Research MMI

The billions of microbes that colonize the human body are collectively referred to as the microbiome. Most microorganisms inhabit our gastrointestinal tract, but also the skin, urogenital tract, and the respiratory tract are colonized by a wide variety of microbes. 
The human microbiome plays a key role in human health by providing a natural barrier against pathogen colonization, supporting the provision of nutrients and exerting a critical role in shaping the mucosal immune system. Moreover, metabolites and innate immune stimuli produced by enteric microbes have numerous effects beyond the site of microbial colonization. Understanding what defines a healthy microbiome is fundamental to maintain healthy living and prevent disease development. 

Our department has a long track record on microbiome research that goes back to the early 1990’s, long before microbiome research became such a booming field of science. At present, microbiome research at our department is at the international forefront with on-site automated sample processing, next-generation sequencing facilities and extensive bioinformatic expertise. The microbiome research group has strong links with clinical departments within our MUMC+ and is involved in many national and international research consortia, including the ambitious Million Microbiomes of Humans Project. 

To further strengthen our Euregional collaboration on microbiome research and cross borders between research disciplines, we recently initiated the Euregional Microbiome Center (microbiomecenter.eu) together with research groups at Maastricht University Campus Venlo, Uniklink RWTH Aachen and the University of Liège. 

There are three main themes within the microbiome research group. 

In order to understand which dietary, environmental and host factors contribute to the development of a healthy microbiome, we study the microbiome establishment from birth onwards within the context of many population-based birth cohorts. By profiling the microbiome of thousands of babies, toddlers, children and adults, we aim to understand what drives the inter-individual variation in microbiota composition and function and how this relates to a healthy life. Next to these observational studies in humans, mechanistic in vivo and in vitro studies are conducted to understand the interactions between the microbiota, diet and the host.  This research line is embedded within large national and international consortia such as the NWO Carbohydrate Competence Center, the JPI Healthy Diet for a Healthy Life and the World Universities Network inVivo Planetary Health. Contract research with (international) companies as well collaboration with microbiome related institutions are part of our research program. 

Next to maintaining a healthy microbiome for a healthy life, the microbiome is a target for treatment of already manifested diseases by the application of functional food ingredients, viable bacteria (probiotics), fecal transplant strategies or novel drugs and constitutes of a pool of innovative non-invasive diagnostic and prognostic biomarkers. In close collaboration with many clinical departments within our MUMC+ as well as across the world, we examine the role of the microbiome and microbial components, such as membrane vesicles, in a wide variety of diseases, including chronic intestinal diseases (Inflammatory Bowel Disease, Irritable Bowel Syndrome), metabolic diseases (overweight and obesity, type 2 diabetes), chronic respiratory diseases (COPD, asthma) and several types of cancer. Automated rapid technologies and Artificial Intelligence algorithms are studied for clinical purpose and improvement of patient care, e.g. to predict and/or prevent exacerbations and optimize treatment in an early phase based on defined changes in the microbiome composition. In recent years, it has become apparent that the microbiome also has a significant influence on treatment drugs as specific microbes can convert drugs into active, inactive or even toxic components. We therefore also study the impact of the microbiome on treatment response. 

Although the extensive overuse and misuse of antibiotics in both humans and animals is mainly fueling AMR, it is the increased globalization that subsequently results in rapid dissemination of (novel) AMR bacteria or bacterial mobile genetic elements from AMR hot zones, such as South and Southeast Asia, to other parts of the world. 
The intestinal microbiome is the most important reservoir through which these travelers to AMR hot zones may acquire and import AMR. The gastrointestinal tract is an open system, which every day encounters a myriad of bacterial acquisitions originating from the environment (e.g. from food, water, soil, and other humans or animals.  These incoming bacteria acquired in countries with a high prevalence of AMR often harbor antibiotic resistance genes. Consequently, local emergence of AMR can rapidly become a worldwide health problem. 
 
Within our department, we study the impact of migration (including tourists, business travelers, students and refugees) on the import and spread of AMR. We are amongst others coordinating the worldwide largest study on the Carriage Of Multidrug resistant Bacteria After Travel (COMBAT-study). Using a combination of metagenomic approaches, we mine the gut microbiome to reveal potential novel AMR genes. This is not only done in travelers, but also in local populations, the environment and livestock in countries with a high prevalence of AMR (e.g. India and Vietnam). 

Op het gebied van de seksueel overdraagbare infectieziekten, heeft de onderzoeksgroep een belangrijke internationale positie gerealiseerd. De focus ligt hierbij op het continuüm tussen microbiologie, epidemiologie en gedrag om daarmee bij te dragen aan een optimale soa-bestrijding in binnen- en buitenland. Dit is gerealiseerd door het uitbouwen van een aantal kernkwaliteiten die binnen de groep aanwezig zijn:

1. Unieke brug tussen publieke gezondheid (GGD) - met grote soa-poli (>7000 patiënten per jaar) met systematische registratie – en innovatieve medische microbiologie. Het onderzoek valt binnen het onderzoeksthema ‘Infectious Diseases and Antibiotic Resistance’ van de Academische Werkplaats Publieke Gezondheid Limburg, waarin gewerkt wordt aan de versterking van de relatie tussen onderzoek, praktijk en beleid om door innovatie kwaliteit te blijven garanderen in een steeds veranderende omgeving;
2. Methodologische diversiteit (o.a. klassieke epidemiologie, key population benadering, netwerkmethodologie, geografische informatiesystemen, e-health aanpak, web-based respondent-driven sampling);
3. Microbiologische innovatie. Er zijn in de afgelopen periode innovatieve diagnostische en onderzoeksmethoden ontwikkeld zoals o.a. de viability-PCR, kweek van Chlamydia trachomatis, resistentiebepaling bij C. trachomatis, PCR-directed kweek van Neisseria gonorrhoeae, (directe) moleculaire typering van N. gonorrhoeae en serologie op capillair afgenomen bloed via zelfafname (klein volume). Recente innovaties sluiten aan bij de onderzoekslijn naar microbioom/resistoom waarbij er met innovatieve kweektechnieken gekeken wordt naar resistentieontwikkeling bij N. gonorrhoeae in relatie tot commensale Neisseria species;
4. Grote biobank met meer dan 100.000 monsters;
5. Relatie met gedragswetenschappers (o.a. stigma, intervention mapping strategieën).

De multidisciplinaire aanpak wordt vormgegeven binnen research school CAPHRI (Care and Public Health Research Instituut) en onderzoekslijn Health, Inequity and Societal Participation. Behalve wetenschappelijke impact heeft de soa-researchgroep ook de afgelopen jaren nadrukkelijk impact gehad op maatschappelijk vlak met veel media-aandacht naar aanleiding van verschillende publicaties, verbetering van richtlijnen en herziening van nationaal en internationaal beleid. Dankzij de succesvolle studies op het gebied van Chlamydia trachomatis is van 2022 tot 2027 het Nationaal Chlamydia trachomatis Referentie Laboratorium naar het MUMC+ gehaald, nadat deze in voorgaande jaren in samenwerking met Amsterdam UMC werd vormgegeven. Tevens worden vanuit de afdeling in samenwerking met QCMD (Schotland) al enige jaren internationale moleculaire diagnostiek kwaliteitsrondzendingen op het gebied van soa verzorgd.

Tijdens de COVID-19 pandemie zijn er vanuit verschillende initiatieven en bestaande samenwerkingen projecten opgestart om meer inzicht te krijgen in de verspreiding van COVID-19, zowel binnen als buiten het ziekenhuis. Met deze initiatieven, heeft onze afdeling zich landelijk op de kaart kunnen zetten en een belangrijke bijdrage geleverd aan kennis over verspreiding van COVID-19 in Nederland m.n. in Limburg. Ons lab is een van de 3 trainingscentra voor SARS-CoV-2 sequencing in Nederland, en vervolgprojecten op dit gebied zijn in voorbereiding. De verschillende aspecten die een rol spelen in de verspreiding van COVID-19 zijn in onderstaande projecten verder uitgewerkt:

• Binnen het ziekenhuis wordt er met verschillende vakgroepen samengewerkt om het testbeleid van medewerkers te evalueren en intramurale verspreiding van SARS-CoV-2 te onderzoeken. Het betreft hier samenwerking met infectiepreventie en desbetreffende klinische afdelingen.
• Tevens zijn er samenwerkingen om binnen risicogroepen te kijken naar verschillende immunologische determinanten zowel voor de humorale als voor de cellulaire immuunrespons. Hiervoor wordt samengewerkt met de collega’s van de infectieziekten, immunologie, haematologie en intensive care.
• In samenwerking met Zuyderland hebben wij een Zon-MW toegekend gekregen; waarbij de ColaIC score (een algoritme van klinisch chemische parameters) vergeleken wordt met v-PCR om te kunnen bepalen wanneer een geïnfecteerd persoon uit isolatie gehaald kan worden.
• In samenwerking met GGD-Zuid Limburg zijn er verschillende uitbraken verder uitgediept, om zo de transmissie ketens te verklaren. Het typeren middels NGS van COVID-19 heeft hierin een prominente plaats gekregen.
• Daarnaast zijn er grote epidemiologische studies verricht binnen Limburg (COL) en in de Euregio (EuPrevent, Interreg). Hierin wordt gekeken naar determinanten die beleving en gedrag beïnvloeden in relatie tot het oplopen van een COVID-19 infectie. In deze blootgestelde populaties wordt er tevens naar populatie-immuniteit gekeken, middels humorale en cellulaire immuniteitstesten.

Voor het bestuderen van de transmissie van resistentie bacteriën en de verspreiding van resistentie genen in zowel de ziekenhuis omgeving, als daarbuiten, wordt er samengewerkt in regionaal en nationaal verband. Deze research-lijn valt binnen de research school CAPHRI (Care and Public Health Research Institute) en onderzoekslijn Health, Inequity and Societal Participation. Bacteriële transmissie wordt in kaart gebracht door het typeren van bacteriën en het deelbaar maken van deze data tussen centra. Transmissie van resistentie genen en mobiele genetische elementen waarop deze resistentie genen zich bevinden worden door een combinatie van NGS-technieken bestudeerd. De transmissie van diverse bacteriële pathogenen wordt in diverse projecten uitgewerkt.

1. Binnen de regio wordt er tussen 4 ziekenhuizen en het Limburgs zorgnetwerk antibiotica resistentie (LINK) samengewerkt om snel te typeren en snel data te kunnen delen, om verspreiding van micro-organismen binnen en tussen ziekenhuizen in kaart te brengen.
2. In samenwerking met project partners uit het recente i-4-1-Health project in het Amphia, hebben wij een ZonMW beurs toegekend gekregen, “undercover transmissie”, om de data uit het project te hergebruiken. De rol van mobiele genetische elementen in de verspreiding van antimicrobiële resistentie tussen diverse domeinen, wordt hier verder onderzocht.
3. Als projectpartners zijn wij betrokken bij het ZonMW project van partners in het UMCUtrecht “VRE crossword”, waarin nieuwe tools worden ontwikkeld om de verspreiding van VRE beter te kunnen analyseren.
4. In samenwerking met Zuyderland wordt gewerkt aan de “BRAVO-studie”, waarbij we verspreiding van specifieke genetisch mobiele elementen op de ic van de ziekenhuizen in kaart willen brengen.

Sinds enkele jaren heeft de Afdeling Medische Microbiologie in het MUMC+ een samenwerking met de Universiteit van Pretoria in Zuid-Afrika; deze wordt vormgegeven door Prof. Remco Peters die aan beide instellingen verbonden is. Het veldwerk van deze studies wordt gedaan in East London, in de provincie Oostkaap, waar een onderzoek infrastructuur opgezet is in verschillende klinieken en een clinical trial faciliteit. Laboratoriumwerk in deze studies wordt verricht in het Medische Microbiologie Laboratorium van de Universiteit in Pretoria.

Het doel van deze samenwerking is het verbeteren van diagnostiek en behandeling van infectieziekten, met belang voor de publieke gezondheid door middel van gezamenlijk wetenschappelijk onderzoek, het delen van kennis, en het uitwisselen van studenten voor stageprojecten.

Belangrijke aandachtsgebieden zijn public health microbiologie op het gebied van seksueel overdraagbare aandoeningen (soa), hiv, antimicrobiële resistentie en zwangerschap.