Урбанизация и употребление в пищу высокопереработанных продуктов питания могут ограничивать микробное разнообразие наших кишечников.
Даже строгим вегетарианцам требуется небольшая помощь в переваривании растений. Хотя ферменты в ротовой полости, желудке и кишечнике человека способны расщеплять простые углеводы, содержащиеся в конфетах и картофеле, они не могут самостоятельно растворить целлюлозу, ключевой компонент клеточных стенок растений. Поэтому люди полагаются на кишечные бактерии, расщепляющие целлюлозу.
Возможно, эти полезные микробы попали к нам от коров или других жвачных животных тысячи лет назад, на ранних этапах их одомашнивания, сообщила на днях группа исследователей в журнале Science. Поселившись в кишечнике человека, эти микроорганизмы превратились в специфические для человека виды. Однако теперь их становится все меньше в некоторых популяциях, особенно среди людей, живущих в промышленно развитых странах, заключают авторы исследования.
Виной тому может быть растущая склонность человека к фастфуду и пакетированным снэкам. "Употребление в пищу продуктов с высокой степенью обработки изменяет эти бактериальные сообщества, и эти изменения могут иметь негативные последствия для нашего долгосрочного здоровья", - говорит Сэмюэл Форстер, микробиолог из Гудзонского института медицинских исследований, который не принимал участия в работе.
Несколько лет назад экологи-микробиологи Ицик Мизрахи и Сара Мораис из Университета Бен-Гуриона (Израиль) были удивлены, когда обнаружили ген под названием cttA, который обычно встречается у бактерий в кишечнике коров, среди микробов, населяющих и кишечник человека. Людям помогают кишечные бактерии, расщепляющие пищевые волокна до побочных продуктов, таких как короткоцепочечные жирные кислоты, которые поддерживают иммунную и сердечно-сосудистую системы человека, а также способствуют обмену веществ. Микробиологи, изучающие микробиом кишечника человека - совокупность бактерий и других микроорганизмов, обитающих в этой ткани, - ранее обнаружили один вид бактерий, перерабатывающих целлюлозу, но у него отсутствовал ген cttA.
Задавшись вопросом, можно ли обнаружить другие гены коровьих бактерий в микробах кишечника человека, Мораис, Мизрахи и их коллеги отправились на поиски других микроорганизмов, содержащих cttA и другие гены, кодирующие молекулярный комплекс, известный как целлюлозома, который способен разлагать целлюлозу и необходим для пищеварения коров и других жвачных животных. Исследователи просканировали почти 5000 образцов ДНК микробов кишечника коров и 92 143 образца ДНК микробов кишечника человека, в итоге выделив для анализа 62 полных микробных генома человека и коровы.
Сравнивая гены, кодирующие целлюлозу, среди этих геномов, ученые обнаружили три вида микробов кишечника человека с целлюлозомами, настолько схожими с бактериями коров, что, скорее всего, предки этих микробов достались нам от этих животных, сообщают авторы работы. Мизрахи считает, что древние фермеры могли изначально приобрести эти бактерии около 10 000 лет назад, используя навоз коров на заре одомашнивания. То, что животные передают человеку микробы, вызывающие заболевания, хорошо известно, но данное исследование "предполагает, что [нейтральные], а может быть, даже полезные микробы также могут передаваться человеку", - отмечает Эндрю Мёллер, эволюционный биолог из Принстонского университета, который не принимал участия в работе.
Попав в организм человека, микробы жвачных животных адаптировались к новой среде и диверсифицировались. Некоторые из них приобрели у других бактерий гены, которые позволили им переваривать сложные крахмалы, такие как те, что содержатся в кукурузе и пшенице. Чтобы лучше понять эту историю, исследователи искали бактерии, разлагающие целлюлозу, в человеческих фекалиях 1000-2000-летней давности из Мексики и юго-запада США, а также в фекалиях современных охотников-собирателей и жителей сельской местности. Все эти данные они сравнили с данными о человеческих микробах из индустриальных стран. "Не думаю, что кто-то делал это раньше", - говорит Диана Тафт, ученый-микробиолог из Университета Флориды. "Это впечатляющий объем работы".
Исследование показало, что количество специфических штаммов бактерий, разлагающих целлюлозу, уменьшалось на протяжении веков и полностью исчезло у многих людей в промышленно развитых обществах, скорее всего, потому, что их рацион содержит меньше целлюлозы, которая необходима этим микроорганизмам для процветания. Более чем в 40% образцов древних людей были обнаружены эти бактерии, как и у каждого пятого современного охотника-собирателя и сельского жителя. Но менее чем у одного из 20 человек из таких стран, как Дания, Швеция, США и Китай, они есть, сообщают исследователи. У тех, у кого эти микробы есть, как правило, присутствует только один вид, и его количество относительно невелико. Однако без этих бактерий переваривание целлюлозы было бы очень трудным, если не невозможным, говорят авторы исследования.
"Суть в том, что [из-за] индустриализации мы, похоже, потеряли огромное разнообразие микробов в нашем кишечнике", - комментирует Том Ван де Виле, микробный эколог из Гентского университета. "Лишая свой рацион [пищевых волокон], мы теряем микробы, которые помогают нам улучшить здоровье кишечника". Однако Бернард Пол Анриссат, биохимик из Технического университета Дании, заявляет, что необходимо провести дополнительную работу, чтобы убедиться, что целлюлоза действительно расщепляется в кишечнике человека, и если да, то какими видами бактерий. Эрик Мартенс, микробиолог из Медицинской школы Мичиганского университета, также сомневается, что эти бактерии работают так же, как и у коров. Жвачным животным требуется очень много времени, чтобы расщепить сырую целлюлозу, отмечает он. Возможно, что у людей эти бактерии просто перерабатывают более легкоусвояемые формы целлюлозы.
Несмотря на потери бактерий, зафиксированные в исследовании, Тафт полагает, что в нем есть и нотка оптимизма, поскольку эти микробы все еще присутствуют в кишечнике других животных, готовые к новому хозяину. Мизрахи соглашается: "Очень интересно рассматривать коров как резервуар этих важных функций".
