Помоги проекту - поделись книгой:
ЦЕННОСТЬ МИКРОБНЫХ ОТХОДОВ
Некоторые виды микробов предпочитают питаться ДМУ из бананов, другим «больше нравятся» ДМУ из лука. От того, что мы едим, зависит, какие бактерии станут быстрее размножаться и получат наибольшее распространение. Важно, что человек не получает калории из тех компонентов пищи, которыми кормятся микробы. Они не живут за чужой счет, а расходуют материал, который наш организм оставил бы неиспользованным.
Как и всем формам жизни на Земле, бактериям нужно усваивать и преобразовывать молекулы, чтобы получить энергию для роста и размножения (у бактерий это клеточное деление). Для видов наподобие нашего, размножающихся половым путем, это может показаться эгоизмом, но цель каждой бактерии — сделать как можно больше своих копий, или клонов. Виды, которым удается наиболее эффективно размножаться в данных условиях, сохранятся и начнут доминировать (это пример естественного отбора в упрощенном варианте). Геном микроорганизмов способен приобретать, удалять или изменять гены, поэтому они могут эволюционировать и более эффективно конкурировать за выживание в кишечнике.
Конкуренция за питательные ресурсы заставляет бактерии разрабатывать умные метаболические стратегии. При этом все кишечные микроорганизмы сталкиваются с двумя большими проблемами. Первая: как извлекать энергию в отсутствие кислорода. В кишечной среде нет кислорода, то есть она анаэробна. Клетки человека используют кислород для аэробного метаболизма, создавая молекулярные строительные блоки для клеток и энергию для организма. Однако микрофлоре доступен только анаэробный метаболизм (ферментация). С его помощью она генерирует энергию и создает важные молекулы. Вторая проблема: скорость, с которой должен происходить метаболизм. Еда двигается по пищеварительному тракту очень быстро, и конкурентная экосистема заставляет бактерии мгновенно поглощать любые проходящие мимо питательные вещества. Для решения этой проблемы наиболее распространенные в человеческом кишечнике бактерии используют эффективную стратегию: они быстро ферментируют ДМУ — один из богатейших источников энергии в толстой кишке. Подобным образом проводят ферментацию микроорганизмы, обитающие за пределами кишечника. Так, чтобы получился йогурт, бактерии ферментируют лактозу молока в молочную кислоту. При производстве пива и вина дрожжи перерабатывают крахмал, сахарозу и другой сахар в этанол. Конечными продуктами ферментации в кишечнике чаще всего становятся короткоцепочечные жирные кислоты (КЖК).
КЖК обеспечивают людей небольшим количеством энергии, извлеченной из растительных углеводов, которые без переработки микробами не имели бы никакой питательной ценности. Микрофлора выжимает из углеводов, на которых пирует, все калории до последней, но не может вырабатывать калории из КЖК. Для этого необходим кислород, а в кишечнике его нет. Усваивая КЖК из кишечника в наши ткани, содержащие кислород, организм получает последние оставшиеся калории из волокон, которые в противном случае остались бы непереваренными. В древней саванне, где пропитание было скудным, люди употребляли большое количество пищевых волокон в виде диких ягод и корней. КЖК, которые микрофлора вырабатывала в результате, скорее всего, были очень важным источником восполнения ежедневного расхода калорий и могли играть решающую роль в обеспечении достаточным количеством энергии для охоты и собирательства.
Однако в рационе человека, ведущего современный образ жизни, КЖК, вырабатываемые микрофлорой, составляют всего 6–10% от общего количества ежедневных калорий. Это эквивалентно энергии, полученной от 20 миндальных орехов. В целом не так много, но все-таки это лишние калории для цивилизации, в которой заболевания, связанные с ожирением, достигли ужасающего уровня. Разве не нужно пытаться исключать все ненужные калории? Что, если бы мы избавились от микрофлоры? Похудели бы мы со стерильным кишечником? Возможно. Мыши, лишенные микрофлоры, едят больше, но весят меньше, чем мыши с микрофлорой. Но так как люди не могут постоянно жить в стерильном пузыре (как живут мыши без микрофлоры), попытка избавиться от микрофлоры потребует постоянного приема огромных доз антибиотиков. И этого, скорее всего, будет недостаточно, чтобы освободить наш кишечник от микробов. Бактерии легко приспосабливаются к новым условиям, поэтому наш кишечник быстро заселят бактерии, устойчивые к антибиотикам.
КЖК действительно источник некоторого количества лишних калорий, но очевидно также, что они играют намного более важную роль в организме. Согласно новой точке зрения, нам, наоборот, стоит увеличить производство КЖК, поглощая больше ДМУ. КЖК выступают важными медиаторами различных функций организма. Некоторые данные доказывают, что КЖК не приводят к набору веса.
НЕ ПРОСТО ПУСТЫЕ КАЛОРИИ
КЖК — источник калорий, однако люди на диете, обогащенной пищевыми волокнами, производящими КЖК, теряют вес. Этот парадокс подтверждается известным примером: во Франции рацион людей относительно богат жирами, но в целом французы скорее стройная нация. В их рационе достаточно пищевых волокон. Возможно, благодаря КЖК дольше сохраняется чувство сытости, соответственно, сокращается число приемов пищи. Может быть, производство КЖК в результате ферментации шпината, который мы только что съели, добавляет несколько лишних калорий, но в то же время мы чувствуем себя достаточно сытыми, чтобы устоять перед печеньем или другим десертом.
КЖК — это всего лишь один из нескольких видов веществ, потенциально полезных для здоровья и производимых микрофлорой. Метаболические сценарии микрофлоры разнообразны и позволяют синтезировать ряд химических молекул внутри кишечника. Ученые обнаружили множество таких молекул, но большинство из них пока не идентифицированы, и неизвестно, каким образом они влияют на организм.
Согласно одной из наиболее распространенных теорий в области исследования микрофлоры, недостаток пищевых волокон стал причиной многих заболеваний жителей промышленно развитых стран. Употребляемый ими растительный материал зачастую содержит мало пищевых волокон и богат простым крахмалом, который перерабатывается в тонком кишечнике. Употребление большего количества клетчатки для ферментации микрофлорой, скорее всего, приведет к потере веса, уменьшению воспалений и снижению риска развития «болезней цивилизации», не говоря уже о более стабильной и разнообразной микрофлоре. Многие традиционные общества едят значительно больше растительной пищи, чем современные горожане. В частности, у представителей сообществ с высоким уровнем употребления пищевых волокон в микрофлоре наблюдается больше видов бактерий (некоторые из них никогда не встречались у европейцев и североамериканцев) и более низкий уровень воспалительных заболеваний. Но действительно ли так нова концепция оздоровления благодаря повышенному употреблению клетчатки?
ДАВНО ЗАБЫТЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА ПИЩЕВЫХ ВОЛОКОН
Почти сто лет назад Journal of Medical Research опубликовал исследование под названием «Регуляция кишечной флоры у собак при помощи диеты»[62]. Уже тогда было известно, что химические характеристики собачьей еды (например, виды углеводов) влияют на формирование состава микрофлоры. Возможно, столь давнее пристальное внимание к диете собак объясняется тем, что обычно именно люди ответственны за уборку экскрементов Шарика. Почему мы так долго шли к пониманию, что типы углеводов влияют на нашу микрофлору так же, как на собачью?
Доктор Томас Клив начал продвигать употребление пищевых волокон в 1950-х. В книге «Сладкая болезнь» (1974) он утверждает, что многие современные недуги — результат чрезмерного потребления рафинированных углеводов и снижения числа пищевых волокон[63]. Клив был британским морским врачом, который лечил моряков во время Второй мировой войны. Из-за недостатка фруктов и овощей на военных кораблях экипажам часто приходилось бороться с запорами, которые Клив лечил, прописывая отруби. Их быстрый положительный эффект придал смелости Кливу, он стал советовать употребление отрубей при самых разных проблемах со здоровьем — от дивертикулита и геморроя до кариеса и головных болей. Он даже получил прозвище «Человек-отруби», а также репутацию чрезмерно ретивого поборника клетчатки. Многие нашли смешным объяснение современных болезней употреблением большого количества сахара и малого количества пищевых волокон. Эту идею Клива скорее ругали, чем принимали в медицинском сообществе.
Хирург Денис Беркитт провел много времени в африканских больницах за изучением и лечением особого вида рака, который стал известен как лимфома Беркитта[64]. Он читал некоторые работы Клива и заметил, что диета африканцев, богатая пищевыми волокнами, казалось, защищала их от диабета, сердечных заболеваний, колоректального рака, а также от геморроя и запора. Как и Клив, Беркитт заинтересовался ролью пищевых волокон в здоровье человека. В результате исследования, проведенного Беркиттом и другими учеными (среди которых Алек Уокер и Хью Трауэлл), обнаружилось, что стул африканцев был в три — пять раз массивнее, чем у англичан, а кишечный транзит проходил вдвое быстрее. В целом африканцы ели в три — семь раз больше пищевых волокон (от 60 до 140 граммов против «английских» 20 граммов). Беркитт провел оставшуюся часть своей академической карьеры, изучая и прославляя важность употребления пищевых волокон для здоровья. В частности, он заявлял, что, если у жителей страны маленький стул, им нужны большие больницы.
Работа, проделанная Кливом, Беркиттом, Уокером, Трауэллом и многими другими, побудила FDA в 1977 году рекомендовать американцам увеличить употребление пищевых волокон. Производители продуктов питания отреагировали и стали на видном месте упаковки указывать содержание пищевых волокон. В 1997 году FDA позволила на продуктах, содержащих некоторые виды клетчатки, писать: «Могут снизить риск развития сердечных заболеваний». В городах, где Беркитт проводил публичные лекции о связи между пищевыми волокнами и здоровьем, очень быстро распродавались отруби, а «грубая пища» была одной из главных тем разговоров.
Так почему мы сейчас не едим огромное количество пищевых волокон? К сожалению, в то время, когда прославлялись их преимущества, всеобщее внимание переключилось на жир. Его признали врагом не только талии, но и сердца. Везде появились продукты с низким содержанием жира, и, вместо того чтобы обращать внимание на граммы пищевых волокон, думающие о здоровье покупатели сосредоточились на количестве жира. В целом это логично. Если вы хотите избавиться от жира, вы едите его меньше. Все просто. Аргумент за употребление большего количества пищевых волокон был расплывчатым: высокое содержание пищевых волокон снижает риск развития болезней, распространенных в промышленно развитых странах, но мы не очень понимаем почему.
В предисловии к книге Клива «Сладкая болезнь» Беркитт признает, что связь между ограниченным потреблением пищевых волокон и многих болезней очевидна, но ее механизмы неясны. Теперь мы наконец начинаем понимать суть этих оздоравливающих процессов. Нашей микрофлоре необходимы пищевые волокна.
ПЛОХАЯ РЕПУТАЦИЯ УГЛЕВОДОВ
Каждый из нас, наверное, знает человека, который сидел на низкоуглеводной диете. Диета Аткинса, диета Южного пляжа, зональная диета, палеодиета и другие быстро набрали популярность. Некоторые производители кондитерских изделий даже обвинили эти диеты в потере прибыли. Но прежде чем демонизировать углеводы, важно понять, что это такое. Углеводы — это группа органических соединений, содержащих углерод, водород и кислород, которые служат главным источником энергии для животных. Набор веществ, относящихся к углеводам, очень разнообразен. Условно можно разделить углеводы на три широкие категории: 1) усваиваются человеком; 2) усваиваются микрофлорой; 3) остаются неусвоенными.
Для начала рассмотрим углеводы, которые перевариваются и усваиваются в тонком кишечнике без помощи микробов. Моносахариды — это простейшие углеводы, состоящие из одной молекулы сахара (например, глюкозы или фруктозы). Моносахариды могут усваиваться напрямую из пищеварительного тракта в кровеносную систему. Два моносахарида, соединенных вместе, называются дисахаридами. Примеры дисахаридов — лактоза и сахароза (столовый сахар). Моносахариды и дисахариды в продуктах питания обозначаются на этикетках как «сахар». Полисахариды — это множество моносахаридов, связанных вместе, и они относятся к сложным углеводам. Крахмал — один из видов полисахаридов. Однако, как и простые моно- и дисахариды, многие виды крахмала перевариваются и усваиваются до попадания в толстую кишку. Крахмал составляет основу значительной части современных продуктов питания: паста, белый хлеб, картофель, белый рис — в них во всех огромное количество крахмала. Значительная часть крахмала перерабатывается в простую сахарную глюкозу, усваивается системой кровообращения, не достигнув микрофлоры, и метаболически соответствует такому же количеству сахара. При этом количество крахмала в продуктах не указывается на этикетке.
Углеводы второй категории — ДМУ — питают микрофлору. В овощах и фруктах содержатся тысячи разных видов доступных микрофлоре углеводов[65]. Олигосахариды состоят из трех — девяти моносахаридов и встречаются в фасоли, цельных зернах и многих овощах и фруктах. Большинство олигосахаридов не перевариваются в тонкой кишке и отправляются в толстую, где их тут же ферментируют бактерии. Подобным образом некрахмальные полисахариды (такие как пектин, встречающийся во фруктах, и инулин, встречающийся в луке) состоят из 10–100 моносахаридов, соединенных вместе, и предназначены для переработки микрофлорой в короткоцепочечные жирные кислоты.
Последняя категория — углеводы, которые выходят из пищеварительного тракта неизменными. Большинство из них — полисахариды, обладающие химическими или физическими характеристиками, обеспечивающими устойчивость к расщеплению человеком или бактериями. Целлюлоза, то есть деревянные волокна, встречающиеся в стенках растительных клеток, — один из примеров такого неуступчивого полисахарида. Кишечные микробы, обитающие в коровьем рубце или кишечнике термитов, успешно перерабатывают целлюлозу. Однако эта задача требует намного больше времени, чем доступно при кишечном транзите человека.
Именно простой сахар, используемый в качестве подсластителя, и легко усвояемый крахмал виновны в плохой репутации углеводов. Сразу после употребления этих «плохих» углеводов уровень сахара в крови повышается. Организм реагирует выработкой инсулина, что позволяет клеткам печени, мышц и жира усвоить циркулирующий сахар. Инсулин также предотвращает использование организмом жира в качестве источника энергии, пока весь сахар не будет исчерпан или сохранен в виде гликогена.
Если уровень сахара в крови постоянно завышен, например из-за диеты с высоким содержанием простых углеводов, инсулинозависимые клетки перестают реагировать на инсулин. У них снижается чувствительность — это один из этапов развития диабета второго типа. Результатом такой потери чувствительности становится опасно высокий уровень глюкозы в крови, который может привести к сердечным заболеваниям, инсульту и отказу почек.
Скорость, с которой содержащиеся в продукте питания углеводы усваиваются организмом и повышают уровень сахара в крови, измеряется гликемическим индексом. Гликемический индекс моносахаридной глюкозы, которая усваивается быстрее всего, равен 100. Гликемический индекс может быть высоким (выше 70), средним (от 56 до 69) и низким (ниже 55). Чем больше в пище легкоусвояемых углеводов (таких как моно- и дисахариды), тем выше будет ее гликемический индекс. Белый хлеб, белый рис и картофель — примеры продуктов с высоким гликемическим индексом. Среди продуктов со средним гликемическим индексом — цельнозерновой хлеб, коричневый рис и неочищенный картофель. У фасоли, семян и целых неочищенных зерен наиболее низкий гликемический индекс благодаря совсем небольшому содержанию моносахаридов, дисахаридов и крахмала, а также обилию некрахмальных сложных углеводов[66].
Гликемическая нагрузка еще важнее гликемического индекса. Гликемический индекс отражает скорость, с которой углеводы в продукте поднимут уровень сахара в крови. Гликемическая нагрузка учитывает количество углеводов в определенном объеме данного продукта (например, в одной порции), которое повысит уровень сахара в крови. Гликемическая нагрузка может сказать о продукте больше, чем гликемический индекс. Прекрасный пример — тыква. Из-за определенных видов углеводов у тыквы высокий гликемический индекс. Но воздействие одной порции тыквы на уровень сахара в крови невелико — то есть у нее низкая гликемическая нагрузка. У большинства овощей низкая гликемическая нагрузка и высокое содержание ДМУ. Наши любимые закуски — свежие фрукты и орехи с йогуртом, цельнозерновой хлеб с хумусом. Нам нравятся паровые, вареные (при необходимости даже приготовленные в микроволновой печи) стручковые бобовые.
Сегодня многие онлайн-ресурсы позволяют как следует разобраться в вопросах гликемической нагрузки разных продуктов, прежде чем отправляться в супермаркет.
ЧТЕНИЕ ЭТИКЕТКИ РАДИ КИШЕЧНЫХ МИКРОБОВ
Изучение питательной ценности продукта в магазине — непростая задача. Прочитав весь текст на упаковке (утверждения о пользе для здоровья, список ингредиентов, пищевую и энергетическую ценность), мы надеемся, что хоть что-то подскажет нам, стоит ли покупать этот товар. Бывает сложно определить, правдивы ли утверждения о пользе для здоровья или это всего лишь маркетинговый трюк. (При том что из написанного легче всего понять именно эту информацию.) Даже нам, биохимикам, список ингредиентов многих продуктов непонятен. (Обычно это знак, что лучше положить такой товар обратно на полку.) Обязательная этикетка с указанием пищевой ценности должна предоставлять простую и унифицированную информацию о продукте. На этикетке указывается количество калорий, жиров, холестерина, натрия, белков и общее содержание углеводов. Многие фокусируют внимание на количестве калорий, жира и сахара и игнорируют все остальное. Две характеристики углеводов в продукте питания кажутся нам наиболее важными, но, к сожалению, не указываются на этикетках: гликемическая нагрузка и количество углеводов, питающих микрофлору. Чтобы вычислить, сколько приблизительно еды для микрофлоры содержится в данной упаковке, нужно понимать, как вообще интерпретируется количество углеводов.
Общее количество углеводов определяется взвешиванием образца продукта и вычитанием веса белков, жиров, влаги и золы (неорганических молекул, таких как железо и бикарбонат). Другими словами, углеводы измеряются не напрямую, а исходя из того, что останется после измерения остальных элементов. В категории общего количества углеводов обычно на этикетке также указываются подкатегории сахара и пищевых волокон (клетчатки). Вы, возможно, замечали, что сумма сахара и пищевых волокон необязательно равна общему количеству углеводов, так как в эти подкатегории не входят некоторые другие виды углеводов. Содержание сахара — это вес всех моно- и дисахаридов, углеводов, которые с легкостью усваиваются системой кровообращения. Пищевые волокна — это смесь полисахаридов, и эта подкатегория служит показателем, накормит ли этот продукт вашу микрофлору, но в этом отношении потребителям нужно понимать некоторые важные ограничения.
У термина «пищевые волокна» есть различные определения, данные разными официальными группами. В одних формулировках учитывается ферментация микрофлорой (так мы определяем ДМУ), в других не учитывается. Потенциальная путаница относительно термина «пищевые волокна» дополняется отсутствием стандартных методов, используемых для измерения количества пищевых волокон в продуктах питания.
По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН, для измерения количества пищевых волокон в продуктах используются по крайней мере 15 методов[67]. Различные лабораторные исследования могут выдать немного отличающиеся объемы пищевых волокон. Впоследствии более совершенные методы будут определять, какие углеводы, скорее всего, подвергнутся ферментации микробами в толстой кишке, то есть какие углеводы можно отнести к ДМУ. Но помните, что из-за разницы между микрофлорой разных людей и из-за изменений микрофлоры, которые происходят со временем, подобный тест все равно выдаст только предварительную оценку. Пока нет теста, считающего содержание ДМУ в продуктах питания, наилучшим доступным приближением служит содержание пищевых волокон.
В большинстве привычных фасованных продуктов пищевые волокна отсутствуют. Продукты, приготовленные из белой муки и большого количества сахара, не питают микрофлору. У любителей такой еды кишечники, скорее всего, населены голодающими микробами. Мужчинам рекомендуется употреблять 38 граммов пищевых волокон в день, женщинам — 29 граммов. При этом среднестатистический житель крупного современного города употребляет жалкие 15 граммов пищевых волокон в день. Этот дефицит, без сомнения, нарушает баланс микрофлоры.
Вы сейчас, наверное, представили себе толпу истощенных микробов, но все обстоит не совсем так: бактерии могут быть очень изобретательными в отсутствие пищевых волокон. У них есть другой источник углеводов — кишечная слизь. При недостатке клетчатки кишечные бактерии могут поддерживать свое существование за счет углеводов, которые постоянно выделяют клетки кишечника и которые служат заграждением, защищающим наши клетки от прямого контакта с микрофлорой[68]. Питаясь углеводами слизи, наши микробы уничтожают защитный слой кишечника, ослабляя его функцию заграждения и увеличивая воспаление. Пока точно неизвестно, как потеря кишечной слизи сказывается на здоровье человека. Предварительные исследования дают основание предположить, что это может привести к развитию колита[69]. Однако микрофлора умеет очень быстро приспосабливаться: предоставьте микробам питание в виде пищевых волокон, и они перестанут поедать слизь.
Доступные микрофлоре углеводы
Термин «пищевые волокна» несет в себе некую неопределенность, поэтому мы предпочитаем «доступные микрофлоре углеводы» (ДМУ). Таким образом мы подчеркиваем, что определенные элементы нашей еды питают микрофлору. Как было сказано ранее, ДМУ — это углеводы, которые ферментируются микрофлорой. Они есть в овощах, фруктах, бобовых и зерновых. Пищевые волокна в продуктах питания и в пищевых добавках могут содержать углеводы, недоступные микрофлоре и, значит, неферментируемые. Неферментируемые волокна могут быть очень эффективны при избавлении от запора. Они служат наполнителем, который позволяет стулу впитывать больше воды и приводит к более легкому испражнению. Но чтобы кормить микрофлору и вырабатывать короткоцепочечные жирные кислоты, нужно употреблять ДМУ. Чем больше ДМУ попадет в кишечник, тем активнее будет ферментация, а значит, будет произведено больше КЖК. От видов ДМУ, которые вы скармливаете микрофлоре, зависит преобладание тех или иных микробов, разнообразие микрофлоры и ее работа. Если вы едите большое количество лука с высоким содержанием инулина, в вашей микрофлоре преобладают микробы, которые умеют ферментировать инулин. Яблоки поддержат распространение бактерий, разлагающих пектин. Пшеничные отруби накормят микробов, питающихся арабиноксиланами, а грибы помогут размножиться микробам, ферментирующим маннан. Мы назвали наиболее распространенные ДМУ, но каждое растение содержит разнообразный набор углеводов, питающих микрофлору, а также множество углеводов, которые совсем не подвержены микробному расщеплению.
Невозможно измерить количество ДМУ в образце продукта, как измеряется, например, содержание белков. Из-за индивидуальности микрофлоры каждого человека ДМУ, подходящие одному, могут не подойти другому. В 2010 году группа ученых исследовала фермент порфираназу[70]. Она расщепляет полисахариды, встречающиеся в морских водорослях, известных в кулинарии как нори (традиционная «обертка» суши и добавка ко многим японским блюдам). Как и следовало ожидать, некоторые морские бактерии несут в себе ген фермента, расщепляющего водоросли нори, чтобы питаться ими. Однако, что удивительно, эти гены есть и у кишечных микробов. Зачем кишечному микробу ферменты, которые расщепляют водоросли? Ответ стал очевиден, когда ученые, обнаружив эти гены в коллективном геноме микрофлоры (или микробиоме) японцев, не нашли подобного в североамериканских микробиомах. В определенный момент истории микрофлора японцев, питавшихся водорослями, приспособилась использовать этот новый источник. Как это произошло? Наиболее вероятно, что вместе с водорослями люди получали и морские бактерии, которые на них жили, — еще один пример того, как нестерильность позволяет контактировать с полезными микробами из окружающей среды. Проходя через толстый кишечник, морские бактерии передали генетический материал микрофлоре — и ее функциональные возможности расширились.
Этот пример поглощения водорослей микрофлорой иллюстрирует два важных момента. Во-первых, микробиом способен быстро адаптироваться к окружающей среде в относительно короткий срок. Выбор растений для рациона — один из главных способов поменять или поддержать состав микрофлоры. Если японцы полностью прекратили бы употреблять нори, в конце концов их микрофлора утратила бы способность перерабатывать эти водоросли. Во-вторых, несмотря на ошеломляющее количество генов в микробиоме, поддерживаются только те, которые используются относительно часто и имеют для микробов практическую ценность. Микробы «платят» высокую энергетическую цену за гены микрофлоры, каждый раз копируя их во время деления. Чтобы свести усилия к минимуму, микробы поддерживают свои геномы в относительной чистоте, оставляя только полезные гены.
БОГАТАЯ МИКРОФЛОРА ПРОТИВ БЕДНОЙ МИКРОФЛОРЫ
В работе, опубликованной в 2013 году, многонациональная группа ученых исследовала количество генов в микробиомах 292 датчан[71]. Они выяснили, что всех участников можно было разделить на две группы: с богатым микробиомом (много генов) и бедным (мало генов). Носители богатого микробиома были стройнее, и в их кишечнике много видов противовоспалительных бактерий. Носители бедного микробиома более склонны к ожирению. У них также много видов бактерий, ассоциируемых с воспалением, например таких, которые встречаются у пациентов с воспалительным заболеванием кишечника. Кроме того, бедные микробиомы обнаруживали более высокую устойчивость к инсулину и обладали метаболическим потенциалом производства прокарциногенов. Другими словами, люди с бедным микробиомом демонстрировали профиль, связанный с диабетом второго типа, сердечно-сосудистыми заболеваниями, болезнями печени и онкологией. У людей с богатым микробиомом было больше генов, связанных с производством полезных для здоровья КЖК.
Очевидно, что лучше иметь богатый микробиом, но как этого добиться?
Похожее исследование богатых и бедных микробиомов проводилось во Франции[72]. Ученые расспросили участников об их диете и выяснили, что люди с бедным микробиомом употребляли меньше фруктов и овощей (меньше ДМУ), чем группа с богатым микробиомом. Но для участников бедной группы не все было потеряно. Им предложили диету с низким содержанием жиров и калорий и высоким содержанием белков и пищевых волокон. Те, кто придерживался такого рациона, за шесть недель не только стали стройнее, но и повысили генное богатство своего микробиома. По мере увеличения разнообразия у них также улучшились другие показатели здоровья. В числе прочего угасли воспалительные процессы и снизился уровень холестерина в крови.
Эти два исследования приближают к пониманию того, почему не все люди с избыточной массой тела страдают диабетом, сердечными и другими заболеваниями. С другой стороны, все эти недуги могут поражать людей без лишней массы тела. Результаты исследований показывают, что богатство (или бедность) микробиома определяет риск развития таких болезней не меньше, чем вес. В будущем врач, вместо того чтобы измерять индекс массы тела пациента, возможно, будет оценивать состояние его микробиома и, если оно окажется неудовлетворительным, пропишет диету, богатую ДМУ.
Другой возможный способ восстановить бедный микробиом — добавить больше видов (и сопровождающие их гены) в микрофлору. В 2013 году доктор Джеффри Гордон из Вашингтонского университета возглавил исследование по изучению микрофлоры близнецов с несоответствием веса (один из них был стройным, а другой страдал от избыточной массы тела)[73]. Когда исследователи пересадили бедную микрофлору полного близнеца мышам, те набрали вес. Пересадка богатой микрофлоры от стройного близнеца оставила мышей стройными. Затем обе группы мышей поместили в одну клетку. Мыши едят фекалии, поэтому, находясь в одной клетке, полные мыши ели фекалии (а вместе с ними и соответствующие бактерии) стройных мышей, и наоборот. В результате «стройные» микробы поселились в микрофлоре полных мышей, повысив ее богатство и послужив фактором против ожирения.
Прежде чем вы броситесь просить ваших стройных друзей поделиться микрофлорой, учтите: чтобы защита от ожирения работала, диета полных мышей должна была содержать большое количество фруктов и овощей и минимальное количество жира. Когда исследователи обеспечили совместное проживание стройных и полных мышей, но повысили объем жиров в рационе и понизили количество фруктов и овощей, полные мыши набирали вес, а бактерии «стройной» микрофлоры не приживались. Для повышения разнообразия бактерий в микрофлоре недостаточно просто принимать больше микробов. Полезные для здоровья микробы задержатся в кишечнике, только если мы будем поддерживать особую диету.
ИСКЛЮЧЕНИЕ ДМУ ИЗ РАЦИОНА
Куда подевались все ДМУ из нашего рациона? Прекрасной иллюстрацией может служить история употребления пшеницы. Сегодня у нее «проблемы с имиджем», но так было не всегда. Люди ели пшеницу на протяжении более десяти тысяч лет, и иногда в очень больших количествах. Почему же древний продукт получил в последнее время такую плохую репутацию?
Зерно пшеницы, а точнее, его ядро состоит из эндосперма, отрубей и зародыша. В эндосперме в виде простого крахмала содержится все для питания растущей пшеницы. Отруби покрывают ядро снаружи твердой оболочкой волокна. Зародыш, наполненный жиром орган размножения, также содержит волокна и дает побеги для нового растения.
Тысячи лет назад люди перемалывали ядра пшеницы каменными жерновами. Злаки, переработанные таким способом, не имеют ничего общего с мукой, получаемой на современных фабриках. Во время промышленной революции использование паровых мельниц позволило значительно увеличить выпуск муки. Однако производителям было трудно поддерживать ее свежесть в течение нескольких месяцев, которые уходили на доставку потребителю. Поставщики узнали, что, убрав из пшеницы маслянистый зародыш (ту часть, которая портится) до помола, они могут сделать срок годности практически неограниченным. Однако таким образом терялось большое количество пищевых волокон, не говоря уже об остальных полезных микронутриентах, содержащихся в пшеничном зародыше. Также мельники заметили, что, убрав еще и отруби, они смогут предложить потребителям белую, легкую, «пушистую» муку, состоящую исключительно из эндосперма, которую многие находили привлекательной, вкусной и более простой в использовании. Технология подарила нам «муку богачей», но рацион нашей микрофлоры стал беднее. Технологии помола совершенствовались, пшеницу стали перемалывать все мельче — и на полках в современных магазинах мы видим нечто, скорее напоминающее тальк.
Понятно, почему удаление отрубей и зародыша из пшеницы привело к уменьшению количества ДМУ. Но каким образом качество помола муки влияет на доступность ДМУ? Разве в упаковке цельнозерновой пшеничной муки не столько же ДМУ, сколько в нетронутых ядрах? Не совсем. Некоторые ДМУ попадают к микрофлоре, потому что в геноме человека не закодирована способность их расщеплять. Это как замок для тех, у кого нет ключа. Другие ДМУ попадают к микрофлоре, так как частицы еды, в структуру которых они включены, слишком большие и организм может их усвоить только в толстой кишке. В этом случае у нас есть ключ к замку, но замок спрятан. Эти «спрятанные» углеводы содержат соединения, которые мы можем расщеплять, но сначала нужно переварить их защитную оболочку. Вот почему они проходят по кишечнику относительно нетронутыми, сохраняя ДМУ для ферментации.
Если мука помолота в очень мелкий порошок, у наших пищеварительных ферментов есть время, чтобы разорвать гораздо больше связей в углеводах и усвоить получившиеся моно- и дисахариды напрямую в кровеносную систему. С мукой более грубого помола у ферментов не хватает времени на все соединения углеводов, и они оставляют часть нетронутыми для микрофлоры.
Вы можете съедать такое же количество хлеба, что и ваша прабабушка. Однако ее хлеб был сделан из муки более грубого помола, которая содержала также отруби и зародыши, в ней было больше ДМУ. Современный батон хлеба из мелкой белой муки, который во многих отношениях больше походит на торт вашей прабабушки, практически вообще не содержит ДМУ. Ломоть хлеба из цельнозерновой пшеничной муки обеспечит вас двумя граммами пищевых волокон. Если же вы съедите чашку сваренных немолотых пшеничных ядер, вы получите около девяти граммов пищевых волокон, что составляет от четверти до трети ежедневного необходимого количества.
Мы часто печем собственный хлеб. Чтобы сохранить как можно больше ДМУ, мы мелем муку из ядер пшеницы, используя небольшую ручную мельницу. В этом грубоватом продукте сохраняются отруби и зародыши. Наш хлеб, безусловно, душевнее, чем губчатый белоснежный из магазина, а отруби и зародыши придают ему несравненный вкус. В нашей семье предпочитают хлеб с собственной закваской, а не с магазинными дрожжами. Это прекрасный способ снизить гликемическую нагрузку, потому что микробы в закваске поглощают значительную часть простых углеводов в муке. Кстати, хлеб из теста на закваске уже можно купить в некоторых магазинах. Ищите батоны, сделанные из цельнозерновой муки, чтобы гарантировать высокое содержание ДМУ.
А КАК НАСЧЕТ ЭСКИМОСОВ?
Несмотря на данные, демонстрирующие преимущества диеты, богатой пищевыми волокнами, есть скептики, считающие, что рацион, богатый белками, лучше. А как насчет эскимосов? Они практически не едят пищевых волокон и могут похвастаться прекрасным здоровьем. Действительно, люди, живущие в полярных регионах, традиционно ели очень мало растений. Клетчатка была доступна только летом, когда можно было собирать ягоды, клубни и водоросли. Есть свидетельства, что употребление волокон в это время года сопровождалось дискомфортом. «Эскимосы Ангмагссалика страдают от болей в желудке, съев большое количество водорослей после длительного периода воздержания. Но после нескольких дней “тренировок” они снова способны есть их без боли», — отмечал Керстин Эйдлиц в книге «Еда и питание в чрезвычайных обстоятельствах в околополярной области» (1969)[74]. Возможно, эта боль была результатом внезапного роста ферментации, вызванной пищевыми волокнами, при которой производятся не только КЖК, но и газы.
Здесь стоит разобраться с вопросом, которым, возможно, многие из вас задаются. Не будет ли диета, богатая клетчаткой, сопровождаться активным газообразованием? Зачем поддерживать рацион, который сделает нас социальными изгоями?! Действительно, один из побочных продуктов ферментации — производство бактериями водорода и углекислого газа. Они лишены запаха, но, выходя из организма, уносят с собой различные дурно пахнущие летучие молекулы, производимые определенными представителями микрофлоры, в том числе содержащие серу (как в запахе тухлых яиц). Однако в сложной экосистеме кишечника отходы одного микроба — пища другого, и продукты газовой ферментации одних видов микробов могут поглощаться другими. Пример — Methanobrevibacter smithii. Этот микроб — не бактерия, а представитель одноклеточных организмов под названием археи. M. smithii использует водород и углекислый газ для производства метана (это тоже газ без запаха). Из-за особенностей производства метана M. smithii заглатывает больше молекул газа, чем впоследствии производит. Таким образом, M. smithii в кишечнике может сократить общее количество выделяемого газа. При наличии разнообразного набора микробов, живущих в кишечнике, более высока вероятность, что газы, производимые в результате ферментации, станут частью комплексной пищевой сети и их поглотят другие микроорганизмы. Чем больше газа поглотят микробы, тем меньше вы его выделите.
Сезонное употребление пищевых волокон эскимосами могло быть достаточным для поддержания богатства микрофлоры. Кроме того, эскимосы ели довольно много ферментированного мяса, которое пополняет микрофлору различными видами микробов. Строго говоря, исследования микрофлоры эскимосов на традиционной диете не проводились, и получить необходимые данные сегодня уже сложно, так как в результате аккультурации эскимосы во многом освоили западный рацион. И вот еще что важно. Географическая изоляция могла сохранить особенности генома и микробиома эскимосов, что позволило им оставаться здоровыми на диете, богатой жирами и мясом, но бедной пищевыми волокнами. Возможно, как и в случае с нори в Японии, микробиом эскимосов собрал гены, позволяющие ему развиваться даже при таком питании. Пока точной информации на этот счет нет, здоровье эскимосов не может служить веским аргументом против активного употребления ДМУ.
По данным многочисленных исследований, диета, основанная на мясе, плохо сказывается на здоровье. Так, участники одного эксперимента в течение четырех недель употребляли пищу, богатую белками и бедную углеводами[75]. Анализы показали кардинальный спад в производстве КЖК и антиоксидантов, извлекаемых из пищевых волокон, а также накопление опасных метаболитов в толстой кишке. Такая среда отрицательно сказывается на долгосрочном здоровье, увеличивая риск развития воспалительных заболеваний и рака толстой кишки. Микрофлора всеядных людей по сравнению с микрофлорой вегетарианцев и веганов производит больше триметиламиноксида[76]. Это соединение (продукт переработки бактериями химического вещества, в изобилии встречающегося в красном мясе) связано с развитием сердечных заболеваний.
ДИЕТА С БОЛЬШИМ КОЛИЧЕСТВОМ ДМУ РАДИ БОГАТОЙ МИКРОФЛОРЫ
Наша семья ест рыбу, молочные продукты и немного мяса животных, выросших на подножном корму. Но в основном наши тарелки наполнены ДМУ. Мы едим много коричневого риса и вареного цельнозернового ячменя, фасоли, жареных овощей. Наш обычный десерт — фрукты или темный шоколад. Мы ограничиваем употребление простых углеводов, не покупаем полуфабрикаты, почти не используем в выпечке белую муку высшего сорта. Бывает непросто получить достаточное количество пищевых волокон. Мы увеличиваем их потребление, хотя бы пару раз в неделю готовя блюда с чечевицей или фасолью (это лучше, чем покупать уже готовые бобы в консервных банках). В выходные мы варим большую кастрюлю нута, черной, обычной или любой другой фасоли. Во время медленного кипячения в течение нескольких часов нам нужно только следить, чтобы вода не переливалась через край и полностью не испарилась. Мы храним вареную фасоль в стеклянных банках в холодильнике в течение недели или в морозилке более длительное время. Кроме того, мы постоянно добавляем орехи и семена во все, что едим, в том числе в салаты и главные блюда.
Если вам кажется, что вы не сможете справиться с подобной диетой, начните с малого. Например, возьмите за правило оценивать содержание клетчатки в продуктах, прежде чем есть. Если вы не видите ничего, что могло бы накормить вашу микрофлору, подумайте, что можно изменить, чтобы повысить содержание ДМУ, — и внесите коррективы в приготовление или заказ блюда. Если с увеличением ДМУ в рационе вас беспокоит вздутие живота или другой дискомфорт, помните, что медленное (на протяжении нескольких недель или месяцев) обогащение диеты волокнами снизит остроту этих реакций. Вы можете постепенно заменять привычные продукты, чтобы улучшить питание кишечных микробов и принести пользу здоровью. В конце книги мы приводим рецепты блюд, богатых ДМУ.
Глава 6
Нутром чую
ОСЬ «КИШЕЧНИК — МОЗГ»
Мозг и кишечник связаны изначально. Иногда, оценивая что-то в отсутствие объективных данных, мы подтверждаем свое суждение так: «Нутром чую». Связь мозга и кишечника не только метафорическая. Они соединены разветвленной сетью нейронов и «трассой» химических веществ и гормонов, которые постоянно предоставляют информацию о том, насколько мы голодны, испытываем ли стресс, присутствуют ли в кишечнике болезнетворные микробы и пр. Эта информационная магистраль называется осью «кишечник — мозг», и ее задача — обмен данными между конечными пунктами оси. Тревожное чувство внизу живота, когда вы видите счет за проживание в отеле, — яркий пример контакта мозга с кишечником. Вы испытываете стресс, и кишечник об этом сразу же узнает.
Энтеральную нервную систему иногда называют вторым мозгом организма. Эта часть нервной системы соединяется с мозгом при помощи сотен миллионов нейронов. Ее задача — контролировать желудочно-кишечный тракт. Разветвленная сеть соединений «мониторит» все органы пищеварения от пищевода до ануса. Энтеральная нервная система может функционировать и без помощи центральной нервной системы, но они поддерживают регулярную связь. Наш «второй мозг» нельзя использовать, чтобы сочинить симфонию или нарисовать шедевр, но он играет очень важную роль в управлении механизмами внутренней «трубки». Сеть нейронов в кишечнике так же развита и сложна, как сеть нейронов в спинном мозге, что может показаться избыточным для контроля пищеварения. Зачем кишечнику свой собственный «мозг»? Только ли для управления процессом пищеварения? Или, может быть, одна из задач нашего второго мозга — следить за триллионами микробов, обитающих в кишечнике?
Работа энтеральной нервной системы контролируется мозгом и центральной нервной системой. Центральная нервная система общается с кишечником при помощи симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы. Это ответвление нервной системы контролирует «непроизвольную» деятельность: сердцебиение, дыхание и пищеварение. Задача вегетативной нервной системы — регулировать скорость, с которой пища проходит по кишечнику, выработку кислоты в желудке и производство слизи на стенках кишечника. Еще один механизм, позволяющий мозгу взаимодействовать с кишечником, чтобы помогать контролировать пищеварение при помощи гормонов, — это гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая ось.
Система нейронов, гормонов и химических нейромедиаторов позволяет мозгу напрямую воздействовать на среду кишечника. Скорость продвижения еды и количество слизи на стенках (характеристики, которые может контролировать центральная нервная система) непосредственно влияют на условия, в которых существует микрофлора.
Как и в любой экосистеме, населенной конкурирующими видами, условия внутри кишечника определяют, какие обитатели будут процветать. Животные, приспособленные к влажности тропического леса, столкнутся с проблемами в пустыне. Точно так же микробы, выживающие за счет слизи, окажутся в трудном положении в кишечнике с тонким слоем защитного барьера. Добавьте слизи, и зависимые от нее микробы могут вернуться. Нервная система способна влиять на продолжительность кишечного транзита и выделение слизи, поэтому от нее зависит, какие микробы населят кишечник.
А что насчет другой стороны оси — микробов? Когда микрофлора приспосабливается к изменениям в рационе или к уменьшению продолжительности кишечного транзита, вызванного стрессом, узнает ли мозг о переменах? Исходит ли голос, требующий перекусить, от вашего разума или от ненасытной массы в кишечнике? Последние данные свидетельствуют о том, что влияние микрофлоры простирается далеко за пределы кишечника, затрагивая разум. Мало кто мог это предвидеть.
Например, кишечная микрофлора влияет на уровень в организме мощного нейромедиатора серотонина, который регулирует чувство счастья. Наиболее распространенные антидепрессанты эффективны именно благодаря тому, что повышают уровень серотонина. При этом серотонин, скорее всего, лишь один из большого числа биохимических посланников, управляющих нашим настроением и поведением и попадающих под воздействие микрофлоры.
МЫШИ БЕЗ МИКРОФЛОРЫ: ДЕРЗКИЕ И РАССЕЯННЫЕ
Идея о влиянии микробов на поведение не так уж нова. Многие патогены воздействуют на разум. Возбудитель сифилиса Treponema pallidum, очень подвижная бактерия в форме спирали, может проникать в спинной и головной мозг пораженного человека. Завладевая нервной системой, как зомби, Treponema pallidum способна вызвать у носителя депрессию, аффективные расстройства и даже психоз. Некоторые микробы воздействуют на мозг, чтобы как можно шире распространиться. Одноклеточные Toxoplasma gondii, инфицируя грызунов, проникают в их мозг и заставляют «забыть» естественную боязнь кошек. Ясно, что такие особи чаще становятся добычей. Съев зараженного грызуна, кошка помогает T. gondii завершить жизненный цикл, и одноклеточные распространяются через кошачьи фекалии. В данном случае «манипуляция сознанием» грызуна очень выгодна T. gondii. Известны многие примеры, когда «плохие» микробы манипулируют сознанием «жертвы» и получают преимущество. Гораздо меньше изучен вопрос, могут ли «хорошие» микробы проделывать подобные трюки.
Наблюдая за мышами без микрофлоры, живущими в стерильных пузырях, ученые выяснили, что кишечная микрофлора связана с работой мозга и поведением. Исследователи заметили, что стерильные мыши смелее и более склонны к исследованию пространства вокруг[77]. В мышином эквиваленте экстремальных видов спорта эти грызуны пробегали б
Ученые обнаружили, что дерзкие мыши без микрофлоры после пересадки микробов становились более осторожными — как нормальные грызуны[78]. Но микробы необходимо было пересадить прежде, чем особи достигали зрелости. Как только они взрослели, добавление микробов в кишечник уже не могло изменить излишнюю склонность к риску. Похоже, что роль кишечных микробов в настройке чувства самосохранения мышей ограничивается периодом детства. У человека детство — это время невероятно быстрого роста и развития мозга. Если микробы играют роль в развитии личности и поведения людей, логично, что сильнее всего их воздействие проявляется в детстве.
Кроме того, у мышей без микрофлоры обнаружились проблемы с памятью. Ученые устроили двум группам мышей (с микрофлорой и без нее) тест на запоминание[79]. Мышам дали пять минут на исследование двух новых предметов: небольшого гладкого кольца для салфетки и большого кольца в клеточку. Затем предметы убрали. Через 20 минут большое кольцо в клеточку вернули вместе с формочкой для печенья в виде звезды (ее мыши еще не видели). Если мышь запомнила кольцо, она уделяла ему меньше внимания и больше времени тратила на изучение незнакомой формочки для печенья. Особи с нормальной микрофлорой именно так и поступали. Грызуны без микрофлоры тратили на исследование «старого» кольца столько же времени, сколько и на «новую» формочку. Они забыли предмет, который видели 20 минут назад.
Важно помнить (и, может быть, микрофлора вам в этом поможет), что с людьми невозможно повторить главное условие этих экспериментов — отсутствие микрофлоры. Мы все «колонизированы». Однако использование крайностей (никаких микробов против множества микробов) в этих исследованиях убедительно демонстрирует, что микрофлора может ощутимо воздействовать на поведение и память.
Мы можем предположить, что микрофлора повышает шансы на выживание своего носителя, делая его более осторожным или улучшая его память. Возможно, современные люди — результат многих поколений микрофлоры, помогавших нашим предкам принимать решения, продлевающие жизнь. Роль, которую кишечные бактерии играют в становлении нашей личности и интеллекта, по-прежнему не очень ясна, но несомненно, что микрофлора не только переваривает еду. Вы не сможете свалить вину за забытую годовщину свадьбы на недавний курс антибиотиков, однако, внимательно прислушиваясь к своему нутру, возможно, различите биохимический шепот микробов. Микрофлора может быть заключена в стенках пищеварительного тракта, но очевидно, что ее влияние простирается за его пределы. Химические вещества, производимые бактериями, могут проникать в стенки кишечника, просачиваться в систему кровообращения и достигать мозга. Исследователи активно стараются определить состав этих химических веществ, чтобы понять, каким образом они могут влиять на наше психическое состояние.
ПЕРЕСАДКА ЛИЧНОСТИ
Пересадка микрофлоры может передать физиологические характеристики донора реципиенту. Стройная мышь наберет вес, если пересадить ей «тучную» микрофлору. Соответственно, пересадка «стройной» микрофлоры защищает особь от ожирения. Но если микрофлора влияет на работу мозга, изменят ли пересаженные микробы настроение или личность человека? Можно ли использовать «счастливую» микрофлору для борьбы с депрессией?
В 2011 году на эти вопросы попытались ответить исследователи в канадском университете Макмастера в Онтарио[80]. Ученые работали с двумя группами лабораторных мышей: беспокойных мышей (Balb/c) и общительных особей (NIH Swiss). Для оценки нервозности или общительности исследователи помещали мышей на приподнятую платформу и записывали, сколько времени у них уходило на спуск. Долгая задержка перед спуском с платформы указывала на то, что мышь нервничала по поводу своего опасного положения. Чем увереннее в себе была мышь, тем быстрее она спрыгивала вниз. Balb/c проводили на платформе в среднем по четыре с половиной минуты, осторожно пытаясь спуститься. NIH Swiss спрыгивали за считаные секунды.
Затем ученые поменяли микрофлору особей двух групп и повторили эксперимент с платформой. Когда микрофлора от Balb/c была пересажена в NIH Swiss, последним, ранее таким самонадеянным, потребовалось больше минуты, чтобы спуститься с платформы. Пересадка микрофлоры от уверенных в себе NIH Swiss в прежде беспокойных Balb/c сократила время их спуска более чем на минуту. Так, изменив микрофлору, исследователи значительно изменили уровень тревожности и связанное с ним поведение грызунов.
Ученые обнаружили, что пересадка микрофлоры воздействовала на уровень нейротрофического фактора мозга (BDNF) в гиппокампе. BDNF — это белок, нарушение функционирования которого связано с такими заболеваниями, как депрессия, шизофрения и обсессивно-компульсивное расстройство. Низкий уровень BDNF в гиппокампе ассоциируется с тревожным расстройством и депрессивным типом поведения. Получив микрофлору беспокойных грызунов, ранее общительные мыши стали более робкими. Кроме того, у них наблюдались значительные изменения биохимических процессов мозга.
С научной точки зрения механизм изменения поведения пока непонятен. Каким-то образом микрофлора влияет на уровни BDNF (и других химических передатчиков) в мозге. Химические изменения сопровождаются переменами в настроении и поведении организма-хозяина, в данном случае мыши. Каким образом бактерии в конце пищеварительного тракта могут поменять уровень белка в черепе наверху? Мы уже давно знаем, что мозг физически и химически привязан к кишечнику. Благодаря этой связи мозг получает информацию, когда мы начинаем испытывать голод. Учитывая, что питание жизненно важно для выживания, логично, что организм соединяет кишечник и мозг. Однако очевидно, что «Покорми меня!» — далеко не единственное сообщение от кишечника мозгу.
БЕЗНАДЗОРНАЯ ФАБРИКА ЛЕКАРСТВ
Поглощая ДМУ, бактерии микрофлоры производят не только КЖК, но и огромное множество разных молекул. Некоторые оказываются у нас в крови и разносятся по организму. Многие из них токсичны. Они очищаются почками и выделяются с мочой. (Пациенты с почечной недостаточностью вынуждены регулярно проходить процесс диализа, чтобы избавиться от химических веществ, производимых микрофлорой.) Некоторые химические продукты микрофлоры напоминают лекарства и копируют структуру химических передатчиков нашего организма. Многие эти молекулы усваиваются в кишечнике и взаимодействуют с кишечными нейронами и иммунными клетками кишечной ткани. В некоторых случаях они попадают в систему кровообращения и добираются до мозга. Эти биологически активные химические вещества, производимые кишечными бактериями, омывают наши собственные клетки, передают сигналы нейронам и потенциально воздействуют на разум. Наша микрофлора — это фабрика лекарств, выпускающая фармацевтические препараты из кишечника — с прямым доступом к мозгу.
Неизвестно, зачем микрофлора производит химические вещества, похожие на лекарства. Возможно, действие некоторых из них повышает наш аппетит — и кишечные бактерии получают больше пищи. Возможно, химические вещества поддерживают другие функции. Они пока не исследованы, но, безусловно, полезны для бактерий, которые производят эти вещества. Это может быть, например, изменение моторики кишечника или влияние на иммунитет. Необходимо больше исследований, чтобы узнать действие этих «лекарств» и лучше понять триллионы производящих их «фармацевтов».
Бактерии не обладают разумом и не разрабатывают молекулы специально, чтобы манипулировать нами. Но гипотетическая ситуация, приведенная ниже, иллюстрирует, как изменение нашего поведения, вызванное бактериями, может быть подкреплено и укорениться в нашей физиологии.
Представьте себе бактерии, которые специализируются на усвоении пектина — полисахарида, в изобилии встречающегося во многих видах фруктов, таких как цитрусовые. ДНК бактерии, поглотившей ДМУ из съеденного вами цитруса, может мутировать. Подобные биологические ошибки при копировании ДНК у бактерий происходят довольно часто и обычно приводят к смерти бактерии. В редких случаях, однако, результатом мутаций может стать производство новой интересной молекулы. Если одна из миллиардов бактерий, питающихся пектином, случайно производит новую молекулу, которая стимулирует ваше желание есть цитрусовые, значит, эта бактерия нашла способ изменить ваше поведение на более выгодное для нее и ее потомства.
Подобное стечение обстоятельств крайне маловероятно. Очень невелики шансы, что бактерия просто создаст вещество, которое повлияет на ваше желание есть цитрусы, и что она же «с удовольствием» употребит пектин — извлечет пользу, когда фрукт будет съеден. С другой стороны, мы эволюционировали вместе с микробами миллиарды лет. Внутри каждого из нас — триллионы микробных клеток, которые копируют свою ДНК каждые 30–40 минут. Землю населяют миллиарды людей. Учитывая все это, очень может быть, что иногда какой-нибудь микроб «срывает джекпот». Наткнувшись (даже совершенно случайно) на что-то, что дает ему конкурентное преимущество, микроб быстро размножается. Эти умные (или удачливые) микробы будут передаваться от родителей детям, и микробная манипуляция человеческим поведением со временем закрепится. Подобные сценарии разыгрываются прямо сейчас в вашем организме.
ТОКСИЧНЫЕ ОТХОДЫ МИКРОФЛОРЫ
Значительная часть химических веществ, циркулирующих в вашем организме, — метаболические отходы кишечных микробов.
Одна из многочисленных функций печени — детоксикация химических отходов, произведенных микробами. При нарушении работы печени эти токсичные вещества могут вызвать огромные когнитивные проблемы (это называется печеночная энцефалопатия)[81]. Скапливаясь в крови, молекулы проникают в мозг и наносят ущерб нормальному неврологическому функционированию. Традиционное лечение печеночной энцефалопатии берет на прицел микрофлору, чтобы сократить количество микробов в кишечнике и таким образом уменьшить объем производимых ими химических веществ. Одно из лекарств, используемых в этом случае, — лактулоза. Она ускоряет кишечный транзит, чтобы быстрее вымывать микробов и их метаболиты. Другое лекарство — рифаксимин, антибиотик, истребляющий кишечных микробов. До лактулозы и рифаксимина для эффективного лечения психической дисфункции, вызванной микрофлорой и связанной с нарушением работы печени, применялось хирургическое удаление толстой кишки пациента (вместе с микрофлорой, разумеется)[82].
Почки тоже призваны удалять значительную часть метаболитов микрофлоры, выводя их с мочой[83]. Анализируя мочу, исследователи могут оценить работу микрофлоры. При отказе почек кровь может наполниться отходами микрофлоры, за чем последует когнитивная дисфункция. Диализ «отсеивает» эти молекулы из крови и поддерживает их количество на низком уровне. В будущем, возможно, мы найдем способ перепрограммировать микрофлору или установить над нею контроль при помощи диеты, чтобы свести к минимуму производство токсичных отходов и необходимость диализа.
Один из наиболее изученных токсичных отходов микрофлоры — триметиламиноксид (ТМАО). Исследователи Кливлендской клиники открыли эту молекулу, когда искали переносимые кровью вещества, которые могут предсказать развитие сердечно-сосудистых заболеваний[84]. Молекулярные маркеры сердечного приступа (и других надвигающихся проблем со здоровьем) ценны как «система оповещения» и помогают понять происхождение болезни. Ученые Кливлендской клиники сравнили химические вещества, найденные в крови людей, наблюдающихся у кардиологов. Они обнаружили, что изобилие TMAO в крови могло служить предвестником инфаркта или приступа стенокардии, а также содействовать опасным для жизни засорениям сосудов. Откуда берется ТМАО и что можно сделать, чтобы поддержать его на низком уровне?
Как вы могли догадаться, микрофлора играет решающую роль в производстве ТМАО. Но, учитывая все, что мы знаем о факторах риска развития сердечных заболеваний, диета также очень важна. Красное мясо и жирная пища предоставляют микрофлоре ресурсы, необходимые для синтеза ТМАО, особенно жир фосфатидилхолин, более известный как лецитин, и карнитин, компонент мяса.
Дальнейшие исследования показали, что микрофлора некоторых участников экспериментов не производила большого количества триметиламина (ТМА), предшественника ТМАО[85]. У этих людей был низкий уровень циркуляции ТМАО и ниже шансы развития сердечных заболеваний. Привычки питания служили важным фактором, определяющим, сколько ТМАО вырабатывалось после поедания красного мяса. Вегетарианцы и веганы производили намного меньше ТМАО, чем мясоеды. Ученые даже нашли вегана с пятилетним стажем, который согласился съесть стейк ради науки. Этот участник, долго воздерживавшийся от мяса, обнаружил очень низкий уровень ТМАО после ужина со стейком, то есть его бактерии были почти не способны производить ТМА. Исследователи не смогли убедить вегана продолжить есть мясо (или не стали этого делать), но провели эксперименты с мышами, чтобы выяснить, может ли регулярное употребление мяса изменить микрофлору таким образом, чтобы она производила большое количество ТМА. Мышей, чья микрофлора вырабатывала мало ТМА, посадили на диету, содержащую карнитин, и количество ТМА существенно выросло. Повышение уровня ТМА сопровождалось изменением состава микрофлоры: в ней появилось больше видов, производящих ТМА.
Это исследование помогло установить, как злоупотребление красным мясом может привести к сердечным заболеваниям. Производя ТМА из карнитина, микрофлора серьезно влияет на здоровье своего «хозяина». Это исследование подкрепляет данные о том, насколько глубокое воздействие диета оказывает на два аспекта микрофлоры: виды бактерий в составе сообщества и производимые ими химические реакции. Например, два человека едят стейк: один из них в основном питается растительной пищей, а другой часто употребляет мясо. Вы можете подумать, что, раз они едят одно и то же блюдо, химические реакции в их кишечниках будут идентичны. Но микрофлора, которая редко сталкивается с мясом, скорее будет похожа на микрофлору того самого вегана из исследования Кливлендской клиники и произведет совсем немного ТМА. У всеядного человека употребление стейка, скорее всего, приведет к выработке большого количества ТМА. Одно и то же блюдо — и разные химические последствия. Если же человек откажется от растительной диеты и решит есть больше мяса, его микрофлора отреагирует. Через два месяца организм вегана может утратить свое преимущество, выработка ТМА возрастет.
С другой стороны, диета важна с точки зрения предоставления материала, на основе которого действует микрофлора. Если вы станете есть меньше мяса (то есть вводить меньше соответствующих молекул в кишечник), то микрофлора выработает меньше ТМА, даже если раньше эффективно их производила. Если вы надолго сократите потребление мяса, микрофлора, скорее всего, существенно «снизит выпуск» ТМА. В этом случае, даже если вы отведаете стейк, уровень ТМАО в вашей крови, вероятно, будет минимальным.
Микрофлора каждого человека уникальна и способна производить разные виды и объемы биологически активных молекул. При этом и диета воздействует на их производство. Эти факты подтверждают необходимость разработки новой технологии, позволяющей каждому из нас наблюдать за аспектами функционирования микрофлоры, важными для нашего здоровья.
Поделиться книгой: