При изменении рациона, например переходе на диету с повышенным содержанием пищевых волокон и пониженным содержанием жира, изменения в микробиоме наступают уже на третий день.
Ученые предполагают, что больше половины (57 %) вариаций в микробиоме происходит за счет смены питания, а на долю генетических вариаций приходится только 12 %. Японцы предложили очень занимательный пример того, как микробиом кишечника адаптируется к диете. Известно, что некоторые микробные ферменты (бета-порфираназы) расщепляют компоненты морских водорослей (гликаны). Они были обнаружены у морских микроорганизмов. Оказалось, что те же ферменты присутствуют в некоторых микробах (Bacteroides plebeius), населяющих кишечные микробиомы японцев, но их нет в микробиомах североамериканцев. По-видимому, употребление нестерильных морских водорослей по японской традиции позволило перенести ген, кодирующий синтез ферментов морских обитателей, к микробам-резидентам человеческого микробиома японцев и распространить этот ген по всей Японии, тем самым облегчив процесс переваривания морских водорослей.
Случай с водорослями иллюстрирует отдельный пример того, как рацион может привнести уникальные изменения в микробиом целого сообщества. Существует мнение, что значительные изменения в рационе всего населения планеты приведут к тому, что люди потеряют тех микробов, с которыми бок о бок развивался человеческий род, потому что мы перестали есть те продукты, которые способствовали эволюции нашего вида. По окончании серии любопытных экспериментов доктор Джастин Зонненберг из Стэнфордского университета с уверенностью говорит о том, что мы причиняем серьезный, непоправимый вред коллективному человеческому микробиому. Сначала он кормил «очеловеченных» лабораторный мышей (то есть стерильных мышей, заселенных человеческими фекальными микробами от представителя западной культуры) рационом, состоящим из растительных волокон, в течение шести недель. Затем он принялся кормить половину мышей согласно диете с низким содержанием пищевых волокон (западная диета) в течение семи недель, а затем снова перевел их на диету с повышенным содержанием пищевых волокон на шесть недель. Контрольная группа оставалась на диете с повышенным содержанием пищевых волокон все время эксперимента. Мыши давали потомство, и эксперимент продолжался с каждым последующим поколением. Команда исследователей в ходе экспериментов обнаружила нечто очень тревожное. Сперва изменения микробиома, вызванные изменением рациона, отчасти восстановились до прежних показателей в первом поколении (одна треть потомков из первого поколения не смогла полностью восстановиться). Но в дальнейшем с каждым последующим поколением западная диета с низким содержанием пищевых волокон продолжала все сильнее разрушать микробное разнообразие. Через четыре поколения диета с высоким содержанием пищевых волокон, не взирая на длительность «лечения», не смогла вернуть в микробиом микроорганизмы, которые умеют расщеплять пищевые волокна. Интересно, однако, что исследователи могут восстановить популяцию перерабатывающих пищевые волокна микробов с помощью трансплантации кала от здоровых животных.
В целом можно сделать вывод, что мы сами создаем условия для исчезновения микробов, которые умеют переваривать большие объемы пищевых волокон (и взамен производить КЦЖК, а также другие полезные вещества), продолжая придерживаться рациона с низким содержанием пищевых волокон и высокой концентрацией простых сахаров. Всего за несколько поколений эти изменения достигают точки невозврата, и таким образом мы разрываем отношения с полезными микробами, которые сопровождали нас на всем протяжении эволюции. Потеря разнообразия и изобилия микрофлоры кишечника наших предков может негативным образом отразиться на нашем здоровье и благополучии. Если у нашего вида останется меньше микробов и уменьшится их разнообразие, то мы станем более восприимчивы к желудочно-кишечным нарушениям, другим заболеваниям и дисбиозу. Возможно, то разнообразие микробиома кишечника, которое сейчас есть у долгожителей и супердолгожителей, мы уже не сможем воссоздать, что может самым неприятным образом сказаться на продолжительности человеческой жизни. Ученые сегодня поднимают вопрос о возможности хранения в биобанке фекалий наших бабушек и дедушек ради здоровья будущих поколений. Если мы хотим сохранить в себе популяцию жизненно важных микробов, пока еще не поздно, то должны вернуть в свой рацион как можно больше продуктов с высоким содержанием пищевых волокон.
Эпидемия ожирения
Когда-то ожирение считалось косметической проблемой, которую влекут за собой переедание и недостаточный самоконтроль. Но сегодня многочисленные международные медицинские и научные сообщества, в том числе Всемирная организация здравоохранения, признают ожирение хроническим прогрессирующим заболеванием, которое возникает по причине многочисленных внешних и генетических факторов. Ожирение – это распространенное, серьезное и, по мировым меркам, очень дорогое в лечении заболевание: по некоторым данным, глобальные затраты на лечение ожирения составляют 2 трлн американских долларов ежегодно. Более одной трети (36,5 %) взрослого населения Соединенных Штатов страдает от ожирения, а в 1962 году было всего 14 %, и более 2/3 (69 %) взрослых американцев живут с избыточным весом. Во всем мире живут 2,2 млрд взрослых людей с избыточным весом, в том числе 700 млн человек страдают от ожирения. Заболевание сильно сказывается на продолжительности и качестве жизни. Оно приводит к развитию других опасных заболеваний, в том числе проблемам с сердцем и сосудами, инсультам и к диабету второго типа.
Миф. Физические упражнения – это ключ к успешному похудению.
Факт. В целях похудения гораздо эффективнее меньше есть, чем больше заниматься, – об этом говорят результаты исследований. Принимая во внимание то, что микробы настолько сильно зависят от нашего рациона (а иногда и от физических нагрузок), мы можем разработать специальные диеты для похудения, ориентированные на состав микробиома.
Ожирение сегодня опережает курение по количеству жертв как причина гибели от рака: ежегодно из 600 тыс. смертей от онкологических заболеваний примерно 20 % связаны с ожирением. Ожирение повышает риск смерти у людей всех возрастов, но у людей старше 50 лет риск возрастает на целых 50 %. Люди среднего возраста с ожирением в два раза чаще умирают раньше срока, чем люди с нормальным весом. Умеренное количество лишнего веса в старости снижает риск преждевременной смерти, но диагностированное ожирение повышает шансы на скорую гибель, особенно у пациентов с коронарной болезнью сердца. Ожирение плохо сказывается на когнитивных функциях и повышает риск развития болезни Альцгеймера и деменции.
Распространенность и острота проблемы ожирения сегодня служит главной причиной пристального изучения микробиома. В середине первого десятилетия XXI века в лаборатории Джеффри Гордона при Вашингтонском университете было сделано ошеломляющее открытие: микробиом является одним из основных определителей веса человеческого тела. Исследования показывают, что стерильные мыши потребляют намного больше калорий, чем обычные, хотя набирают меньше веса. Кроме того, перенос микробов от ожиревших мышей худым мышкам посредством ТФМ заставляет животных толстеть, а перенос «стройного» микробиома толстым мышам помогает им сбросить вес. Это выдающееся открытие говорит о том, что микробиом влияет не только на сам вес, но и на скорость метаболизма и производство калорий. Наш организм использует короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК) и другие вещества, которые производят микробы, в качестве источника энергии.
