Methanogenen zijn micro-organismen uit het domein Archaea die onder zuurstofarme omstandigheden methaan kunnen produceren. In het menselijk darmmicrobioom gebruiken ze onder meer waterstof en koolstofdioxide of bepaalde methylverbindingen als grondstof. Ze zijn dus geen bacteriën, ook al leven ze samen met bacteriën in dezelfde microbiële gemeenschap.
Methanogenen komen voor in zuurstofvrije milieus, zoals de dikke darm, sedimenten en anaerobe vergisters. Hun activiteit is onderdeel van de methanogenese: de biologische vorming van methaan. Dit proces is anaëroob en vindt plaats zonder zuurstof.
Methanogenen als functionele groep in de darm
Functionele groepen zijn micro-organismen die vergelijkbare taken uitvoeren of via hun stofwisseling op elkaar inwerken. In de darm werken methanogenen samen met onder meer fermenterende bacteriën. Die bacteriën breken voedingsbestanddelen af en kunnen daarbij waterstof, koolstofdioxide en andere producten vormen. Methanogenen verbruiken een deel van die stoffen en zetten ze om in methaan.
Deze uitwisseling kan de verhoudingen tussen micro-organismen en hun stofwisselingsproducten beïnvloeden. De precieze werking verschilt per persoon en hangt onder meer af van de aanwezige soorten en beschikbare voedingsstoffen. De rol van methanogenen is daarom niet los te zien van het bredere darmecosysteem.
In de menselijke darm zijn onder meer archaea uit de geslachten Methanobrevibacter, Methanosphaera en Methanomassiliicoccus aangetroffen. Methanobrevibacter smithii is een bekende darmsoort. Verschillende soorten gebruiken verschillende grondstoffen; hun aanwezigheid en hoeveelheid kunnen tussen mensen variëren.
Archaea zijn cellulaire micro-organismen met DNA, maar zonder celkern. Hun celmembranen en celwand verschillen van die van bacteriën. Sommige archaea hebben pseudomureïne in hun celwand, maar dit geldt niet voor alle archaea. Niet iedere archaeasoort is methanogeen en de eigenschappen verschillen per groep.
Hoe werkt methanogenese?
Methanogenen vormen methaan via verschillende stofwisselingsroutes. Welke route een soort kan gebruiken, hangt af van de beschikbare grondstoffen en diens enzymen.
Bij hydrogenotrofe methanogenese worden waterstof en koolstofdioxide gebruikt om methaan te vormen.
Bij acetoclastische methanogenese wordt acetaat omgezet in methaan en koolstofdioxide. Deze route komt voor in bepaalde milieus, zoals sommige vergisters, maar is niet de enige of belangrijkste route voor methaanvorming in de menselijke darm.
Bij methylotrofe methanogenese gebruiken methanogenen methylverbindingen, zoals methanol of methylaminen. Sommige soorten combineren deze stoffen met waterstof.
Methanogenese is anaëroob: zuurstof is geen grondstof voor het proces en kan voor veel methanogenen schadelijk zijn. Methaan is een bekend eindproduct, maar onderzoekers bestuderen ook hoe methanogenen en verwante stofwisselingsroutes zich in verschillende omstandigheden gedragen.
Syntrofie is een vorm van stofwisselingssamenwerking waarbij micro-organismen elkaars producten gebruiken. Een reactie die voor één soort afzonderlijk moeilijk energetisch haalbaar is, kan gunstiger worden wanneer een andere soort een reactieproduct verbruikt.
Een voorbeeld is de uitwisseling tussen fermenterende bacteriën en waterstofverbruikende methanogenen. Bacteriën maken tijdens fermentatie onder andere waterstof; methanogenen kunnen die waterstof samen met koolstofdioxide gebruiken om methaan te vormen. Door producten weg te nemen, kunnen methanogenen de omstandigheden voor bepaalde andere stofwisselingsprocessen beïnvloeden. Dit is geen bewijs dat elke fermentatiereactie of darmfunctie hiervan afhankelijk is.
Methanogenen en anaerobe vergisting
In anaerobe vergisting wordt organisch materiaal zonder zuurstof door microbiële gemeenschappen afgebroken. Vaak worden vier hoofdfasen onderscheiden:
Hydrolyse: grotere organische moleculen worden afgebroken tot kleinere verbindingen.
Acidogenese: micro-organismen zetten die verbindingen om in onder andere organische zuren, alcoholen, waterstof en koolstofdioxide.
Acetogenese: tussenproducten worden onder meer omgezet in acetaat, waterstof en koolstofdioxide.
Methanogenese: methanogenen vormen methaan uit geschikte stoffen, waaronder waterstof en koolstofdioxide of acetaat, afhankelijk van de aanwezige soorten.
Acetogenese en methanogenese zijn dus verschillende fasen. Acetogene micro-organismen kunnen acetaat vormen; bepaalde methanogenen kunnen acetaat vervolgens gebruiken. In biogasinstallaties dragen de omstandigheden en de samenstelling van de microbiële gemeenschap samen bij aan de gasvorming.
Methaan in de darm wordt in verband gebracht met veranderingen in de darmpassage. Onderzoek vindt een associatie tussen methaanproductie en een tragere darmtransit, waaronder bij sommige mensen met obstipatie. Een associatie bewijst op zichzelf niet dat methaan de oorzaak is, en de hoeveelheid methanogenen verklaart niet alle darmklachten.
Methaanmetingen in uitgeademde lucht kunnen in een medische context informatie geven over gasproductie in de darm. Zo'n meting is geen zelfstandige diagnose van een aandoening en moet worden beoordeeld naast klachten en andere klinische informatie. Bij aanhoudende of ernstige klachten is overleg met een zorgverlener passend.
Methanogenen worden doorgaans beschouwd als onderdeel van de microbiële gemeenschap, niet als ziekteverwekkers op zichzelf. Hun aanwezigheid betekent dus niet automatisch dat iemand ziek is. Ook zijn er geen eenvoudige conclusies te trekken over gewicht, ontsteking of algemene gezondheid op basis van alleen de aanwezigheid van methanogenen.
Methanogenen komen van nature voor in sommige menselijke microbiomen en zijn niet automatisch schadelijk. Methaanproductie is in onderzoek in verband gebracht met onder meer tragere darmpassage, maar dat betekent niet dat methanogenen op zichzelf een ziekte veroorzaken.
Wat betekent methanogeen?
Methanogeen betekent dat iets methaan kan vormen. Methanogenen zijn de archaea die dit onder geschikte, zuurstofarme omstandigheden kunnen doen.
Wat is methanogeen biofilm?
Een biofilm is een gemeenschap micro-organismen die aan een oppervlak vastzit en omgeven kan zijn door een zelfgevormde matrix. Methanogenen kunnen deel uitmaken van biofilms in bepaalde omgevingen, maar een methanogeen biofilm is geen aparte soort micro-organisme.
Zijn methanogenen bacteriën?
Nee. Methanogenen behoren tot Archaea, een ander domein van het leven dan Bacteria. Archaea hebben DNA en geen celkern; sommige soorten hebben pseudomureïne in hun celwand.
Wat methanogenen ons vertellen over het microbioom
Methanogenen zijn anaërobe archaea die methaan vormen via verschillende routes en kunnen samenwerken met andere micro-organismen door stoffen uit te wisselen. In de darm zijn ze één onderdeel van een complex ecosysteem; in anaerobe vergisting spelen ze een rol in de laatste fase van biogasvorming. Hun aanwezigheid en activiteit bieden inzicht in microbiële stofwisseling, maar zijn op zichzelf geen diagnose of maatstaf voor gezondheid.
