermeabiliteit van het darmepitheel) veroorzaakt. De ondermijning van de barrièrefunctie van het darmepitheel wakkert op zijn beurt de laaggradige ontstekingen aan, zowel systemisch als lokaal in de darm. Overigens kon men het circadiane ritme van het microbioom in muizen die geen functionerende biologische klok hebben, imiteren door ze te voeren op vaste tijdstippen, die overeenkomen met de tijdstippen waarop muizen normaal gesproken eten. Een belangrijke aanwijzing dat eten op vaste tijdstippen een natuurlijk gegeven is en onderdeel van het circadiane ritme [5].
Hoewel deze studies vooral bij muizen zijn gedaan, zijn er aanwijzingen dat ’s avonds laat eten of onregelmatig eten, bij mensen kan bijdragen aan overgewicht. Recent bleek bijvoorbeeld uit een studie dat een stevig ontbijt en matig avondeten een verbetering liet zien van metabole markers (bloeddruk, cholesterol, glucose) ten opzichte van een omgekeerd eetpatroon waarbij ’s avonds juist de stevigste maaltijd werd gebruikt [7]. Daarnaast zijn er de studies die laten zien dat een te korte nachtrust bijdraagt aan het metabool syndroom [8,9].
Onderliggend werkingsmechanisme van de circadiane verstoring
Circadiane veranderingen in het microbioom worden via verschillende receptoren (PPAR-alfa, ROR-alfa en RevEr-alfa) teruggekoppeld aan de biologische klok in het dunnedarmepitheel. Dit leidt – bij een normaal bioritme - tot een verlaging van de cortisolproductie in de actieve fase en een verhoging van de cortisolproductie in de rustfase (bij muizen). In steriele muizen vindt geen onderdrukking plaats van de cortisolproductie, die vervolgens dag en nacht aanstaat. Een chronisch te hoog cortisol heeft gevolgen voor het immuunsysteem. Dat wordt onderdrukt en daardoor komt bijvoorbeeld het opruimen van ziektekiemen in het gedrang [10]. Circadiane verstoringen van het microbioom hebben daarnaast ook impact op het circadiane ritme van de lever, wat implicaties heeft voor het functioneren en de gezondheid van de gastheer, bijvoorbeeld detoxificatie bij het gebruik van medicijnen [1].
Kennis in de praktijk
Zelfs in de donkere darm is het bioritme van belang voor een goede gezondheid. Het microbioom beweegt mee met de biologische klok en verstoringen hiervan kan implicaties hebben op onder andere de metabole activiteit van het microbioom. Studies laten zelfs zien dat een te korte nachtrust bijdraagt aan de ontwikkeling van obesitas en metabool syndroom. Belangrijk is dus naast gezonde voeding ook een gezonde en met name regelmatige leefstijl aan te houden. Een gezond bioritme ondersteunt een gezond functionerend microbioom met alle gezondheidsvoordelen van dien.
Referenties
1. Thaiss CA, Levy M, Korem T, Dohnalová L, Shapiro H, Jaitin DA, e.a. Microbiota Diurnal Rhythmicity Programs Host Transcriptome Oscillations. Cell. 1 december 2016;167(6):1495-1510.e12.
2. Johnson CH, Egli M, Stewart PL. Structural insights into a circadian oscillator. Science. 31 oktober 2008;322(5902):697–701.
3. Rust MJ, Markson JS, Lane WS, Fisher DS, O’Shea EK. Ordered Phosphorylation Governs Oscillation of a Three-Protein Circadian Clock. Science. 2 november 2007;318(5851):809–12.
4. Henao-Mejia J, Strowig T, Flavell RA. Microbiota Keep the Intestinal Clock Ticking. Cell. 9 mei 2013;153(4):741–3.
5. Voigt RM, Forsyth CB, Green SJ, Mutlu E, Engen P, Vitaterna MH, e.a. Circadian Disorganization Alters Intestinal Microbiota. PLOS ONE. 21 mei 2014;9(5):e97500.
6. Thaiss CA, Zeevi D, Levy M, Zilberman-Schapira G, Suez J, Tengeler AC, e.a. Transkingdom Control of Microbiota Diurnal Oscillations Promotes Metabolic Homeostasis. Cell. 23 oktober 2014;159(3):514–29.
7. Jakubowicz D, Barnea M, Wainstein J, Froy O. High caloric intake at breakfast vs. dinner differentially influences weight loss of overweight and obese women. Obes Silver Spring Md. december 2013;21(12):2504–12.
8. Hsieh SD, Muto T, Murase T, Tsuji H, Arase Y. Association of short sleep duration with obesity, diabetes, fatty liver and behavioral factors in Japanese men. Intern Med Tokyo Jpn. 2011;50(21):2499–502.
9. Baron KG, Reid KJ, Kern AS, Zee PC. Role of Sleep Timing in Caloric Intake and BMI. Obesity. 2011;19(7):1374–81.
10. Paulose JK, Wright JM, Patel AG, Cassone VM. Human Gut Bacteria Are Sensitive to Melatonin and Express Endogenous Circadian Rhythmicity. PloS One. 2016;11(1):e0146643.
