Диета является одним из основных факторов, определяющих состав микробиоты кишечника.
В раннем возрасте прекращение грудного вскармливания и введение твердой пищи влияют на созревание микробиома кишечника. Большую часть твердой пищи в раннем детстве обычно составляют фрукты и овощи. Фрукты и овощи содержат не только питательные вещества и биологически активные вторичные метаболиты растительного происхождения, которые, как известно, влияют на микробное разнообразие и состав кишечника, но и большое разнообразие микроорганизмов. Поэтому была выдвинута гипотеза, что фрукты и овощи служат основными прямыми источниками микробиоты окружающей среды и могут модулировать состав и функциональность микробиома нашего кишечника. Однако до настоящего времени не проводилось исследований, посвященных изучению потенциального переноса естественной микробиоты фруктов и овощей в кишечник человека. Более того, бактерии, ассоциированные с фруктами и овощами, вероятно, недостаточно представлены в кишечнике человека, поэтому необходимы крупномасштабные исследования метагеномов пищевого микробиома.
Необходимо ответить на следующие общие вопросы:
(i) вносят ли бактерии, ассоциированные с фруктами и овощами, вклад в общее разнообразие микробиома кишечника?
(ii) сохраняются ли эти организмы в кишечнике человека с течением времени? и
(iii) влияют ли конкретные факторы, включая возраст хозяина, частоту потребления фруктов и овощей и разнообразие потребляемых фруктов и овощей, на микробные сообщества, связанные с фруктами и овощами, в микробиоме кишечника человека?
Для решения этих вопросов мы использовали комбинацию биоинформационных инструментов для реконструкции репрезентативных геномов бактерий, ассоциированных с фруктами и овощами, из 156 метагеномов фруктов и овощей. Реконструированные геномы были использованы в качестве основы для исследования распространенности бактерий, ассоциированных с фруктами и овощами, в 2426 общедоступных метагеномах кишечника, включая крупномасштабный лонгитюдный массив данных. Этот подход предоставляет беспрецедентную возможность охарактеризовать значение местной микробиоты фруктов и овощей, которая является забытым потенциальным резервуаром экологической микробиоты для кишечника человека. Насколько нам известно, это первое исследование, позволяющее обосновать потенциальную роль бактерий, ассоциированных с фруктами и овощами, а также потребления свежих овощей и фруктов на развитие микробиоты кишечника человека.
Следует отметить, что данное исследование представляет собой первое доказательство того, что овощи и фрукты являются источником развивающейся микробиоты кишечника. Микробиомы свежих фруктов и овощей и кишечника человека представлены такими общими представителями, как Enterobacterales, Burkholderiales и Lactobacillales. Потенциально воздействие бактерий через потребление фруктов и овощей оказывает благотворное влияние на функциональное разнообразие микробиоты кишечника, в частности, благодаря наличию предполагаемых генов для производства витаминов и короткоцепочечных жирных кислот. В кишечнике человека они присутствуют постоянно, хотя и в небольшом количестве - около 2,2%. Возраст хозяина, частота потребления овощей и разнообразие потребляемых растений были факторами, способствующими увеличению их доли.
Поступление в организм бактерий, ассоциированных с растениями, через потребление фруктов и овощей является одной из основных связей между микробиомом человека и микробиомом окружающей среды. Поэтому любые факторы, влияющие на местную микробиоту фруктов и овощей, т.е. методы выращивания, разведения и послеуборочной обработки, могут прямо/косвенно влиять на состав микробиоты кишечника.
Это важно, поскольку деятельность человека давно связана с изменением разнообразия и равномерности растительной микробиоты, которая характеризуется снижением хозяйской специфичности и увеличением числа R-стратегических микробов (быстрорастущих универсалов, лучше адаптирующихся к изменениям окружающей среды), патогенов, гипермутаторов и обладающих антимикробной резистентностью. В отличие от R-стратегов, K-стратегические микробы имеют более медленные темпы развития и лучше используют определенные экологические ниши. Последние представляют собой богатый источник новых функций и имеют решающее значение для поддержания экологической стабильности. Как предполагалось ранее, под влиянием деятельности человека R-стратегические микробы будут становиться все более распространенными, в то время как K-стратеги будут постепенно исчезать.
Примеры, отражающие влияние глобального сельского хозяйства на микробиомы фруктов, были приведены в работе Wassermann et al., где выявлен специфический для хранения резистом в экспортируемых яблоках, и в работе Wicaksono et al., где показано влияние культивирования на микробиоту яблони и черники и обогащение ее R-стратегическими микробами. С другой стороны, наше исследование создает основу для разработки совместных решений для здоровья растений и человека путем применения пробиотиков, как это было предложено недавно. Пробиотики растительного происхождения могут применяться в полевых условиях, после сбора урожая, или даже извлекаться из фруктов и овощей.
В целом, данное исследование представляет собой первое доказательство взаимосвязи между микробиомом растений и микробиомом кишечника. Эта связь устанавливается в основном представителями родов Enterobacterales, Burkholderiales и Lactobacillales, которые, что интересно, являются носителями как растительных, так и человеческих пробиотиков. Полученные результаты также подчеркивают важность поддержания разнообразия растительно-ассоциированной микробиоты для сохранения ее в качестве естественного источника для развития микробиоты кишечника человека.
