De biologie zit altijd fascinerender in elkaar dan je in eerste instantie misschien zou denken. Als je nog dieper inzoomd op het pollen van Bijvoet, kom je namelijk complexe biologische mechanismen tegen die een rol spelen bij het al dan niet veroorzaken van klachten aan luchtwegen. Wist je dat er bacteriën op pollen kunnen zitten? Dat blijkt uit het onderzoek dat in 2018 is gedaan in Duitsland en Zwitserland  (“Artemisia pollen is the main vector for airborne endotoxin”). 

foto: De bloeiwijze van Bijvoet bestaat uit een tros van hoofdjes (bron: Flora van Nederland)

Airborne endotoxine? 

Endotoxinen zijn stukjes van de celwand van bacteriën die vrijkomen als de bacterie beschadigd raakt of sterft. Endotoxinen is een van de krachtigste stofjes die het immuunsysteem kunnen prikkelen. Naast Endotoxinen zijn er ook nog Exotoxinen, dit zijn ook giftige stofjes afkomstig van bacteriën, maar deze worden uitgescheiden door de bacterie en is niet zozeer een afbraakproduct. Ze kunnen o.a. als basis dienen voor vaccins. Uit dit onderzoek blijkt dat specifiek het pollen van Bijvoet (Artemisia) het belangrijkste transportmiddel is voor het hooikoortsklachten veroorzakende endotoxine. Endotoxinen zijn overigens geen allergenen, maar zogenaamde adjudanten, ze maken een allergische reactie sterker of meer waarschijnlijk. In deze groep adjudanten zitten bijvoorbeeld ook specifieke vetten. 

foto bloemvorm: In dit zij-aanzicht van een hoofdje zijn de gele stempels goed te zien. (bron: Flora van Nederland)

Bacteriën op pollen? 

Hoe komen bacteriën überhaupt op pollen terecht? Bacteriën kunnen inderdaad overvloedig aanwezig zijn op het door insecten bestoven (=entomofiel) stuifmeel. Entomofiel stuifmeel is kleverig door de  suikers en lipiden op hun buitenwand en blijven daardoor makkelijk aan insecten kleven. Deze suikers zijn echter ook heerlijke voedingsstoffen voor bacteriën. Over het algemeen veroorzaakt dit type pollen geen klachten, omdat het niet in je neus of op je oogleden terecht komt. 

Windbestoven soorten (=anemofiel pollen) hebben een minder voedselrijke coating en zijn daardoor minder aantrekkelijk voor bacteriën en bevatten uiteindelijk dus ook minder endotoxine. Planten uit de Composieten-familie (o.a. paardenbloem, goudsbloem, distel, zonnebloem, margriet, kamille, afrikaantje, madeliefje en bijvoorbeeld ook andijvie) hebben kleverig pollen en worden normaal gesproken door insecten bestoven. Ook Bijvoet behoort tot deze familie van de Composieten, maar in tegenstelling tot de andere planten uit deze familie worden Bijvoet-soorten wél door de wind bestoven. Het stuifmeel zou, net zoals de meeste Composieten, wél voedingsstoffen voor bacteriën kunnen bevatten. Het pollen van Artemisia soorten produceert niet per sé endotoxinen, maar ze kunnen bacteriën bevatten die dit wel doen. De reden waarom specifieke bacteriën goed groeien op het stuifmeel van Bijvoet-soorten is onduidelijk. Planten hebben een hoge mate van soortspecificiteit in hun microbioom. Groeiende bacteriën kunnen infectie door schimmels beperken, en daarom kan de aanwezigheid van bacteriën een beschermingsmechanisme van stuifmeel tegen schimmelpathogenen zijn. Ook kunnen bacteriën stuifmeel gebruiken als hulpmiddel voor verspreiding. 

Foto: afbeelding gemaakt met elektronenmicroscoop van Bijvoet pollen  (bron: Pollen en Hooikoorts)

Opzet van het onderzoek 

In dit onderzoek komt een aantal complexe biologische processen samen.  Je hebt inzicht nodig in de groei- en bloeiperiode van allerlei verschillende soorten planten. Daarnaast wil je weten hoe het pollen zich door de lucht verspreidt op basis van allerlei weersinvloeden. Ten slotte  moet je ook de ontwikkeling van de bacteriën en als gevolg daarvan de endotoxinen in beeld brengen. 

Het onderzoek draait in de kern dus om endotoxinen, dit is voor hooikoortspatiënten toch wel een boeiende stof. In een wetenschappelijke volzin uit het onderzoek: “Endotoxine (LPS) dat vrijkomt uit gramnegatieve bacteriën veroorzaakt sterke immunologische en inflammatoire effecten en kan, in de lucht, bijdragen aan ademhalingsaandoeningen, zoals allergische astma”. 

Het doel van het onderzoek was om de bron van de endotoxine te achterhalen. Daarnaast is gekeken naar wat de rol van de endotoxine is bij het veroorzaken van een allergische reactie. 

Achtergronden van endotoxinen uit eerder onderzoek: 

  • De identiteit en bron van bacteriën die endotoxine in de lucht buitenshuis produceren is niet goed bekend. 
  • Bacteriën in de lucht zijn alomtegenwoordig, maar hun gemeenschappen variëren afhankelijk van de omgeving en de concentratie is veel hoger boven land dan boven oceanen. 
  • Bodemstof wordt beschouwd als een van de belangrijkste natuurlijke bronnen van door de lucht overgedragen bacteriën, en bladoppervlakken van planten zijn geïdentificeerd als een van de dominante bronnen van bacteriën in de lucht tijdens de zomer. 
  • Dierlijke uitwerpselen van huisdieren kunnen in de winter een belangrijke bijdrage leveren aan de “bacterievlucht” in stedelijke gebieden. 
  • Naast de natuurlijke bronnen van bacteriën zijn ook landbouwgebieden, afvalstortplaatsen, afvalwaterbeheerinstallaties en andere verwante oppervlakken belangrijke bronnen van endotoxine in de lucht. 

Pollenmonsters

In het onderzoek zijn de endotoxineconcentraties van 40 verschillende pollentypen gemeten door 100 monsters van gezeefd stuifmeel te analyseren. Deze monsters zijn tussen 2000 en 2016 in Duitsland, Zweden, Polen en Tsjechië verzameld. Elk monster was een specifiek (zuiver) pollentype. Daarnaast is op 2 plaatsen (München en Davos) in de vrije lucht ook endotoxine gemeten. Hier gaat het om het mengsel van bodemstof, plantenmateriaal, verschillend pollen enzovoorts.   


Bacteriën gekweekt uit stuifmeel 

Waterextracten van verschillende partijen stuifmeel werden gekweekt op agar, een medium dat wordt gebruikt voor het screenen van bacteriën. De hoeveelheid kolonievormende eenheden werd per stuifmeelbatch bepaald, alle verschillende kolonies werden geïsoleerd en geïdentificeerd met behulp van biochemische methoden. Van elke geïsoleerde bacteriekolonie is de afgifte van endotoxine bepaald. 

Microbioom sequencing

Zoals te lezen in het artikel over DNA analyse van pollen heeft deze DNA-techniek een grote vlucht genomen. Deze “High-throughput sequencing-analyses” werden ook bij dit onderzoek gebruikt om op basis van het DNA te bepalen om welke soorten bacteriën het gaat. De analyses werden uitgevoerd met gezuiverd DNA van 7 monsters van zuiver stuifmeel dat rechtstreeks van de planten werd verzameld. De monsters  omvatten 3 stuifmeelsoorten: Betula-soorten, Poaceae- en Artemisia-soorten, met variabele endotoxineconcentraties. Voor de details zie de originele paper. 

Endotoxinen in relatie tot gezondheid 

In het onderzoek werd ook onderzocht of de aanwezigheid van endotoxinen op het pollen van Bijvoet een gezondheidseffect kan hebben.  Om het verschil in allergeniteit te kunnen bepalen werd bij muizen gekeken of de pollenextracten mét en zonder endotoxinen verschil in allergische reactie veroorzaakten. Er werd aangetoond dat de combinatie van Bijvoet-pollenextract met een hoge concentratie endotoxinen van cruciaal belang is voor de ontwikkeling van allergische ontsteking van de longen. Hetzelfde type Bijvoet stuifmeel, maar dan met een lage concentratie endotoxinen, was niet in staat om een allergische reactie (bij muizen) te veroorzaken. Alleen de combinatie van beide factoren veroorzaakte een allergische reactie bij de bij dieren en niet elke factor op zichzelf. Voor het volledige protocol zie de originele paper.

Endotoxine in relatie tot allerlei omgevingsparameters 

Normaal gesproken is er een relatief laag achtergrondniveau van endotoxine gedurende het jaar, maar de concentraties nemen flink toe tijdens de zomer. De grafieken lijken net als die van pollen en schimmels wel op  een ''endotoxineseizoen'' met een duidelijke start- en eindperiode. In het onderzoek zijn de correlaties berekend tussen de endotoxine-niveaus in de lucht en de verschillende weerparameters, zoals windsnelheid, regen, temperatuur en luchtvochtigheid. Ook is gekeken naar mogelijke relaties met andere stoffen in de lucht zoals ozon en stikstofdioxide. Er werd echter geen lineaire correlatie tussen atmosferische endotoxineniveaus en een van de onderzochte weerparameters gevonden. De bloeiperiode van Bijvoet bleek de sterkste correlatie te hebben. 


Conclusie van het onderzoek:  “De meerderheid van de endotoxine in de lucht komt voort uit bacteriën die zijn verspreid met stuifmeel van slechts één plant: De Bijvoet. Deze endotoxine was essentieel voor het induceren van ontsteking van de longen en allergische reactie”. 

Originele paper: https://www.jacionline.org/article/S0091-6749(18)30999-0/fulltext 

Boeiende artikels over bacteriën in de lucht:

- https://www.nemokennislink.nl/publicaties/bacterien-in-de-wolken/ 

- https://www.scriptiebank.be/scriptie/2013/microbiele-karakterisatie-van-binnenhuis-luchtstalen