Перекормленные бактерии делают людей больными

С конца Второй мировой войны, наряду с ростом благосостояния и связанными с ним изменениями образа жизни, в современных промышленно развитых странах развились многочисленные новые, цивилизационные паттерны заболеваний. Примеры так называемых «болезней цивилизации» — различные заболевания кишечника, такие как болезнь Крона или язвенный колит. Общие причины включают нарушения человеческого микробиома, то есть естественного микробного заселения организма, и в частности кишечника. До сих пор ученые объясняли это нарушенное сотрудничество между организмом-хозяином и микробами разными гипотезами: например, постулировали, что чрезмерная гигиена, интенсивное использование антибиотиков или определенные генетические факторы необратимо нарушают микробиом, делая людей уязвимыми к болезням. Однако эти попытки объяснения до сих пор были неполными.

Команда из Коллаборативного исследовательского центра (CRC) 1182 «Происхождение и функция метаорганизмов» в Кильском университете (CAU) сформулировала новую и более всеобъемлющую эколого-эволюционную теорию развития болезней цивилизации. Исследователи предполагают, что неестественное и особенно обильное поступление питательных веществ разъединяет бактерии с их организмами-хозяевами и таким образом разрушает хрупкий баланс микробиома. В некоторой степени перекормленные бактерии в кишечнике способствуют развитию заболеваний. Ученые опубликовали этот фундаментально новый подход к более полному объяснению болезней цивилизации в журнале mBio.

Истоки лежат в океанах

Отправной точкой для кильской исследовательской группы стала экология морских местообитаний: исследования гибели кораллов и водорослей и связанных с этим последствий для важных экосистем океанов позволяют предположить, что помимо других факторов, таких как изменение климата или перелов, причиной проблемы могут быть условия поступления питательных веществ в морской воде. Как только из-за влияния человека возникает переизбыток пищи, бактерии, живущие в сообществе с кораллами, начинают отделяться от своих хозяев. Они перестают питаться продуктами метаболизма хозяина, предпочитая более богатое питательными веществами окружение. Баланс микробиома коралла нарушается из-за ухода симбиотического партнера, и в результате возникают болезни. «В этой связи между доступностью питательных веществ и балансом взаимоотношений бактерий и хозяина мы видим универсальный принцип, выходящий далеко за пределы очень конкретного примера с кораллами», — пояснил д-р Тим Лахнит, научный сотрудник CRC 1182 и первый автор исследования. «В исследованиях нашего модельного организма, пресноводного полипа гидры, мы смогли экспериментально подтвердить эту связь», — продолжил Лахнит. Эти мелкие стрекающие также демонстрировали явные признаки болезни, как только их нормальное потребление питательных веществ нарушалось и вместо этого возникал переизбыток пищи.

Что общего у кораллов, стрекающих и людей?

С высокой степенью вероятности знания, полученные в эксперименте, можно перенести и на здоровье человека. Подобно морской воде или простой полости тела пресноводного полипа, которая в ходе эволюции отделилась от внешней среды и прямого поступления пищи, поступление питательных веществ в кишечнике человека также меняется вместе с вызванными цивилизацией изменениями в привычках питания — в сторону несбалансированной, богатой энергией и бедной клетчаткой диеты. Помимо прямых негативных последствий для здоровья, постоянное обильное и легкоусвояемое поступление питательных веществ влияет не только на метаболизм человека, который оно питает, но и на бактериальное заселение кишечника, которое также «кормят». Микробы переключаются с метаболитов хозяина как основного источника пищи на обильно доступные питательные вещества из человеческой еды и таким образом отделяются от взаимодействий с организмом-хозяином. «Этот перекорм бактерий способствует их росту в целом, и определенные виды бактерий размножаются в ущерб другим членам микробиома усиленно и бесконтрольно», — подчеркнул профессор Томас Бош, спикер CRC 1182. «Таким образом, вместе с изменением состава бактериального заселения меняются и взаимодействия между бактериями и организмом-хозяином, и возникает серьезное нарушение адаптации — известное как дисбиоз», — пояснил д-р Питер Дайнес, научный сотрудник кильского CRC по метаорганизмам.

Другие цивилизационные факторы усиливают этот дисбаланс микробиома. Отсутствие периодического голодания из-за постоянной доступности пищи, лишь очень редкое возникновение диареи, приводящей к эпизодическому сокращению кишечных бактерий, и обеднение микробного разнообразия в кишечнике, связанное с диетой, — лишь несколько примеров. Первые два из них представляют собой очень фундаментальные механизмы, которые с раннего развития человечества вплоть до доиндустриальной эпохи позволяли микробиому регулярно возвращаться к нормальному состоянию и, таким образом, восстанавливать здоровый и естественный состав.

Может ли микробиом исцелить себя?

Предложенная исследователями из кильского CRC 1182 в тесном сотрудничестве с кластером передового опыта CAU «Точная медицина при хроническом воспалении» «гипотеза перекармливания» предлагает ценные подходы для дальнейших исследований, вплоть до потенциального переноса в будущие методы лечения: до сих пор ученые особенно искали способы исправить нарушенный микробиом с помощью внешних вмешательств, таких как пробиотики (добавление определенных видов полезных бактерий) или даже трансплантация фекальной микробиоты для восстановления баланса. Теперь эколого-эволюционная перспектива добавила еще одно измерение. Она больше, чем когда-либо, учитывает естественную способность микробиома к саморегулированию и восстановлению здорового состава. Поэтому будущие исследовательские подходы заключаются в изучении конкретных механизмов, балансирующих микробиом, и вопроса о том, можно ли уменьшить «перекармливание» бактерий за счет изменения пищевых привычек. «Интересным вопросом будет, обладают ли исходные эволюционные процессы, обеспечивающие баланс микробиома, также терапевтическим потенциалом», — сказал Лахнит. «В будущем мы будем, например, учитывать не только известную пользу для здоровья от голодания, но и его влияние на состав и функцию микробиома, а значит, и на развитие воспалительных заболеваний», — продолжил Лахнит.