De laatste tijd lezen en horen we veel over het microbioom. Het is het geheel van alle micro-organismen, oftewel microben. Het zijn de bacteriën, virussen, gisten en schimmels waarvan enkele ons ziek maken, maar de meeste nuttige functies vervullen.

Wie niet onder een steen heeft gelegen had al eerder over het microbioom kunnen horen. Want in 2001 introduceerde microbioloog en Nobelprijswinnaar Joshua Lederberg het woord microbioom. Direct daarna begonnen onderzoekers het woord te gebruiken.

Het woord microbioom

Het woord microbioom werd vooral populair als het ging over de darmen. Meerdere medici en influencers noemen die darmen tegenwoordig het tweede brein. En dat komt dan vooral door de (samen)werking van micro-organismen in de darmen, en hun communicatie via de zenuwen met de hersenen.

De meeste van alle biljoenen bacteriën, vele virussen, gisten en schimmels in de darmen zorgen voor onze gezondheid. Ze houden het afweersysteem in stand, houden de darmwand gezond en zorgen op andere manieren dat we minder ziek zijn en sneller beter worden.

Eerder gebruik van het woord microbioom

Velen veronderstellen dat Lederberg de eerste gebruiker was van het woord microbioom. Maar in 1988 gebruikt John Whipps het woord al in het boek ‘Fungi in Biological Control Systems’. Daar in schrijft hij ‘een handig ecologisch kader om biocontrolesystemen te onderzoeken is dat van het microbioom’.

Het woord microbioom in een boek uit 1988

Daarna legt hij uit dat het woord verwijst naar een karakteristieke microbiële gemeenschap. Die een redelijk goed gedefinieerde leefomgeving heeft en verschillende fysisch-chemische eigenschappen. De term verwijst volgens hem niet alleen naar de betrokken micro-organismen. Waarna hij de alinea beëindigt met de beeldspraak dat microbioom ook omvat het theater van activiteit van micro-organismen.

Het idee van een microbioom

Het woord microbioom is dus vrij nieuw, of het je het nu plaatst in 2001 of 1988. Maar het idee is al flink ouder. In de 19de eeuw keek Sergei Winogradsky al naar het belang van de invloed van en samenwerking tussen micro-organismen. Men noemt de Rus/Oekraïense microbioloog Sergei Winogradsky daarom wel de vader van de moderne microbiële ecologie. Dat is de natuurwetenschap die kijkt naar de relaties tussen micro-organismen en hun omgeving.

Sergei Winogradsky werd geboren in 1856 in Kiev. Hij blonk uit op school en toonde zich daar een nieuwsgierige geest. Het duurde echter enige tijd voor hij zich met wetenschappelijk onderzoek bezighield. Eerst studeerde hij onder andere rechten en muziek aan de universiteit van Sint-Petersburg. Maar op zijn 21ste ging hij alsnog scheikunde studeren, gevolgd door botanie.

Kijken naar micro-organismen

Na zijn studie werkte Sergei Winogradsky eerst in het laboratorium van de Russische botanicus Andrei Famintsyn. Daar bestudeerde hij Mycoderma vini, tegenwoordig bekend als oen bekend als de veroorzaker van bederf van wijn. Daarna onderzocht hij bij de Duitse botanicus Anton deBary de groei van Beggiatoa, een geslacht van kleurloze, draadvormige proteobacteriën.

Sergei Winogradsky werkte bij nog enkele laboratiums en werd uiteindelijk hoofd van de afdeling algemene microbiologie van het Keizerlijk Staatsinstituut voor Experimentele Geneeskunde in Sint-Petersburg. Daar vond hij, na veel vallen en opstaan in zijn onderzoek rond bacteriën, een manier om natuurlijke bodemgesteldheid na te bootsen.

Microbioom, verbondenheid van micro-organismen

Dit nabootsen van de natuurlijke bodem bevestigde Winogradsky de onderlinge verbondenheid van micro-organismen. Bacteriën zouden volgens hem onder andere ruimte innemen die andere micro-organismen verlieten en producten van hen uit de stofwisseling gebruiken.

Vanuit die observatie pleitte hij voor de noodzaak om micro-organismen in hun natuurlijke omgeving te bestuderen. Daarmee startte de microbiële ecologie. Het bestudeert hoe micro-organismen met elkaar omgaan in hun omgeving. Die omgeving kan overal zijn, in het water, de lucht, een levend wezen of een combinatie daarvan.

De kolom van Winogradsky

Sergei Winogradsky ontwikkelde een kweekapparaat voor het bestuderen van micro-organismen. In deze Winogradsky-kolom kunnen onderzoekers zien hoe micro-organismen met elkaar omgaan in hun natuurlijke omgeving. De kolom met bacteriën en andere microscopisch kleine beestjes vormt vaak een fascinerend geheel van kleurverandering.

Door die soms prachtige kleurschakeringen wordt de kolom nog steeds gebruikt. Voor onderzoek heeft de kolom tegenwoordig veel minder betekenis. Hoewel het een fraai voorwerp is om studenten de micro-gemeenschappen te tonen in een kleine omgeving. Het toont als het ware het microbioom van die omgeving.

Een beruchte buis

Bij sommige bronnen las ik over de beruchte kolom van Winogradsky. Waarom berucht? Hooguit kan de kleurrijke kolom bij nieuwkomers in de microbiële ecologie intrigerend of uitdagend zijn. Persoonlijk vind ik het een mooi apparaat dat in al zijn eenvoud de complexiteit van samenlevende en -werkende micro-organisme toont. En daarmee een glazen illustratie van microbioom is. Bovendien vormen de veranderende kleuren een fraai schouwspel, hoewel soms pas na dagen of weken verandering te zien is. Dat heeft vooral te maken met het type micro-organisme, temperatuur, fermentatie en dergelijke.

Waarom dan toch berucht? Mogelijk omdat het weinig exact is. Wetenschappers kunnen hun eigen interpretatie geven van wat ze zien en meten. Dit leidt tot onnauwkeurige conclusies of tot Diederik Stapeltjes. Overigens is voor het begrijpen van wat er in de kolom gebeurt minstens een goede basiskennis van microbiologie nodig.

Een microbioom schilderij

Maar berucht… ik denk dat de kolom vooral een mooi historisch voorbeeld is van een apparaat om het microbioom te bestuderen. Zo’n levende kleuromgeving, hoewel soms toch wat grauw, zou ook niet misstaan in een woonkamer. Wellicht dat het zelfs in een platte vorm als schilderij aan de muur kan, als een levend microbioom schilderij.

Dan moeten microbiologen wel een mooi palet van micro-organismen bij elkaar zetten. Niet gebaseerd op wetenschappelijk onderzoek, maar op fraai kleuren.

Aanvullende informatie:

• Winogradsky heet wellicht de vader van de moderne microbiële ecologie te zijn. Onze eigen Antonie van Leeuwenhoek wordt gezien als de grondlegger van de microbiologie. Hij ontdekte rond 1670 microscopisch kleine organismen en experimenteerde ermee.
• T.S. Amar Anand Rao schreef meerdere boeken over de Winogradsky kolom, onder ander ‘New insights on Winogradsky colomn …‘. Als wetenschapper is hij echter niet te vinden, bijvoorbeeld een verbintenis aan een universiteit of laboratorium.
• Diverse schrijvers schreven boeken met als titel ‘Advances in Microbial Ecology‘, de meeste overigens als oplopend volume bij het Springer Verlag.