А вот у жителей промышленно развитых стран состав кишечной микробиоты, напротив, «ограничивающий», он не так эффективно расщепляет сложные углеводы растительного происхождения на короткие цепочки жирных кислот, даже если рацион богат фруктами и овощами. Логичный вопрос: каким образом возникает такой ограничивающий состав?
Гэри Ву считает, что все дело в отсутствии таких видов микроорганизмов, как бактерии Ruminococcus bromii, играющих важную роль в запуске процесса расщепления трудных для разделения веществ. В экосистеме кишечного микробиома подобные метаболиты могут быть произведены различными микроорганизмами. Однако некоторые виды кишечных микроорганизмов обладают более специализированными навыками и, по всей видимости, играют ключевую роль в расщеплении частиц крахмала, не переваренных в тонкой кишке. Этот так называемый резистентный крахмал содержится в разных пищевых продуктах растительного происхождения, включая бананы, картофель, бобовые и цельнозерновые. У большинства людей резистентный крахмал полностью ферментируется в толстой кишке до короткоцепочечных жирных кислот, но у некоторых горожан кишечная микробиота такой способностью не обладает.
Оказалось, что распад резистентного крахмала обычно инициируют упомянутые выше Ruminococcus bromii, в результате чего частично переваренный субстрат становится доступным для других бактерий, которые затем дальше расщепляют отдельные сахара, используя для этого различные ферменты. Такие микроорганизмы, как R. bromii, экологи называют «ключевыми видами», потому что их деятельность необходима для функционирования в оптимальном режиме всей экосистемы. Например, для Йеллоустонского национального парка ключевым видом являются волки. Там они контролируют численность популяции лося, в результате чего дело не доходит до уничтожения лосями пастбищ, и экосистема поддерживается в сбалансированном состоянии. Исчезновение волков приведет к серьезным последствиям для многих находящихся ниже по трофической цепи видов и таким образом повлияет на функционирование всей экосистемы.
Если число таких ключевых видов бактерий, как R. bromii, уменьшается или они вообще отсутствуют, все другие обитатели кишечной микробиоты начинают хуже выполнять свою работу (например, заниматься метаболизмом сложных углеводов). И наоборот, если исчезают какие-то виды, стоящие ниже в пищевой цепочке, их работу легко могут выполнить другие участники цепочки, также относящиеся к видам, стоящим ниже в трофической цепочке.
Все это означает, что, родившись в условиях западной цивилизации, вы приобретаете западный тип микробиома. Если в данный момент вы придерживаетесь веганской диеты, ваша кишечная микробиота останется такой же, как у типичного всеядного жителя развитой страны, а если вы перейдете на палеодиету и будете придерживаться ее до конца своих дней, ваша микробиота не станет такой же, как у охотников-собирателей. При этом структура микробных метаболитов, которые производит организм, зависит именно от диеты.
Даже если диеты у вас и у вашего соседа очень схожи, в ваших пищеварительных трактах будут обитать разные виды микроорганизмов. Совпадает только небольшая доля видов и штаммов микроорганизмов, даже если гены, которые эти микроорганизмы экспрессируют, и метаболиты, которые они производят, у этих людей оказываются схожими. Роб Найт из Университета Калифорнии в Сан-Диего, настоящий гений аналитики, благодаря которому стали возможными современные исследования кишечной микробиоты, считает, что кишечная микробиота похожа на крупномасштабную экосистему, где группировки различных видов микроорганизмов могут выполнять одинаковые функции.
Однако здесь не все идентично. Два луга на фотографии могут выглядеть одинаковыми, особенно по сравнению с двумя лесами, но на самом деле эти луга могут серьезно отличаться друг от друга и счет может идти на сотни видов растений и живых существ, хотя внешне среда кажется очень похожей.
Отношения между составом кишечной микробиоты и ее функциями можно представить и по-другому. Допустим, вы любитель музыки и у вас есть любимый оркестр, например Лос-Анджелесский или Берлинский филармонический, чьи выступления вы слышали много раз. Когда вы ходите на выступления, музыканты в оркестре по большей части остаются теми же, однако произведения, будь это музыка Бетховена, Малера или Моцарта, исполняются разные — все зависит от того, какие ноты стоят на пюпитре перед музыкантами во время концерта. Поэтому, когда речь идет о здоровье, идентичность видов микроорганизмов важна не так, как работа, которую они выполняют. Все как в оркестре: чтобы вы получили удовольствие, важно музыкальное произведение, а не тот факт, что его исполняют те же самые музыканты.
Как диета изменяет диалог между головным мозгом и пищеварительным трактом
Как свидетельствуют результаты исследования Гэри Ву, микробиота ЖКТ может адаптироваться к резким изменениям источников питания, переходу на другую пищу, чтобы продолжать существовать и производить свои метаболиты. Адаптация — один из элементов огромной мудрости эволюции, которая проявляется в устройстве и функционировании желудочно-кишечного тракта. Мы уже обсудили, как эта мудрость запрограммировала прямое взаимодействие по оси ЖКТ — микробиота — головной мозг и снабдила организм не только прекрасно функционирующей пищеварительной системой, но и расширяющейся библиотекой внутренних ощущений, которые помогают прогнозировать будущее, и инстинктами, помогающими более тонко и своевременно реагировать на опасности окружающего мира. Важно отметить, что, хотя кишечный микробиом и его связи с мозгом программируются в самом начале жизни, он остается гибким и способным к адаптации на протяжении всей жизни.
Я уже не раз сравнивал работу оси головной мозг — ЖКТ — микробиом с работой суперкомпьютера. «Члены» этой оси могут в полной мере приспосабливаться к изменениям во внутренней и внешней средах и поддерживать сложные связи с иммунной системой, метаболизмом, нервной системой и остальными системами организма человека. О высокой адаптивности этой оси наглядно свидетельствует тот факт, что люди относительно недавно успешно перешли от доисторического, тесно связанного с природной средой образа жизни к существованию в мегаполисах и потреблению продуктов, которые часто привозят из отдаленных регионов мира. Кишечный микробиом человека учится усваивать вещества, с которыми он прежде никогда не сталкивался, в том числе новые лекарства, пестициды и химические вещества, попадающие сегодня в нашу пищу.
С учетом этой универсальной способности у нас есть веские основания полагать, что кишечные метаболиты будут различаться в зависимости от типа текущей диеты. Это объясняется тем, что при расщеплении таких сложных углеводов растительного происхождения, как резистентный крахмал, создается принципиально иной набор метаболитов, чем при разложении аминокислот и жиров, главных компонентов мяса и молока, яиц и сыра. Например, в отличие от весьма ограниченного круга метаболитов углеводов, которые в основном состоят всего из нескольких короткоцепочечных жирных кислот, организм переваривает белки и создает 20 различных строительных блоков — молекул, называемых аминокислотами, а микроорганизмы в толстой кишке ферментируют эти аминокислоты и создают гораздо более широкий круг метаболитов, которые уже могут взаимодействовать с нервной системой.
