De strijd tussen ouderlijke genen

In zijn boek ‘Brain Cuttings’ behandelt Carl Zimmer een oorzaak van autisme en van schizofrenie. Hij laat zien dat we eigenlijk allemaal tussen deze twee extremen van mentale ziekten leven. Dit heeft alles te maken met een strijd tussen de genen die van de vader en de moeder komen. Het gaat om de inactivering van genen van of de vader of de moeder door epigenetische mechanismen zoals methylatie, waardoor er een zekere balans tussen deze genen ontstaat. Dit proces kan verstoord raken door mutaties of deleties van de betreffende genen.

David Haig van Harvard University stelde in 1999 dat genetische imprinting een evolutionaire strijd is tussen de genen van vaders en moeders. Vaders en moeders hebben niet dezelfde strategie in het succesvol doorgeven van hun genen. De moeder moet een afweging maken van haar eigen gezondheid tegenover een goed gevoed en gezond kind. Zou zij teveel investeren in de groei van haar kind dan zou zij minder kinderen op de wereld kunnen zetten dan moeders die minder energie stoppen in hun kinderen. De trade-off is om veel maar niet teveel te investeren in elk kind.

Vaders genen zullen het best terecht komen in kinderen die het maximum aan voedsel van hun moeder kunnen krijgen. Natuurlijke selectie zou mutaties in vaders genen bevoordelen die de hoeveelheid voedsel die kinderen van hun moeder krijgen verhoogt. Deze genen zouden de snelheid waarmee de foetus groeit kunnen verhogen of de agressiviteit waarmee de placenta in de weefsels van de moeder doordringt kunnen doen toenemen. Moeders zouden genen kunnen ontwikkelen die deze groei remmen en in toom houden of ze zouden vaders genen kunnen silencen. Al deze mechanismen doen zich inderdaad voor bij zoogdieren zoals de mens.

Veel van de genen die ingeprent zijn spelen een rol in de vorming van het brein. Sommige zijn uitsluitend in het brein actief. Het blijkt dat ook onze hersenen gevormd worden door een conflict tussen de genen van onze ouders. Het gedrag van kinderen kan immers een van de ouders meer ten goede komen. Moeders moeten hun aandacht en middelen verdelen over hun kinderen. Een kind dat veel aandacht vraagt zorgt ervoor dat de anderen minder aandacht krijgen. Vaders’ genen zullen er voordeel bij hebben het kind om meer voedsel en aandacht te laten vragen. Moeders zullen deze genen silencen.

Er zijn twee ziekten in de mens die voortkomen uit een verstoorde imprinting van de genen. Het gaat om genen op het chromosoom 15. Als er door een deletie op het chromosoom 15 een bepaald gen van vaders kant ontbreekt dan ontstaat het Prader Willi syndroom. Alleen de corresponderende genen van moeder komen tot uitdrukking. Het kind drinkt erg weinig gedurende de borstvoeding, laat zich uithongeren en moet kunstmatig gevoed worden om het in leven te houden. Na een paar jaar eet het erg veel door een slechte werking van de hypothalamus. Deze mensen ontwikkelen schizofrenie.

Is het gen van moeders kant gemuteerd of ontbreekt het, dan komen alleen de genen van vaders kant tot uitdrukking. Er ontwikkelt zich het Angelman syndroom. Tijdens de borstvoeding strekt de baby de tong ver uit en zuigt wanhopig. Het kind lacht en glimlacht voortdurend, beweegt veel, zwaait wild met de handen en is autistisch. Kortom het eist veel voedsel en energie van de moeder die geen tijd meer heeft voor haar andere kinderen. Het kind ontwikkelt autisme. Voor iemand die autistisch is, is het moeilijk te begrijpen wat anderen denken en voelen. Schizofrenen doen dat vaak juist te goed. Empathische kinderen snappen de benodigdheden van moeder en broers beter. Moeders genen brengen empathie. Vaders genen zouden deze distracties vermijden om meer van de moeder te krijgen.

Imprinting van deze genen laat zien dat evolutie gebaseerd is op natuurlijke selectie van zelfzuchtige genen. Deze genen beïnvloeden niet alleen de embryologische ontwikkeling en de fysiologie van het kind maar ook zijn mentale ontwikkeling.

Uit: ‘Brain Cuttings: Fifteen Journeys trough the mind’ by Carl Zimmer ebook 2010

en gebaseerd op artikel in Nature.

Het microbioom van de mens

Nog niet zo lang geleden begon men zich te realiseren dat wij mensen een enorme flora aan microben bezitten die normaal gesproken grotendeels uit ‘goede’ bacteriën bestaat. Voor die tijd werden bacteriën voornamelijk beschouwd als ziekteverwekkers en zonder pardon bestreden met antibiotica. Dit laatste heeft niet alleen grote gevolgen voor de ontwikkeling van resistentie bij bacteriën, maar betekent ook voor ieder individu een aanslag op zijn of haar gezondheid die heel ingrijpende en langdurige gevolgen kan hebben.

Een kaart van de verscheidenheid binnen het menselijke microbioom (klik op de foto voor een grotere versie)

Het microbioom van de mens is het totaal aan microben (bacteriën, archaea en virussen) dat te vinden is op de huid, in holtes en spleten en vooral in het darmkanaal. Het aantal microben ligt rond de 10 voor elke menselijke cel. De afgelopen 5 jaar is voor het eerst het microbioom van 242 gezonde mensen gescreend. Deze gegevens maken deel uit van het Human Microbiome Project (HMP) waarvan de resultaten afgelopen juni gepubliceerd werden. De mensen zijn zorgvuldig geselecteerd omdat hun microbioom dat van een gezond mens moest vertegenwoordigen. Bij kleine infecties in de neus of bij een teen werden deze mensen van de studie uitgesloten. Hun microbioom moest dat van een zo gezond mogelijk mens zijn.

De bacteriën van het microbioom houden bijvoorbeeld onze huid soepel en vormen een barrière waardoor de slechte bacteriën niet tot de huid kunnen doordringen. Andere bacteriën zijn, zoals iedereen inmiddels weet, uitermate belangrijk voor het welzijn van onze darmen en de absorptie van voedsel. Uit deze studie is gebleken dat er enorme variaties van het microbioom zijn tussen mensen onderling en tussen de verschillende plekken van het lichaam. Ieder mens heeft een eigen identiteit voor wat betreft het microbioom. De verschillende microbiomen worden gekenmerkt door de variatie aan type bacteriën en door de relatieve hoeveelheid van elk type bacterie.

Nu er bij zowel wetenschappers als medici het besef begint te komen dat het microbioom zo belangrijk is voor onze gezondheid is er een nieuwe biomedische tak ontstaan die wel medische ecologie genoemd wordt. Hierin worden wij met ons microbioom beschouwd als ecologische systemen met hun eigen evenwicht. Dit evenwicht kan drastisch verstoord worden door gebruik van antibiotica waarbij het niet zo zeker is of het oude evenwicht na de kuur weer hersteld wordt. Nu wil niemand antibiotica uitbannen, maar er zijn aanwijzingen dat het gebruik ervan ook kan leiden tot obesitas en diabetes.

Het microbioom ontstaat bij de geboorte. Reeds in de vagina van de zwangere vrouw zijn er lactobacillen aanwezig die normaal alleen in de darmen gevonden worden. De zojuist geboren baby wordt ermee bedekt en sommige lactobacillen gaan deel uitmaken van de darmflora waar ze de melk verteren. Er zijn onder 16 zogende moeders wel 600 verschillende bacteriën gevonden in de melk. Er kwamen ook oligosachariden in voor, suikers die baby’s niet kunnen verteren, maar bepaalde bacteriën wel. Met de groei van het kind wordt het microbioom complexer en wordt het de ‘leermeester’ van het immuunsysteem. Experimenten op ‘steriele’ muizen hebben aangetoond dat het immuunsysteem in afwezigheid van microbioom juist ontstekingen veroorzaakt. Als volwassenen werden de muizen dan vaak astmatisch of leden aan chronische ontsteking van de darmen. Daar was niets meer tegen te doen. Als de jonge muizen daarentegen een microbioom ontvingen werden deze problemen voorkomen.

Nu het microbioom beter bekend is, is het wellicht mogelijk een verstoord microbioom te redden. Bijvoorbeeld door middel van huidcrèmes waarop de ‘goede’ bacterien zich kunnen voeden en de plaats innemen van een schadelijke Staphylococcus aureus bijvoorbeeld. Of door middel van een transplantatie van ontlasting van een gezonde naar een zieke darmflora. In 83% van de 124 transplantatiegevallen is dit met succes beloond. Het onderzoek is wetenschappelijk nog niet goedgekeurd omdat er geen controlegroep bestond. Deze methode is veelbelovend. Temeer het mogelijk is het metabolisme van suiker te veranderen door een transplantatie van darmflora van dunne mensen naar mensen met obesitas.

Het is nu nog een kwestie van overtuigen van artsen. Dezen houden vaak van smetteloze omgevingen en steriele handen, dus kan het wel even duren voordat zij ons ecosysteem met microbioom als iets positiefs beschouwen, iets dat zoveel mogelijk beschermd of geïntegreerd dient te worden.

Uit: Nature, Carl Zimmer, Ed Yong op de radio, Jonathan Eisen.