De kracht van microbiomen
Microbiomen – ons overal omringende gemeenschappen van micro-organismen zoals bacteriën, schimmels en virussen – hebben grote impact op de gezondheid van mensen, dieren, planten en het milieu. Leren hoe ze werken, en effecten voorspellen van aangepaste of grootschalig ingezette microbiomen, effent de weg voor nieuwe toepassingen in landbouw, gezondheidszorg en voedingsindustrie.
Individuele microbiomen vormen samen ‘holomicrobiomen’, die alle domeinen omspannen. Het Holomicrobioom Initiatief gaat microbiomen in die bredere context bestuderen , en gaat computermodellen bouwen die effecten en bijeffecten van nieuwe toepassingen in alle domeinen kunnen voorspellen. Dat helpt bedrijven innovatieve producten en -diensten, gericht op gezondheid en duurzaamheid, te ontwikkelen en op de markt te brengen.
Ons voedselsysteem: vele microbiomen, één holomicrobioom
Mens
Microbiomen op onze huid en in ons spijsverteringstelsel zijn essentieel voor onze gezondheid — ze omvatten 99% van alle genen in en op ons lichaam. Maar ook de effecten van ongezonde microbiomen worden steeds duidelijker, zoals ernstige darm- of hersenziekten.
Dier
Microbiomen in darmen van kippen, varkens en koeien zijn cruciaal voor dierlijke productie en dierwelzijn maar spelen ook hoofdrollen in uitstoot van nutriënten in het milieu. Via veevoer en medicijnen beïnvloeden ze voedselveiligheid en uitbraken van dierziekten.
Plant
Microbiomen helpen voedingsgewassen om nutriënten te halen uit bodem en lucht, maar ook om insectenvraat en plantenziekten te voorkomen. Via voedselketens belanden die microbiomen in landbouwhuisdieren of direct op ons bord.
Bodem
Microbiomen in de bodem zijn essentieel voor de landbouw. Ze bepalen het bodemleven, de opname en het weglekken van meststoffen en het tegengaan van plantenziekten. En chemicaliën in de bodem sijpelen uiteindelijk door tot in het hele voedselsysteem.
Water
Gezonde microbiomen zijn essentieel voor waterkwaliteit. Ze reinigen afval, afvalwater en oppervlaktewater, maar omgekeerd kunnen micro-organismen, microbiële genen of reststoffen de kwaliteit en veiligheid van water ook ernstig bedreigen.
Het holomicrobioom als metro-netwerk
Het holomicrobioom van het voedselsysteem laat zich wel vergelijken met een metro-systeem. Op vele manieren reizen bacteriën, schimmels, virussen, microbiële genen en genproducten over het netwerk mee. Veranderingen in een microbioom op één station kunnen dus ook elders gevolgen hebben.
Bodembacteriën belanden via groentes in de darmen van consumenten; antibiotica-resistente bacteriën van patiënten komen via afvalstromen in het milieu.
Ook nieuwe behandelingen om microbiomen gezonder te maken, of innovatieve methoden om reststromen door middel van microbiomen te recyclen, kunnen via het metronet elders doorwerken. Maar zonder goede metrokaart zijn zowel effecten als neveneffecten moeilijk te voorspellen.
Instituut, database en voorspellende modellen
Het Holomicrobiome Initiative beoogt de oprichting van het Holomicrobioom Instituut, een publiek/privaat instituut dat groeiend microbioom-onderzoek in Nederland gaat richten op het in kaart brengen van interacties binnen en tussen microbiomen in nu nog vooral gescheiden optrekkende gebieden: mens, dier, plant, bodem en water. Het nieuwe instituut richt zich dus op een compleet ‘holomicrobioom’: dat van het Nederlandse voedselsysteem, dat zich uitstrekt van akkers, afvalwater en gewassen tot landbouwhuisdieren, voedsel, consumenten en patiënten.
Door onderzoek centraal te initiëren, coördineren, bundelen en integreren gaat het instituut bouwen aan een unieke, domeinoverstijgende database met grote hoeveelheden data uit lopend en nieuw opgezet microbioom-onderzoek. Via aangesloten kennisinstellingen gaat het instituut ook grootschalig, domeindoorsnijdend, langlopend cohort- en veldonderzoek opzetten en coördineren.
Bovenop deze databank bouwt het instituut met hulp van kunstmatige intelligentie (AI) en rekenkundige modellering ook krachtige computermodellen van microbiomen. Met die modellen kunnen we straks voorspellen hoe lokale ingrepen in microbiomen gewenste maar mogelijk ook minder gewenste effecten hebben verspreid over het holomicrobioom. Dat biedt grote kansen voor het identificeren, testen en valideren van kansrijke concepten voor innovatieve producten en diensten gericht op microbiomen in alle domeinen.
Voorbeelden van innovatieve producten, interventies en diensten
Uitkomsten van het werk van het Holomicrobioom Instituut krijgen grote waarde voor innovatieve bedrijven, wetenschappers, overheden en de samenleving. Ze zijn de basis voor, bijvoorbeeld, nieuwe diagnostische tests en vernieuwende prebiotische en probiotische preventie- en behandelingsinterventies, in de gezondheidszorg en de voedselproductie, en in de diervoederindustrie, de veehouderij en de veterinaire gezondheidszorg, de landbouw en in bodem- en waterbeheer – belangrijke internationale sectoren en markten. Overheden krijgen een steviger fundament voor sectordoorsnijdend beleid en nieuwe opties om regels te verfijnen en te handhaven.
Humane gezondheid
Relaties tussen microbiomen, voedselcomponenten en gezondheid worden aantoonbaar. Microbioomtesten sporen gezondheidsrisico’s eerder op, en behandelingen (zoals pre- en probiotische voeding of microbiota-transplantaties) worden ontwikkeld.
Veehouderij
Effecten van het gebruik van chemicaliën en farmaca in de veehouderij komen scherp in beeld. Veiliger en effectiever alternatieven worden ontwikkeld. Microbiomen in vee worden via veevoer gericht beïnvloed om milieunadelen en voedsel-veiligheidsrisico’s te verminderen.
Duurzame landbouw
Schade van kunstmest en pesticiden aan wortelmicrobiomen van gewassen worden zichtbaar. We vinden manieren om planten gerichter met microben te voeden. Effecten van chemicaliën op microbiomen verderop in de voedselketen worden meet- en beheersbaar.
Circulaire economie
We kunnen mest, afvalwater, vervuilde lucht en andere organische reststromen behandelen met microbiomen om waardevolle nutriënten terug te winnen en/of te voorkomen dat schadelijke stoffen of microörganismen de voedselketen binnenkomen.
Schoner water
De microbiologische kwaliteit van riool- en afvalwater kan beter worden gemeten en gevolgd. Nieuwe microbiologische behandelingen helpen afval-, oppervlakte- en industrieel water beter te reinigen en drinkwater veilig te houden.