Common foods alter gut bacteria by influencing viruses
A group of researchers has brought the idea of food as a medicine one step closer. They have identified certain common foodstuffs that alter our microbiome.
In science today, food and gut bacteria are two topics that are guaranteed to fuel interest and debate. Both, of course, are interrelated, and a new study focuses on some subtleties of this relationship.
The lack of a healthy population of gut bacteria compromises our health; the same is true when we do not eat a healthful diet. However, scientists do not entirely understand the exact impact of specific foods on gut bacteria.
This knowledge gap is due, in part, to the unbelievable complexity of the microbiome. One factor that muddies the water is bacteriophages, or phages for short.
The phage
Phages are viruses that only attack bacteria. Within the gut, these viruses outnumber the dizzyingly numerous gut bacteria.
Each phage only attacks a specific type of bacterium, meaning that it can influence levels of gut bacteria. Phages need bacteria to live, so if bacteria are absent, the phages cannot survive.
This means that any foods that influence phages can influence gut bacteria and vice versa. For example, if the population of one type of phage increases, the bacteria that they consume will dwindle, potentially making room for another species of bacteria to multiply.
In this way, viruses can affect the overall microbiome — by pruning one species, they provide space for other species to fill.
Switching from prophage
Most phages in the gut are present in a dormant form — their DNA is integrated into the bacteria’s genome. In this form, they are called prophages.
Scientists have identified certain compounds that trigger prophages to return to their active form. When this happens, hundreds of new phages burst out of the bacterial cell, killing the host and attacking other bacteria; these compounds include soy sauce, nicotine, and some antibiotics, such as ciprofloxacin. To date, the list of phage-promoting compounds is relatively short.
It is essential to uncover which chemicals fuel phage activity. Because phages attack and kill bacteria, if we understand how to manipulate them, they could work as powerful, natural antibiotics.
A recent study set out to expand the list of compounds that induce phage activity. The scientists from San Diego State University, CA, published their findings in the journal Gut Microbes. They hope that their results will introduce the “possibility of using diet to intentionally landscape the human gut microbiome via prophage induction.”
“We could actually tackle certain conditions by adjusting the foods we consume that will affect microbial diversity, which in turn will influence health and diseases.”
Research associate Lance Boling
To investigate, the researchers chose a wide range of compounds that might influence phage activity. They selected a range of bacteria from two phyla that are common in the gut: Bacteroidetes and Firmicutes. They included both beneficial and pathogenic strains of bacteria.
From 117 food compounds, they narrowed down their search to just 28. The researchers observed the growth of bacteria in the presence of each specific compound; they also observed its growth without the compound as a control. Next, they used flow cytometry, a process that is sensitive enough to detect unimaginably small virus particles.
Which foods influence phages?
Of the 28 candidates, 11 compounds produced levels of virus particles at a rate higher than the controls, which signifies that they influenced phage activity.
Some of the most significant phage boosts occurred in the presence of clove, propolis (a compound produced by bees), uva ursi (also known as kinnikinnick or bearberry), and aspartame.
The most potent prophage inducer was stevia, which is a plant-derived sugar substitute. With some species of the bacterial strains, stevia increased the number of virus particles by more than 400%.
Conversely, some foods reduced the number of virus particles; most notably, these included rhubarb, fernet (a type of Italian liquor), coffee, and oregano.
To complicate matters, some compounds boosted phage activity associated with some bacteria, but reduced phage activity related to others; these compounds include toothpaste, grapefruit seed extract, and pomegranate.
According to the authors, one of the most potent antibacterial foods was hot tabasco sauce, which “reduced the growth of all three [gastrointestinal] species, except the opportunistic pathogen P. aeruginosa, by an average of 92%.”
Tabasco contains vinegar, but when they tested vinegar alone, it only reduced bacterial growth by 71%. They believe that capsaicin — the spicy compound in chilis — may explain the additional antibacterial capabilities. However, in the experiments with tabasco, no virus particles were found, so phages are unlikely to be involved.
The future
These findings are important. Scientists now know that the microbiome can influence our physical and mental health; it can also cause inflammation and increase cancer risk. If scientists can work out how to alter the microbiome in specific ways, they can, in theory, remove or reduce these risks.
As one of the authors, Forest Rohwer, explains, “The ability to kill specific bacteria, without affecting others, makes these compounds very interesting.”
The new list of compounds is by no means exhaustive, of course, as Rohwer says, “There are probably thousands of compounds that would be useful for eliminating unwanted bacteria.”
The authors hope that scientists will continue along these lines. They also explain that scientists will need to try to figure out the molecular mechanisms that switch the phage from inactivity to activity.

De door de computer vertaalde Engelse tekst (let op: gelet op de vaak technische inhoud van een artikel kunnen bij het vertalen wellicht vreemde en soms niet helemaal juiste woorden en/of zinnen gevormd worden)

Gewone voedingsmiddelen veranderen de darmbacteriën door virussen te beïnvloeden
Een groep onderzoekers heeft het idee van voedsel als medicijn een stap dichterbij gebracht. Ze hebben bepaalde veelvoorkomende voedingsmiddelen geïdentificeerd die ons microbioom veranderen.
In de wetenschap van vandaag zijn voedsel en darmbacteriën twee onderwerpen die gegarandeerd interesse en debat zullen aanwakkeren. Beiden zijn natuurlijk met elkaar verbonden en een nieuwe studie richt zich op enkele subtiliteiten van deze relatie.
Het ontbreken van een gezonde populatie darmbacteriën brengt onze gezondheid in gevaar; hetzelfde geldt als we geen gezond dieet volgen. Wetenschappers begrijpen echter niet helemaal de exacte impact van specifiek voedsel op darmbacteriën.
Deze kenniskloof is gedeeltelijk te wijten aan de ongelooflijke complexiteit van het microbioom. Een factor die het water vertroebelt, zijn bacteriofagen of kortweg fagen.
De faag
Fagen zijn virussen die alleen bacteriën aanvallen. In de darmen zijn deze virussen talrijker dan de duizelingwekkend talrijke darmbacteriën.
Elke faag valt alleen een specifiek type bacterie aan, wat betekent dat het de darmbacterieniveaus kan beïnvloeden. Fagen hebben bacteriën nodig om te leven, dus als bacteriën afwezig zijn, kunnen de fagen niet overleven.
Dit betekent dat elk voedsel dat fagen beïnvloedt, darmbacteriën kan beïnvloeden en vice versa. Als de populatie van één type faag bijvoorbeeld toeneemt, zullen de bacteriën die ze consumeren afnemen, waardoor er mogelijk ruimte ontstaat voor een andere bacteriesoort om zich te vermenigvuldigen.
Op deze manier kunnen virussen het algehele microbioom aantasten - door één soort te snoeien, bieden ze ruimte voor andere soorten om te vullen.
Overstappen van profaag
De meeste fagen in de darmen zijn in slapende vorm aanwezig - hun DNA is geïntegreerd in het genoom van de bacterie. In deze vorm worden ze profeten genoemd.
Wetenschappers hebben bepaalde verbindingen geïdentificeerd die ervoor zorgen dat profagen terugkeren naar hun actieve vorm. Wanneer dit gebeurt, barsten honderden nieuwe fagen uit de bacteriële cel, waarbij de gastheer wordt gedood en andere bacteriën worden aangevallen; deze verbindingen omvatten sojasaus, nicotine en sommige antibiotica, zoals ciprofloxacine. Tot op heden is de lijst van faagbevorderende verbindingen relatief kort.
Het is essentieel om te achterhalen welke chemicaliën faagactiviteit stimuleren. Omdat fagen bacteriën aanvallen en doden, kunnen we, als we begrijpen hoe we ze moeten manipuleren, werken als krachtige, natuurlijke antibiotica.
Een recente studie had tot doel de lijst met verbindingen die faagactiviteit induceren uit te breiden. De wetenschappers van de San Diego State University, CA, publiceerden hun bevindingen in het tijdschrift Gut Microbes. Ze hopen dat hun resultaten de "mogelijkheid van het gebruik van een dieet om opzettelijk het menselijke darmmicrobioom te profileren via inductie van profagen" introduceren.
"We kunnen bepaalde omstandigheden zelfs aanpakken door het voedsel dat we consumeren aan te passen dat de microbiële diversiteit beïnvloedt, wat op zijn beurt de gezondheid en ziekten zal beïnvloeden."
Onderzoeksmedewerker Lance Boling
Om dit te onderzoeken, kozen de onderzoekers een breed scala aan verbindingen die de faagactiviteit zouden kunnen beïnvloeden. Ze selecteerden een reeks bacteriën uit twee phyla die veel voorkomen in de darm: Bacteroidetes en Firmicutes. Ze omvatten zowel nuttige als pathogene bacteriestammen.
Van 117 voedselverbindingen beperkten ze hun zoektocht tot slechts 28. De onderzoekers observeerden de groei van bacteriën in de aanwezigheid van elke specifieke verbinding; ze observeerden ook de groei ervan zonder de verbinding als controle. Vervolgens gebruikten ze flowcytometrie, een proces dat gevoelig genoeg is om onvoorstelbaar kleine virusdeeltjes te detecteren.
Welk voedsel beïnvloedt fagen?
Van de 28 kandidaten produceerden 11 verbindingen meer virusdeeltjes dan de controles, wat betekent dat ze de faagactiviteit beïnvloedden.
Enkele van de meest significante faagboosts traden op in de aanwezigheid van kruidnagel, propolis (een stof geproduceerd door bijen), uva ursi (ook bekend als kinnikinnick of berendruif) en aspartaam.
De krachtigste profaaginductor was stevia, een van planten afkomstige suikervervanger. Bij sommige soorten van de bacteriestammen verhoogde stevia het aantal virusdeeltjes met meer dan 400%.
Omgekeerd verminderden sommige voedingsmiddelen het aantal virusdeeltjes; deze omvatten met name rabarber, fernet (een soort Italiaanse drank), koffie en oregano.
Om de zaken nog ingewikkelder te maken, verhoogden sommige verbindingen de faagactiviteit geassocieerd met sommige bacteriën, maar verminderden ze de faagactiviteit gerelateerd aan andere; deze verbindingen zijn onder meer tandpasta, extract van grapefruitzaden en granaatappel.
Volgens de auteurs was een van de krachtigste antibacteriële voedingsmiddelen hete tabasco-saus, die 'de groei van alle drie de [gastro-intestinale] soorten, behalve de opportunistische pathogeen P. aeruginosa, met gemiddeld 92% verminderde'.
Tabasco bevat azijn, maar toen ze alleen azijn testten, verminderde het de bacteriegroei slechts met 71%. Ze geloven dat capsaïcine - de pittige stof in chili - de extra antibacteriële eigenschappen kan verklaren. Bij de experimenten met tabasco werden echter geen virusdeeltjes gevonden, dus het is onwaarschijnlijk dat fagen erbij betrokken zijn.
De toekomst
Deze bevindingen zijn belangrijk. Wetenschappers weten nu dat het microbioom onze fysieke en mentale gezondheid kan beïnvloeden; het kan ook ontstekingen veroorzaken en het risico op kanker verhogen. Als wetenschappers kunnen uitzoeken hoe ze het microbioom op specifieke manieren kunnen veranderen, kunnen ze in theorie deze risico's verwijderen of verminderen.
Een van de auteurs, Forest Rohwer, legt uit: "Het vermogen om specifieke bacteriën te doden zonder anderen te beïnvloeden, maakt deze verbindingen erg interessant."
De nieuwe lijst met verbindingen is natuurlijk niet uitputtend, zoals Rohwer zegt: "Er zijn waarschijnlijk duizenden verbindingen die nuttig zouden zijn voor het elimineren van ongewenste bacteriën."
De auteurs hopen dat wetenschappers deze lijn zullen blijven volgen. Ze leggen ook uit dat wetenschappers zullen moeten proberen de moleculaire mechanismen te achterhalen die de faag van inactiviteit naar activiteit veranderen.