Lactaatproducerende bacteriën zetten koolhydraten om in lactaat. Andere darmbacteriën kunnen dat lactaat vervolgens gebruiken als grondstof en omzetten in onder meer butyraat of propionaat. Deze uitwisseling, cross-feeding genoemd, verbindt verschillende microben in een voedingsnetwerk en is een belangrijk onderdeel van de stofwisseling in het darmmicrobioom.
Lactaat is dus niet uitsluitend een eindproduct: in veel omstandigheden is het een tussenproduct dat door andere microben verder wordt verwerkt. De uitkomst hangt af van de aanwezige soorten, beschikbare voedingsstoffen en omgevingsomstandigheden. Lactaatproductie en -verbruik vormen functionele groepen: bacteriën worden daarbij ingedeeld op basis van hun activiteit, niet alleen op basis van hun taxonomie.
Lactobacillus-soorten en Bifidobacterium-soorten zijn bekende voorbeelden van bacteriën die lactaat kunnen produceren. Ook andere darmbacteriën kunnen dat doen, afhankelijk van de soort en de beschikbare koolhydraten. De samenstelling van de microbiota verschilt per persoon; de aanwezigheid van een geslacht alleen vertelt daarom niet precies hoeveel lactaat er wordt gevormd.
Belangrijke fermentatieroutes
Bij melkzuurfermentatie wordt suiker afgebroken tot pyruvaat. Het enzym lactaatdehydrogenase kan pyruvaat omzetten in lactaat en daarbij NADH weer omzetten in NAD+, zodat de glycolyse kan doorgaan.
Bij homolactische fermentatie is lactaat het voornaamste eindproduct van de suikerafbraak.
Bij heterofermentatieve routes ontstaan naast lactaat ook andere producten, zoals acetaat of ethanol en koolstofdioxide. Welke producten ontstaan, hangt onder meer af van de bacteriesoort en de omstandigheden.
Bifidobacteriën gebruiken vaak de bifid shunt. Deze route levert doorgaans zowel acetaat als lactaat op, maar de verhouding kan variëren.
Lactaat kan voorkomen als L-lactaat of D-lactaat. Welke vorm een bacterie produceert, is afhankelijk van de aanwezige enzymen en de soort.
Bij cross-feeding gebruikt een micro-organisme stoffen die door een ander micro-organisme zijn gemaakt. Lactaat kan zo als koolstof- en energiebron dienen voor bacteriën die het verder omzetten. Dit proces kan lactaat laten doorstromen naar andere fermentatieproducten, maar de betrokken soorten en eindproducten verschillen per darmgemeenschap.
Voorbeelden van lactaatverbruik
Anaerobutyricum hallii, eerder bekend als Eubacterium hallii, en sommige Anaerostipes-soorten kunnen lactaat samen met acetaat benutten en butyraat vormen.
Bacteriën uit onder meer de geslachten Veillonella en Megasphaera kunnen lactaat omzetten in producten zoals propionaat. De precieze route en opbrengst hangen af van de soort en de omstandigheden.
Een vereenvoudigd voorbeeld van de uitwisseling is:
Een bacterie fermenteert voedingskoolhydraten en produceert lactaat.
Lactaat komt beschikbaar voor een bacterie die het kan verbruiken; acetaat of andere voedingsstoffen kunnen daarbij eveneens nodig zijn.
De verbruiker zet lactaat om in andere metabolieten, waaronder in sommige gevallen butyraat of propionaat.
De uitwisseling is niet altijd rechtstreeks of wederzijds voordelig voor beide soorten. Ook kunnen voedingsstoffen, pH en de nabijheid van bacteriën bepalen of de overdracht daadwerkelijk plaatsvindt.
Wanneer lactaatproducerende en lactaatverbruikende bacteriën naast elkaar voorkomen, kan cross-feeding bijdragen aan de omzetting van koolhydraten en aan de vorming van korteketenvetzuren (SCFA’s), zoals butyraat en propionaat. Butyraat is onder meer een energiebron voor darmcellen. SCFA’s kunnen ook bijdragen aan processen die verband houden met de darmbarrière en immuunregulatie. De effecten hangen af van de concentratie, de locatie en de bredere darmcontext; deze processen betekenen niet automatisch dat een bepaalde bacterie ziekte voorkomt of behandelt.
Lactaat wordt in een evenwichtige microbiële gemeenschap vaak verder gemetaboliseerd. Een hogere lactaatconcentratie betekent echter niet op zichzelf dat er sprake is van een aandoening. De hoeveelheid lactaat en de mogelijke gevolgen hangen onder meer af van productie, verbruik, darmomgeving en beschikbare substraten. Veranderingen in deze processen zijn in onderzoek in verband gebracht met verschillende microbiële en gezondheidskenmerken, maar verbanden bewijzen geen oorzaak.
Wat beïnvloedt de uitwisseling?
De soorten en stammen die in de microbiota aanwezig zijn, en hun enzymatische mogelijkheden.
De aanvoer van fermenteerbare koolhydraten, waaronder voedingsvezels.
De beschikbaarheid van andere metabolieten, zoals acetaat.
Omstandigheden zoals pH en de plaatselijke beschikbaarheid van voedingsstoffen.
De microbiota is een veranderlijk ecosysteem. Daarom kan dezelfde voedingsstof bij verschillende mensen, of onder verschillende omstandigheden, tot andere metabolische uitkomsten leiden.
Onderzoek naar lactaat-cross-feeding combineert vaak laboratoriumexperimenten, analyses van microbiële genen en metabolieten, en studies van darmgemeenschappen. Samen helpen deze methoden om mogelijke routes en interacties te beschrijven. Een aangetroffen bacterie of gen bewijst op zichzelf echter niet dat een bepaalde omzetting in de menselijke darm plaatsvindt; ook directe metingen van metabolieten geven niet altijd aan welke soort ze heeft geproduceerd of verbruikt.
De samenstelling en activiteit van de microbiota verschillen per persoon en kunnen veranderen door voeding, medicatie en andere omstandigheden. Daarom is voorzichtigheid geboden bij algemene conclusies over lactaatniveaus, individuele bacteriën of gezondheidseffecten. Microbioomonderzoek kan inzichten geven in microbiële functies, maar stelt op zichzelf geen diagnose en bepaalt niet welke behandeling iemand nodig heeft.
Kort samengevat: lactaatproducerende bacteriën maken een tussenproduct dat andere microben kunnen gebruiken. Via cross-feeding kan lactaat bijdragen aan de vorming van onder meer butyraat en propionaat. Het verloop en de betekenis van die uitwisseling zijn afhankelijk van de volledige microbiële gemeenschap en de omstandigheden in de darm.
