Біотоп здоров’я шлунка
Мільярди мікробів населяють людський організм - у товстому кишечнику, зокрема, живе армада бактерій. Яку екосистему вона там сформує, також залежить від меню.
Від Яни Шлюттер
Людина ніколи насправді не самотня. Незалежно від того, сидить він за комп’ютером чи на лавці в парку, блукає пустелею чи їде метро: понад 100 мільярдів пасажирів, що супроводжують його. Бактерії колонізують його шкіру, ніс, ротову порожнину та слизові оболонки - на клітину людини припадає близько десяти мікробів. Товстий кишечник є особливо популярним місцем на планеті Homo sapiens. Тут оселилося понад 400 видів, адже їжа безкоштовна.
Що б людина не їла, вона одночасно годує свої мікроби. Недарма. Ми не могли обійтись без крихітних. Їхні ферменти калібрують імунну систему, розщеплюють неперетравлювану їжу, створюють вітаміни та багато іншого. Знахідка Джеймса Льюїса та його колег з Університету Пенсільванії, нещодавно опублікована в журналі Science, звучить майже як істина: це залежить від нашої дієти, яка екосистема оселяється в кишечнику.
Однак для мікробіологів та генетиків кишечник - це менше зоопарк зі старими друзями, ніж тропічний ліс, повний сюрпризів. Це правда, що педіатр і бактеріолог Теодор Ешеріх виділив бактерію кишкової палички, названу на його честь, зі стільця немовлят наприкінці XIX століття. Але багато інших видів не можна вирощувати та досліджувати в чашці Петрі. І тому довгий час їх дослідження було тіньовим існуванням.
Лише з того часу, як вчені навчилися витягувати фрагменти ДНК зі стільця, шкіри або слини та відокремлювати ДНК людини від мікроорганізмів, вони мали шанс відстежити мікробне біорізноманіття. Такі проекти, як проект “Мікробіом людини” Національного інституту охорони здоров’я США, зараз каталогізують те, що живе і що є в нас - і чому.
У середині 90-х років послідовність трьох-чотирьох мільйонів пар основ, розташованих у кільці, яке містить кожна бактерія, зайняла цілий рік, тепер високопродуктивні технології можуть це зробити в другій половині дня. Метагеноміка - це назва області, яка з’явилася: Досліджуються вже не лише 23 000 або близько того людських генів, а й їх мікроби.
Перші результати заплутали: дослідники не лише виявили абсолютно різні комбінації бактерій у різних частинах тіла. Біорізноманіття в кишечнику або в ротовій порожнині також суттєво відрізнялося від людини до людини. Єдиним спільним знаменником було те, що всі люди мають основний мікробіом, тобто гени бактерій - незалежно від типу -, які виконують життєво важливі для людини завдання. Решта здавалася різною від людини до людини.
Вчені з Європейської лабораторії молекулярної біології в Гейдельберзі були ще більш здивовані, коли проаналізували кишкову бактеріальну ДНК 22 європейців і шукали закономірності: Усі мікроби були акуратно класифіковані в три різні екосистеми, або з Бактероїдів, Превотелли або Румінококів Переважали види. Навіть коли дослідники додали дані 13 японців та чотирьох американців, у групі нічого не змінилося.
Як нещодавно писали Пір Борк та його колеги в журналі Nature, екосистема не мала нічого спільного з віком, статтю, походженням (і, отже, меню), здоров’ям чи хворобами. Класифікація здавалася випадковою, подібно до того, як люди мають групи крові. Навіть коли вони поступово включали більше людей у дослідження, нічого не змінилося.
Однією з тез, яку дослідники перевіряли з тих пір, є зв’язок між бактеріальною екосистемою та групою крові. Інший стосується трьох особливо важливих шляхів сигналізації хімічних речовин. Але, можливо, це також випадковість. Цілком можливо, що перші бактерії, що потрапляють в організм немовляти в родових шляхах, з першим ковтком грудного молока або поцілунком старшої сестри, є свого роду вибивачем і нехай той, хто їм підходить, слід.
Американсько-бразильський консорціум, очолюваний Джеймсом Льюїсом у журналі Science, суперечить тезі випадковості.
На першому кроці його команда дослідила харчові звички 98 здорових американських чоловіків та жінок за допомогою опитувальників та проаналізувала бактеріальну ДНК із зразків стільця кожного з них. Вони змогли виявити дві з трьох екосистем, які називаються ентеротипами. Здавалося, лише екосистема, в якій переважали румінококи, була підпорядкована Бактероїдам.
Вони також виявили взаємозв'язок між харчуванням та екосистемою. Ті, хто споживав багато білка та тваринного жиру, як це часто буває в промислово розвинених країнах, більше потрапляли до групи Bacteroides. Ті, хто, як і вегетаріанці, їли більше вуглеводів і клітковини, мабуть, мали в кишечнику екосистему Превотелли.
На другому етапі вчені спробували змінити склад мікробіоти в кишечнику у десяти досліджуваних, застосовуючи спеціальну дієту: одній групі протягом десяти днів давали порції, які містили багато жиру і мало клітковини; інший з високим вмістом клітковини і низьким вмістом жиру. Насправді склад кишкових бактерій значно змінився вже через 24 години. Однак усі випробовувані залишались у своєму ентеротипі протягом десяти днів, тому їх кишкова екосистема змінювалася лише в її межах.
"Якщо взагалі, цю екосистему можна змінити лише за умови тривалої зміни дієти", - говорить Льюїс. Якщо в майбутньому виявиться, що один тип екосистеми, швидше за все, буде пов’язаний із такими захворюваннями, як хвороба Крона або ожиріння, то короткочасні дієти не матимуть ефекту.
Майкл Блаут, мікробіолог з Німецького інституту харчування людини в Потсдамі-Ребрюке, заходить занадто далеко: "Навіть якщо методи дуже складні, взаємозв'язок між харчуванням та екосистемою поки що є лише кореляцією", - говорить він. Тепер необхідно довести причинно-наслідкові зв’язки в кропіткій детальній роботі на моделях тварин.
"Автори навіть не намагалися пояснити, чому Bacteroides співвідносяться з дієтою з високим вмістом жиру, а Prevotella - з дієтою з високим вмістом вуглеводів", - говорить Блаут. «Ще потрібно зробити багато чого». Він вважає набагато цікавішим і кориснішим з’ясувати, що для нас роблять від 10 до 20 мільйонів генів мікроорганізмів, з якими ми живемо.
Тому що вплив мікроорганізмів на нас все ще недооцінюється. Від ожиріння до діабету, від артеріосклерозу до грипу, від аутизму до депресії - для кожного з цих захворювань існують гіпотези щодо того, як кишкові бактерії можуть брати участь у їх розвитку або контролі.
Наприклад, Хав'єр Браво з Університетського коледжу Йорка нещодавно продемонстрував прямий зв'язок між кишковими бактеріями та роботою мозку у мишей. Якщо миші їли їжу з пробіотиком Lactobacillus rhamnosus, хімія їх мозку змінилася: вони вирощували більше рецепторів Gaba, які також мають заспокійливу функцію, в областях мозку для навчання, пам'яті та емоційного контролю.