Simulatie van de babydarm doet voorspellingen over optimale melk
Het lukte David Versluis om een babydarm virtueel na te bootsen. Dat is belangrijk voor onderzoek naar verbeteringen in kunstmelk. Zulk onderzoek vindt nu vooral aan de hand van poepluiers plaats, en dat werkt niet optimaal. Versluis promoveert 23 april.
David Versluis kent leuke weetjes over moedermelk. ‘De melk van de zeebeer, een arctisch zeezoogdier, is superdik. Het is een soort brie of camembert.’ Versluis vertelt het zo enthousiast, deze bioloog zou best als een soort Freek Vonk door Antarctica kunnen trekken. Maar hij doet iets heel anders. Hij studeerde ook computerwetenschap en AI en combineerde zijn kennis om een simulatie van de babydarm te maken. Een behoorlijk goede overigens.
Poepluiers als het hoogst haalbare
De natuur heeft de voeding van babyzoogdieren uitstekend geregeld, maar soms is borstvoeding niet mogelijk. Tegenwoordig is melkpoeder op basis van koemelk een goed alternatief als borstvoeding niet gaat. Maar deze kunstmelk kan beter. ‘Sommige pasgeboren baby’s ontwikkelen bijvoorbeeld allergieën in de vorm van astma of huiduitslag, en dat kan misschien verholpen worden met betere melk.’
Onderzoeken wat er met die melk in de darmen gebeurt, is behoorlijk lastig, vertelt Versluis. ‘Je mag borstvoeding niet ontmoedigen. In ziekenhuizen moet je aanstaande ouders zien te vinden die vooraf al weten dat ze geen borstvoeding kunnen geven.’ En dan nog, je kunt die baby’s en hun ouders natuurlijk niet te veel lastigvallen. De hoogst haalbare mogelijkheid: ‘Veel onderzoek gebeurt met poepluiers.’
Het model voorspelt het effect op darmbacteriën
FrieslandCampina vroeg hoogleraar Mathematische biologie Roeland Merks om een nieuwe manier van onderzoek te verkennen. Versluis is daar als zijn promovendus in geslaagd. Hij maakte een simulatiemodel dat kan voorspellen welk effect iets meer van het een of andere suiker- of zuurmolecuul heeft. Het computerprogramma moest het babydarm-microbioom zo goed mogelijk virtueel nabootsen en weten hoe elke bacterie reageert op alle stoffen die de darm binnenkomen. En op de stoffen die in de darm ontstaan. Versluis: ‘De bacteriën in de darm eten niet alleen wat de darm binnenkomt. Ze eten ook stoffen die andere bacteriën daarvan maken en ook bijvoorbeeld darm-mucine, een beschermend laagje dat de darm zelf maakt.’
Om het nog ingewikkelder te maken: een babydarm is heftig in ontwikkeling. ‘Een volwassen darm is ook al een heel ingewikkeld systeem, maar wel vrij stabiel. Als je als volwassene anders gaat eten, verandert de samenstelling van je darmbacteriën. Maar in een baby verandert dit darm-microbioom sowieso.’ Toch lukte het Versluis vrij goed om de babydarm te simuleren. Dat bleek toen hij het model vroeg om voorspellingen te doen waarvan al bekend was dat ze klopten.
Geslaagd voor het examen
Toen het model geslaagd was voor zijn examen, mocht het onbekende voorspellingen gaan doen. ‘Een van die voorspellingen is dat het complexe suikermolecuul prebiotische melkoligosacharide 2’-fucosyllactose indirect de productie van butyraat kan stimuleren terwijl er ook allemaal andere bacteriën aanwezig zijn.’ Dat helpt mogelijk bacteriën die de stof butyraat kunnen produceren. ‘Dat zou gunstig zijn, omdat menselijke darmcellen graag butyraat eten, en hier gezonder van worden. Met microbiologen van de Universiteit van Cincinnati in Ohio zijn collega’s aan het onderzoeken of deze en andere voorspellingen kloppen.’
Versluis weet nog niet of hij verder gaat in de (baby)darmsimulatie. ‘Met het modelleren van bacteriën kun je heel veel kanten op. Je kunt bijvoorbeeld de bacteriën in de bodem simuleren, voor onderzoek naar betere groei van gewassen. Of in moerassen, waar we de vorming van broeikasgas willen begrijpen. Ook voor rioolwaterzuivering of voor de productie van biobrandstof worden dit soort simulaties gebruikt.’ Er is dus genoeg te doen in dit veld. ‘De darm is wel het meest complexe systeem. De dichtheid en het aantal verschillende soorten bacteriën is daar het grootst.’
Wat hij ook kiest, Versluis zit nu nog even helemaal in de moedermelk en complexe suikers. ‘Alle zoogdieren hebben melk met complexe suikers, vertelt hij enthousiast, ‘Dus die moeten vroeg in de evolutie zijn ontstaan. Er is één uitzondering: in de melk van de zeebeer zitten helemaal geen suikers. In de biologie heb je altijd uitzonderingen.’
David Versluis promoveert 23 april op het proefschrift ‘The developing infant gut microbiota: Mathematical predictions of the effects of oligosaccharides’.
Tekst: Rianne Lindhout