Аланна Коллен - 10% Human. Как микробы управляют людьми

Ответ на этот вопрос Кани нашел, пытаясь увеличить популяцию другой группы бактерий — бифидобактерий. Посадив лабораторных мышей на богатую жирами диету, Кани заметил, что у них снизилась численность бифидобактерий. У людей наблюдалась похожая картина: чем выше был ИМТ человека, тем меньше бифидобактерий у него имелось. Кани знал, что бифидобактерии питаются волокнами, и подумал: а вдруг добавление волокон увеличит численность этой группы у мышей, сидевших на жирной диете, или даже замедлит набор веса? Он попробовал подмешать в богатый жирами корм олигофруктозу (которую иногда называют фруктоолигосахаридом, или ФОС). Волокна этого типа содержатся, например, в бананах, луке и спарже. И эта добавка сделала свое дело: численность бифидобактерий выросла.

Хотя бифидобактерии действительно росли в числе благодаря олигофруктозе, куда более резкий взлет обнаружился у аккермансий. Через пять недель у группы генетически тучных мышей линии ob/ob, чей рацион дополнили олигофруктозой, уровень содержания аккермансий в микрофлоре повысился в 80 раз по сравнению с другими мышами ob/ob, которые не получали волокнистых добавок. У генетически тучных мышей добавление волокна в пищу замедляло набор веса, а у мышей, набравших вес на жирной диете, добавление волокна запускало процесс потери веса.

Кани испытал и другой тип волокна — арабиноксилан — на мышах, растолстевших от жирной пищи. Арабиноксилан составляет огромную долю всех волокон, содержащихся в цельных зернах злаков, в том числе пшеницы и риса. У мышей, получавших вместе с жирной пищей добавки арабиноксилана, состояние здоровья улучшалось примерно так же, как у мышей, получавших олигофруктозу. У них не только увеличивалась численность бифидобактерий, но и восстанавливались популяции бактероидов и превотелл — до того уровня, который наблюдается у худых мышей. Хотя эти мыши продолжали получать жирную пищу, волокна, добавленные в их рацион, помогали «залатать» стенки «протекающего» кишечника, стимулировали деление жировых клеток и предохраняли их от увеличения в размерах, снижали уровень холестерина и замедляли набор веса.

«Если перевести мышей на рацион, богатый одновременно жирами и волокнами, они могут избежать ожирения, спровоцированного жирной диетой, — рассказывает Кани. — Мы можем доказать, что если не увеличивать долю волокон одновременно с увеличением доли жиров в рационе, то кишечному барьеру будет нанесен огромный вред. Мы знаем, что наши предки ели пищу, чрезвычайно богатую трудноусваиваемыми углеводами. Они съедали по 100 г волокон каждый день, мы же сегодня съедаем их в 10 раз меньше».

В нашем эволюционном прошлом набор веса, вероятно, был полезен человеку, так как помогал в сытую урожайную пору накопить жировые запасы впрок, чтобы пережить голодные времена. Остается загадкой, почему же для нас набор веса так вреден и влечет сердечно-сосудистые болезни, диабет и многие виды рака. Многие исследователи говорят, что мы просто перешагнули все мыслимые пределы, какие природа установила человеческому телу для накопления запасов. Именно поэтому избыточный вес, не вписывающийся в границы нормы, влечет за собой опасные заболевания. Исследования Кани дают новый ключ к пониманию того, почему процесс, приносивший нам явную пользу на протяжении всей эволюционной истории, начал представлять угрозу для здоровья. Пожалуй, само по себе употребление жирной пищи не вредно — главное, чтобы при этом в организм поступало достаточное количество волокон, которые будут защищать стенки кишечника от воздействия жира. Пока волокна поддерживают существование микробов, которые укрепляют оборону кишечных стенок, ЛПС не могут проникать в кровь, иммунная система пребывает в покое, а жировые клетки не разбухают, а увеличивают свою численность делением.

Строго говоря, дело даже не в самих микробах, а в тех веществах, которые они выделяют, расщепляя пищевые волокна. Речь идет о короткоцепочечных жирных кислотах (КЦЖК), о которых я упоминала в третьей главе. После того как человек поест растительной пищи, в его тонкой кишке в достаточно больших количествах появляются три основные КЦЖК: уксусная (ацетат), пропионовая (пропионат) и масляная (бутират). Эти продукты жизнедеятельности микробов, питающихся растительными волокнами, служат «ключиками» от тысячи замков, но их важность для нашего здоровья недооценивалась в течение многих десятилетий.

Один из таких «замков» имеет кодовое наименование GPR43 (рецептор, сцепленный с G-белком). Эти рецепторы имеются у иммунных клеток, и те проявляют активность, пока не появятся КЦЖК и не «запрут» их на замок. Но зачем все это нужно? Как это часто бывает в биологии, лучший способ понять, как работает какой-нибудь механизм, — сломать его и понаблюдать, что произойдет дальше. На примере так называемых «нокаутных» мышей (то есть мышей с «выключенным» геном), у которых в данном случае специально был «выбит» ген рецептора GPR43, группа исследователей обнаружила, что без этих рецепторов у животных часто развивается воспаление ободочной кишки, артрит или астма. Тот же эффект наблюдается, если «замок» оставить на месте открытым, а «ключ» забрать. Безмикробные мыши неспособны вырабатывать КЦЖК, потому что у них нет микробов, умеющих расщеплять волокна. Поэтому их «замки» рецептора GPR43 остаются «незапертыми», а мыши оказываются подвержены воспалительным заболеваниям.

Эти чрезвычайно интересные результаты говорят о том, что рецепторы GPR43 служат одним из связующих звеньев между микробами и иммунной системой. Микробы, питающиеся волокнами, «штампуют» ключи в виде КЦЖК, которые потом сами находят «замки» иммунных клеток и запирают их, не давая лимфоцитам броситься в атаку. Рецепторы GPR43 имеются не только у иммунных, но и у жировых клеток. Когда ключ КЦЖК попадает в такой замок, он заставляет жировые клетки делиться, а не становиться крупнее, и запасать энергию здоровым, а не «больным» способом. Кроме того, воздействие КЦЖК на GPR43 вызывает выброс лептина — гормона сытости. Таким образом, поев волокнистой пищи, человек насыщается быстрее.

Схематическое изображение работы «замков» GPR43 и «ключей» КЦЖК

Важны все три главные КЦЖК, но я хочу отдельно рассказать вам об одной из них. Особую роль играет именно масляная кислота, так как она, по-видимому, является недостающим звеном в разгадке тайны «протекающего» кишечника. Я уже неоднократно упоминала, что нездоровая колония микробов провоцирует ослабление белковых цепочек, связывающих воедино клетки кишечных стенок. Сделавшись вялой и рыхлой, кишечная стенка «дает течь», позволяя просачиваться в кровь веществам, которым там совсем не место. По пути они провоцируют иммунную систему, вызывая воспалительную реакцию, которая и стоит за множеством болезней XXI века. Так вот, задача бутирата — затыкать эти самые «течи».