Jarenlang speelde 16S-sequencing een belangrijke rol in het onderzoek naar het microbioom. Het hielp wetenschappers bacteriële gemeenschappen op manieren te onderzoeken die voorheen moeilijk, duur of onmogelijk waren. Veel vroege ontdekkingen die het darmmicrobioom verbonden met de menselijke biologie, waren gebaseerd op 16S-studies¹.

Maar de wetenschap rond het microbioom is snel geëvolueerd.

Moderne sequencingtechnologieën stellen onderzoekers nu in staat om het microbioom op een veel dieper niveau te onderzoeken, en steeds meer wetenschappers stappen af van traditionele 16S-benaderingen en kiezen voor bredere metagenomische methoden, zoals shotgun-sequencing.

Dat betekent niet dat 16S ‘slecht’ of verouderd is. Het heeft nog steeds belangrijke toepassingen in onderzoek. Maar wanneer wetenschappers streven naar een hogere resolutie, een bredere ecosysteemanalyse en dieper functionele inzichten, worden nieuwere technologieën steeds belangrijker.

Dit zijn vijf belangrijke redenen waarom modern microbioomonderzoek verder gaat dan 16S-sequencing.

1. Het microbioom is meer dan alleen bacteriën

Een van de grootste beperkingen van 16S-sequencing is dat het zich voornamelijk richt op bacteriën.

Maar het darmmicrobioom is veel complexer dan alleen bacteriële gemeenschappen².

In het darmecosysteem bestuderen onderzoekers ook:

• schimmels
• virussen
• bacteriofagen
• archaea
• microbiële interacties tussen deze groepen

Moderne shotgun-metagenomische sequencing kan veel bredere delen van het microbiële ecosysteem analyseren, omdat het het totale DNA in een monster onderzoekt in plaats van alleen geselecteerde bacteriële markerregio's³.

Dit bredere perspectief wordt steeds belangrijker in de wetenschap rond het microbioom, waarin onderzoekers het microbioom nu zien als een onderling verbonden ecologisch netwerk in plaats van een eenvoudige bacteriële catalogus.

2. Onderzoekers willen een hogere resolutie

Een andere belangrijke beperking van veel 16S-benaderingen is de taxonomische resolutie.

16S-sequencing identificeert micro-organismen vaak hoofdzakelijk op genusniveau. Maar verschillende soorten binnen hetzelfde genus kunnen zich heel anders gedragen en kunnen verschillende metabole eigenschappen, ecologische rollen of microbiële interacties hebben⁴.

Moderne shotgun-sequencing maakt vaak een diepere resolutie mogelijk tot op soortniveau.

Deze hogere resolutie helpt onderzoekers om beter te begrijpen:

• microbiële diversiteit
• ecosysteemcompositie
• subtiele verschuivingen binnen microbiële gemeenschappen
• interacties tussen specifieke micro-organismen

Naarmate microbiële datasets groter en geavanceerder worden, wordt dit niveau van detail steeds waardevoller.

3. Modern onderzoek richt zich meer op functie

Een van de belangrijkste verschuivingen in de wetenschap rond het microbioom is de overgang van:
“Welke bacteriën zijn aanwezig?”
naar:
“Wat kan het microbioom eigenlijk doen?”

Juist hier wordt shotgun-metagenomica bijzonder krachtig.

Omdat grote delen van het microbiële DNA worden geanalyseerd, kunnen onderzoekers het functionele genetische potentieel binnen het microbioom onderzoeken⁵.

Dit omvat paden die verband houden met:

• microbieel metabolisme
• productie van korteketenvetzuren
• gasproductie
• resistentie-geassocieerde genen
• bredere functies van het microbiële ecosysteem

Dit meet de metabolieten zelf niet direct, maar het stelt wetenschappers in staat om het genetische potentieel achter microbiële functies te bestuderen.

Steeds meer richt modern microbioomonderzoek zich niet alleen op microbiële identiteit, maar ook op microbiële activiteit en ecosysteemfunctionaliteit.

4. De menselijke darmen bevatten miljoenen microbiële genen

Het menselijke microbioom bevat vele malen meer genetisch materiaal dan het menselijke genoom zelf⁶.

Dat besef heeft de manier waarop wetenschappers over het darmecosysteem denken fundamenteel veranderd.

Traditionele 16S-benaderingen onderzoeken slechts een klein bacteriële markerregio. Shotgun-metagenomica kan daarentegen veel grotere delen van microbiële genetische informatie analyseren.

Dit stelt onderzoekers in staat om te onderzoeken:

• bredere microbiële diversiteit
• microbiële genencatalogi
• ecosysteemcomplexiteit
• resistentie-geassocieerde genen
• microbiële evolutionaire relaties

Naarmate sequencingtechnologieën en bio-informatica zich blijven ontwikkelen, is het vermogen om deze grote microbiële datasets te analyseren een van de drijvende krachten geworden achter modern microbioomonderzoek.

5. De wetenschap rond het microbioom wordt meer ecosysteemgericht

Misschien is de grootste conceptuele verschuiving hoe onderzoekers nu naar het microbioom zelf kijken.

In het verleden richtte microbioomanalyse zich vaak op individuele bacteriële groepen in isolatie. Tegenwoordig benaderen steeds meer wetenschappers het darmmicrobioom als een dynamisch ecologisch systeem⁷.

Dieet, stress, slaap, antibiotica, omgeving, gastheerbiologie en microbiële interacties beïnvloeden het microbioom voortdurend.

Dit perspectief op systeemniveau vereist bredere datasets en meer omvattende sequencingbenaderingen.

Dat is een van de redenen waarom shotgun-metagenomica steeds belangrijker wordt:
het stelt onderzoekers in staat om het microbioom te bestuderen als een complex ecosysteem in plaats van een beperkte bacteriële momentopname.

Betekent dit dat 16S niet meer nuttig is?

Helemaal niet.

16S-sequencing blijft waardevol voor:

• grote cohortstudies
• exploratieve projecten met lagere kosten
• brede overzichten van bacteriële gemeenschappen
• bepaalde ecologische onderzoeksvragen

Het wordt nog steeds veel gebruikt in de wetenschap rond het microbioom.

Maar naarmate sequencingkosten dalen en computationele hulpmiddelen verbeteren, beweegt modern microbioomonderzoek zich steeds meer naar meer omvattende metagenomische benaderingen.

Het vakgebied evolueert van eenvoudige bacteriële samenvattingen naar diepere analyses op ecosysteemniveau.

En die overgang vormt de manier waarop wetenschappers het menselijke microbioom bestuderen opnieuw.

De toekomst van microbioomonderzoek

Het microbioomveld is nog jong. Veel vragen blijven onbeantwoord en onderzoekers blijven verfijnen hoe microbiële ecosystemen worden bestudeerd en geïnterpreteerd.

Maar één ding wordt steeds duidelijker:

Toekomstige wetenschap rond het microbioom zal waarschijnlijk:

• rijker zijn aan data
• meer op het ecosysteem gericht zijn
• meer op functie gericht zijn
• computationeel geavanceerder zijn
• hogere resolutie hebben

Moderne sequencingtechnologieën openen geheel nieuwe wegen om de microbiële wereld in ons te verkennen.

En we beginnen nog maar net de complexiteit ervan te begrijpen.

Het kiezen van de juiste technologie is belangrijk

Elke sequencingmethode heeft zijn sterke punten, en 16S-sequencing blijft een belangrijke rol spelen in microbioomonderzoek. Naarmate onderzoekers echter diepere inzichten in microbiële ecosystemen zoeken, wordt shotgun-metagenomica de voorkeursbenadering voor het bestuderen van het darmmicrobioom op hogere resolutie en met meer functionele diepgang.

Het begrijpen van deze verschillen helpt onderzoekers, zorgprofessionals en consumenten om meer weloverwogen beslissingen te nemen – bijvoorbeeld bij het kiezen van de beste analyse van het darmmicrobioom.

Wetenschappelijke referenties

1. Johnson JS et al. Evaluation of 16S rRNA gene sequencing for species and strain-level microbiome analysis. Nat Commun. 2019.
2. Huttenhower C et al. Structure, function and diversity of the healthy human microbiome. Nature. 2012.
3. Quince C et al. Shotgun metagenomics, from sampling to analysis. Nat Biotechnol. 2017.
4. Almeida A et al. A unified catalog of 204,938 reference genomes from the human gut microbiome. Nat Biotechnol. 2021.
5. Lloyd-Price J et al. Multi-omics of the gut microbial ecosystem in inflammatory bowel diseases. Nature. 2019.
6. Qin J et al. A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing. Nature. 2010.
7. Knight R et al. The microbiome and human biology. Annu Rev Genomics Hum Genet. 2017.