Наши микробы голодают, и это хорошо

Каждый из нас лишь наполовину человек. Другая половина — микробы. Триллионы вирусов, грибков, бактерий и других микроскопических организмов покрывают нашу кожу и выстилают жизненно важные органы.

Мы зависим от этих микробных сообществ, известных как микробиом, в переваривании пищи, синтезе витаминов, поддержке иммунной системы и даже психическом здоровье. Эта взаимозависимость создавала картину взаимовыгодной коэволюции — грандиозного симбиоза между микробом и человеком, формировавшегося тысячелетиями.

Однако недавние исследования показывают, что эти отношения менее утопичны и более антагонистичны. Учёные обнаружили, что хозяева лишают своих микробных обитателей питательных веществ, по сути, порабощая микробов в кишечнике, чтобы заставить их работать на нас.

Выводы также указывают, что современная диета и чрезмерное использование антибиотиков могут подорвать нашу позицию доброжелательных повелителей, склонив чашу весов в пользу микробов.

Контроль через голод

Исследователи из Университета Дьюка, включая аспиранта Аспен Риз и профессора Лоуренса А. Дэвида, изучили доступность ресурсов для микробиома. Риз, как эколог, предположила, что в кишечнике, как и в любой другой экосистеме, идёт конкуренция за ограниченные ресурсы, например, азот.

Она проанализировала образцы стула более чем 30 видов млекопитающих (диких и домашних) и обнаружила, что микробы в человеческом кишечнике имеют доступ в среднем лишь к 1 атому азота на каждые 10 атомов углерода. Для сравнения, свободноживущие микробы обычно получают 1 атом азота на 4 атома углерода.

Эксперименты на мышах подтвердили, что азот ограничивает рост микробов:

• Диета, богатая белком (и, следовательно, азотом), увеличивала количество бактерий в кишечнике мышей в 10 раз.
• Азот, введённый в кровоток мышей, частично попадал в кишечные бактерии, что указывает на способность хозяина секретировать его через клетки кишечника, "спасая" микробов от голода.

Исследование опубликовано на сайте Nature Microbiology.

"Наши данные подтверждают идею, что мы эволюционировали, чтобы держать наших бактерий на поводке, оставляя их голодными по азоту", — сказал Дэвид.

Риски современной жизни

Эта стратегия контроля объясняет потенциальный вред западной диеты с избытком белка. Излишки азота, не усвоенные в тонком кишечнике, попадают в толстый, "затопляя" экосистему и лишая хозяина возможности сдерживать рост микробных сообществ. Этот процесс аналогичен эвтрофикации водоёмов, когда сток удобрений вызывает чрезмерный рост водорослей.

Опасность антибиотиков

Другое исследование Риз и Дэвида (eLife, июнь) показало, что применение антибиотиков — плохая тактика для восстановления контроля. Курс антибиотиков у мышей приводил к накоплению ресурсов (нитратов, сульфатов) из-за гибели микробов. После отмены препаратов химическая среда быстро возвращалась к норме, и оставшиеся бактерии начинали бурно размножаться.

Дэвид предупреждает: многие из более чем тысячи видов кишечных бактерий, уничтоженных антибиотиками, могут не вернуться никогда. В экспериментах они возвращались только при копрофагии (поедании фекалий). У людей это приводит к долгосрочным (на месяцы и годы) изменениям микробиома, создавая благоприятную почву для патогенов, таких как C. difficile.

"В норме патогенам сложно колонизировать кишечник... Но если мы внезапно убираем микробную конкуренцию за ресурсы, мы теряем контроль", — пояснил Дэвид.

Поиск баланса

Учёные подчёркивают, что эволюция позволила нашему телу выработать системы сдерживания микробиоты. Теперь задача современных исследований — понять, как с помощью питания (пре- и пробиотиков) поддерживать этот баланс для здоровья.

"Как исследователи, живущие в современную эпоху, я думаю, мы всё ещё пытаемся понять, каково правильное промежуточное значение [количества бактерий] и как удержать нас в нём", — сказала Риз.