Al 30 jaar lang snijdt de bioloog Rosalinda Roberts ultradunne plakjes van de hersenen van recent overleden mensen om deze te bestuderen met een elektronenmicroscoop.
Oorspronkelijk zocht ze naar de oorzaak van schizofrenie, maar ze raakte gefascineerd door vlekjes in het hersenweefsel, die daar duidelijk niet horen.
Toen Roberts in 2018 begreep wat die vlekjes waren, was ze behoorlijk verrast.
Het waren namelijk bacteriën, waarmee de wetenschapper van de universiteit van Alabama als eerste aantoonde dat het in onze hersenen wemelt van de microben.
Bij bacteriën in de hersenen slaan artsen alarm, want een infectie in het kwetsbare hersenweefsel brengen ze veelal in verband met levensbedreigende ziekten – meningitis bijvoorbeeld.
Maar Roberts’ onderzoek duidt erop dat vele bacteriën permanent in het brein verblijven, zonder dat er ontstekingen ontstaan of het immuunsysteem aanslaat.
Sterker nog, de bacteriën in je hersenen kunnen je gedachten aansturen, je mentale gezondheid versterken en je behoeden voor onder meer depressiviteit en alzheimer.
Bacteriën klonteren samen in centra
Het wemelt van de bacteriën in vier gebieden in de hersenen, die elk een rol spelen bij bijvoorbeeld motoriek, oplettendheid en gemoedstoestand.
Planningscentrum
De frontaalkwabben zijn onder meer betrokken bij schizofrenie, plannen maken en oplettendheid.
Bewegingscentrum
Het striatum stuurt onder meer bewegingen aan en werkt niet goed bij parkinsonpatiënten.
Leercentrum
De zwarte kern speelt een rol bij onder meer het leren, en parkinson begint hier.
Geheugencentrum
De hippocampus draagt herinneringen aan het geheugen over. Alzheimer begint vaak hier.
Brein wemelt van darmbacteriën
Rosalinda Roberts legde plakjes van gezond hersenweefsel van 34 mensen onder een sterke elektronenmicroscoop. Door ze met elektronen te bestoken, doemde er een zeer gedetailleerd beeld op van de ovale vlekjes.
Ze waren even lang als microben en hadden een dikke wand, die normaal de celstructuur van de bacteriën inkapselt.
Sommige vlekjes vormden ketens, net zoals bacteriën vaak doen. Het onderzoek liet er geen twijfel over bestaan: in alle hersenen zaten bacteriën.
Vervolgens identificeerden Roberts en haar collega’s de bacteriesoorten door de sequentie van zogeheten 16S rRNA-genen te bestuderen, die voor alle organismen uniek zijn.
Het hersenweefsel bevatte genen van meerdere bacteriën, en verrassend genoeg viel 92 procent van de bacteriesoorten onder een van de drie grote bacteriegroepen, die ook grotendeels de darmflora vormen.
Twee typen zenuwcellen huisvesten bacteriën
Bacteriën gedijen in vetlaagje
De neuronen sturen zenuwsignalen door de hersenen via lange uitlopers: axonen. Die zijn omgeven door een vette, isolerende schede van myeline, die vol zit met bacteriën.
Celvoet herbergt microben
Astrocyten zijn zenuwcellen die voedingsstoffen van aderen naar andere zenuwcellen brengen. De bacteriën hopen zich op in hun ‘voet’, vlak bij andere cellen.
Melkzuurvoedsel kalmeert muis
Het gunstige effect van darmbacteriën op de hersenen staat al in de belangstelling sinds 2011.
Toen gaf de neuroloog John Cryan van University College Cork in Ierland zijn proefmuizen bouillon met een soort melkzuurbacteriën die bij mensen deel uitmaken van de darmflora.
Dat resulteerde in een lagere dosis van het stresshormoon corticosteron in het bloed, waarna de hersenen impulsen van angst, paniek en stress beter konden verwerken.
Na zes weken waren de muizen minder nerveus en brachten ze bijvoorbeeld meer tijd door met het verkennen van open plekken in de kooi, waar ze in de natuur op hun hoede zouden zijn voor vijanden.
Toen John Cryan de nervus vagus bij de muizen doorsneed, kwam hij erachter hoe de darmflora het brein mogelijk aanstuurt.
Deze zenuw tussen de darmen en hersenen vertelt het brein bijvoorbeeld wanneer de darmen vol zitten.
Omgekeerd kunnen de hersenen de darmen laten weten dat het nacht is en dat ze moeten rusten.
Bij muizen zonder nervus vagus hadden de melkzuurbacteriën geen antidepressief effect meer – ze werden zo nerveus als ze normaal zijn.
Sindsdien weten veel onderzoekers dat allerlei darmbacteriën ook de hersenen van de mens beïnvloeden, waardoor ze meer of minder ontvankelijk worden voor depressie, schizofrenie, angst, alzheimer en parkinson, maar hoe de darmflora precies inwerkt op het brein is nog niet zeker.
Tot nu toe was de heersende theorie dat bacteriën in de darmen de vertakkingen van de nervus vagus in de darmwand activeren, waardoor deze weer zenuwsignalen afvuurt.
Maar Rosalinda Roberts’ ontdekking duidt erop dat de microben een stukje afsteken van de lange commandoweg en zelf door de nervus vagus naar de hersenen trekken.
Microben besturen je hersenziekte
Van de bacteriesoorten die in mensenhersenen zijn gevonden, valt 92 procent onder drie grote bacteriegroepen: Bacteroidetes, Proteobacteria en Firmicutes. Ze vormen 68 procent van de darmflora en kunnen het risico op hersenziekten vergroten – of die ziekten juist tegengaan.
Bacteroidetes: Signaalstof helpt tegen depressie
Een darmflora met weinig bacteriën van de soort Bacteroides beïnvloedt stromen van zenuwsignalen in het brein in een patroon als bij depressie. Depressieve gedachten verdwijnen naarmate het gehalte bacteriën in de darmen stijgt.
Rol van bacterie: Scheidt de stof GABA uit, die signalen tussen zenuwuiteinden in het brein regelt.
Proteobacteria: Eiwit brengt alzheimer op gang
De helft van de mensen heeft Helicobacter pylori-bacteriën in de buik. Deze sturen signaalstoffen die darmflora en hersenen beïnvloeden. Alzheimerpatiënten hebben er extra veel van en muizen met die bacteriën worden dement.
Rol van bacterie: Zendt peptiden uit, waardoor hersencellen schadelijke eiwitplaques vormen.
Firmicutes: Stof in bloed verergert schizofrenie
Schizofrene patiënten hebben vaak veel bacteriën van de soort Lactobacillus – familie van melkzuurbacteriën – in de darmen. De symptomen worden doorgaans erger naarmate de darmflora meer van deze bacteriën telt.
Rol van bacterie: Vergroot het kynureninegehalte in het bloed, dat receptoren in de hersenen blokkeert.
Vrij reizen met bloed en zenuw
Roberts’ elektronenmicroscoop laat zien hoe bacteriën in de hersenen zich ophopen in myelineschedes, die de meeste neuronen omhullen als een vet isolatielaagje.
Er zit ook een myelinelaagje rondom de nervus vagus, die direct naar de hersenstam – het onderste deel van de hersenen – loopt: buiten de bloed-hersenbarrière om, die bacteriën weert.
De bacteriën hoeven zich dus alleen door de darmwand en in de isolatie van de nervus vagus te boren om de hersenen te bereiken.
De bacteriën nestelen zich echter ook in astrocyten, een speciaal type zenuwcellen, die de neuronen voeden met stoffen uit het bloed.
Astrocyten dienen het voedsel op door middel van uitgroeisels, voeten geheten, die dicht bij de bloedvaten van de hersenen liggen en voedingsstoffen opnemen. En juist in die voeten worden heel veel bacteriën aangetroffen.
Rosalinda Roberts (l) leidt het onderzoek van een grote verzameling donorhersenen.
Sommige onderzoekers denken daarom dat de bacteriën vanuit de darmen met het bloed naar de hersenen gaan, waar ze door de bloed-hersenbarrière naar de astrocyten glippen. Zwakke punten van de barrière zijn het braakcentrum van de hersenstam en de reukkolf net achter de neus.
Hier moeten de hersenen bij kunnen om gifstoffen in het bloed en geuren uit de lucht op te vangen, zodat ze kunnen reageren met overgeven.
Daarom zijn hier de veiligheidsmaatregelen uitgeschakeld, wat bacteriën goed uitkomt.
Toekomstige studies moeten uitwijzen of er extra veel bacteriën in de reukkolf en het braakcentrum voorkomen, want dat zou de theorie ondersteunen dat de bacteriën via het bloed naar de hersenen reizen.
Bacteriën en brein praten over 3 kanalen
Bacteriën besturen de hersenen via signaalstoffen, zo leek het. Maar de vondst van microben in het brein duidt erop dat ze zelf vanuit de darmen via bloed of zenuwen naar het hoofd gaan.
Met drie trucs steken bacteriën de bloed-hersenbarrière over
1) Bacteriën kunnen zich in de celwand van de ader kapselen en zo meeliften naar de hersenen.
2) Als er geen koppeling tussen cellen in de aderwand is, kan een bacterie door het gat schieten.
3) Vaak hebben witte bloedcellen toegang tot de hersenen en glippen bacteriën ook naar binnen.
Vette darmzenuw is de snelweg van de bacteriën
De bacteriën dringen door de darmwand en boren zich in de vethoudende myelineschede rond de lange nervus vagus.
Vette darmzenuw is de snelweg van de bacteriën
Hiervandaan gaan de bacteriën naar de hersenstam, waar de zenuw uitkomt, en door naar de hersenen.
Signaalstoffen van bacteriën communiceren met de hersenen
Darmbacteriën beïnvloeden de immuuncellen bij de darmwand zodanig dat we biochemische stoffen uitscheiden: cytokinen.
Signaalstoffen van bacteriën communiceren met de hersenen
Die gaan met het bloed mee naar de hersenen, waar ze de stroom zenuwsignalen en dus de hersenactiviteit beïnvloeden.
Rommelige flora bij parkinson
Darmbacteriën leven volgens het onderzoek van Rosalinda Roberts vrij vreedzaam in de hersenen zonder tot acute infecties te leiden.
Maar omdat ze bacteriën in bepaalde delen van de hersenen aantrof die betrokken zijn bij mentale of fysieke hersenstoornissen, zullen de microben waarschijnlijk op andere manieren de werking van de hersencellen beïnvloeden, en daardoor dus ook onze gedachten en geestelijke gezondheid.
Diep in de hersenen bevinden zich de zwarte kern en het striatum, gebieden die je bewegingen vloeiend maken, bijvoorbeeld wanneer je een kopje naar je mond brengt.
Bij parkinsonpatiënten werken die gebieden slecht, waardoor de bewegingen houterig, traag en beverig worden.
In beide gebieden zitten bacteriën, wat erop kan duiden dat de microben de zwarte kern of het striatum door rechtstreeks contact beïnvloeden.
92 procent van de soorten bacteriën in de hersenen hoort bij darmbacteriën.
Een ander hersengebied met een hoog gehalte bacteriën is de hippocampus, die betrokken is bij alzheimer en depressie.
In een artikel uit 2019 stelt psychiater Elizabeth Sublette van Columbia University in de VS dat sommige darmbacteriën veel voorkomen bij patiënten met depressie en dus mogelijk de ontwikkeling van die ziekte bevorderen, terwijl andere vooral bij gezonde mensen voorkomen en wellicht de hersenen helpen beschermen tegen depressiviteit.
Een betere bui dankzij bacteriën
Je humeur en levenskwaliteit worden ook beïnvloed door bacteriën, blijkt uit een groot onderzoek uit 2019. Microbioloog Jeroen Raes van de Belgische KU Leuven nam bij de darmflora van meer dan 1000 mensen een aantal opvallende verbanden waar.
Veel darmbacteriën van het type Faecalibacterium kwamen vooral voor bij mensen die emotioneel in balans waren, Butyrivibrio was kenmerkend voor het vermogen om goede sociale relaties te vormen en in de darmen van levenslustige mensen zaten veel Coprococcus-bacteriën.
Eerst moeten andere wetenschappers Roberts’ onderzoek dubbelchecken om te kijken of de bacteriën echt in de hersenen zitten.
Alleen dan kan het concrete verband tussen de bacteriën en fysieke en mentale hersenziekten worden vastgesteld.
Wellicht biedt dat een veelbelovende, nieuwe richting voor het bestrijden van hersenkwalen.