Onderzoekers ontwikkelen geavanceerde computermodellen die kunnen voorspellen of een probiotische stam met succes de darmen van een individu zal koloniseren, waardoor mogelijk een einde komt aan het tijdperk van one-size-fits-all darmgezondheidssupplementen. De nieuwe aanpak, gedetailleerd beschreven in PLOS Biology, maakt gebruik van bestaande kennis over het bacteriële metabolisme om te simuleren hoe verschillende stammen interageren met het unieke darmmicrobioom van een persoon.
Het probleem met probiotica
De huidige probioticamarkt vertrouwt op een breedspectrumbenadering. Pillen, yoghurt en zelfs frisdrank worden op de markt gebracht met de belofte de darmgezondheid te verbeteren, maar deze producten leveren vaak geen consistente resultaten op. Dit komt omdat het darmmicrobioom van iedereen anders is; wat voor de één werkt, werkt mogelijk niet voor de ander. De simulaties lossen dit probleem op door te voorspellen of een bacteriestam zich in de darmen van een specifiek individu zal nestelen en hoe deze zich zal gedragen zodra deze zich heeft gevestigd.
Hoe de simulaties werken
Deze modellen, bekend als metabolische modellen op microbiële gemeenschapsschaal, simuleren de groei van bacteriën op basis van bestaande gegevens over hoe darmbacteriën voedingsstoffen consumeren en verwerken. Onderzoekers plaatsen een gesimuleerde bacteriestam in een digitale weergave van het darmmicrobioom van een individu om te bepalen of deze zal gedijen en welke effecten dit zal hebben. “We dachten dat dit type modelleringsplatform ons mogelijk in staat zou kunnen stellen om gepersonaliseerde reacties te identificeren en misschien zelfs gepersonaliseerde interventies te ontwerpen”, legt Sean Gibbons uit, een microbioomonderzoeker bij het Institute for Systems Biology.
Validatie van de modellen
De simulaties werden getest met behulp van gegevens uit twee klinische onderzoeken: één met synbiotica (probiotica plus prebiotische vezels) voor type 2-diabetespatiënten en een andere met een levend biotherapeutisch middel voor recidiverende Clostridioides difficile -infecties. In beide gevallen voorspelde het model nauwkeurig welke bacteriën de darmen zouden koloniseren met een nauwkeurigheid van 75-80%, inclusief het voorspellen van een toename van de productie van gunstige vetzuren met een korte keten.
De studie valideerde ook de simulaties tegen veranderingen in het voedingspatroon in de echte wereld. Zelfs toen individuen overstapten op vezelrijke diëten, voorspelde het model nauwkeurig de reactie van hun onderbuikgevoelens. Dit suggereert dat de simulaties verder kunnen gaan dan kortetermijneffecten en microbioomveranderingen op de lange termijn kunnen voorspellen.
Wat dit betekent voor de toekomst
De implicaties zijn aanzienlijk: artsen zouden binnenkort probiotische interventies kunnen ‘testen’ in digitale modellen van de darmen van een patiënt voordat ze deze voorschrijven. Onderzoekers stellen zich een toekomst voor waarin gepersonaliseerde microbioomtherapieën worden ontworpen met behulp van deze modellen, in plaats van te vertrouwen op generieke kant-en-klare producten.
“Als we het model van één persoon kunnen nemen en binnen enkele minuten of uren duizenden interventies kunnen simuleren, dan heb je plotseling een soort ‘digitale tweeling’ die de geïndividualiseerde reacties van mensen kan benaderen”, zegt Gibbons. Zijn team plant nu een klinische proef om de effectiviteit van gepersonaliseerde interventies te vergelijken met standaard probiotische behandelingen.
Het onderzoek versterkt het idee dat de beste bacteriën voor de darmgezondheid afhankelijk zijn van het individu en zijn omgeving. “Veel van deze bacteriën zijn alleen in bepaalde contexten nuttig”, zegt Nick Quinn-Bohmann, een microbioomonderzoeker. “Het heeft geen zin om voor iedereen een pakket van one-size-fits-all probiotica te hebben.”
Deze simulaties vertegenwoordigen een belangrijke stap in de richting van werkelijk gepersonaliseerde darmgezondheidsoplossingen, die verder gaan dan de huidige ‘trial-and-error’-aanpak.
