Переедание — путь к воспалительным заболеваниям кишечника?

После окончания Второй мировой войны, наряду с растущим процветанием и связанными с этим изменениями в образе жизни, в современных промышленно развитых странах возникли многочисленные новые и связанные с цивилизацией паттерны болезней. Примерами так называемых «экологических заболеваний» являются различные воспаления кишечника, такие как болезнь Крона или язвенный колит. Обычно к причинам развития этих патологий относят нарушения в микробиоме человека (естественной микробной популяции организма) и, в частности, микробиоме кишечника.

До настоящего времени ученые объясняли этот дисбаланс различными гипотезами: например, есть мнение, что чрезмерная гигиена, интенсивное использование антибиотиков или определенные генетические факторы постоянно нарушают микробиом, таким образом делая людей уязвимыми для болезней. Однако эти попытки объяснения до сих пор были неполными. Команда Центра совместных исследований (Collaborative Research Centre) 1182 «Происхождение и функции метаорганизмов» («Origin and Function of Metaorganisms») в Кильском университете в настоящее время сформулировала новую и более всеобъемлющую эколого-эволюционную теорию развития болезней окружающей среды.

Исследователи из Киля предполагают, что неестественное и особенно всестороннее снабжение питательными веществами отделяет бактерии от их организмов-хозяев и таким образом разрушает тонкий баланс микробиома. В некоторой степени переедание бактерий в кишечнике, таким образом, способствует развитию заболевания. Кильские ученые опубликовали этот фундаментальный новый подход к более полному объяснению болезней окружающей среды 15.05.2019 в журнале mBio.

Исследования моря

Отправной точкой для исследовательской группы в Киле была экология морских местообитаний: исследования по отмиранию кораллов и водорослей и связанное с этим воздействие на важные экосистемы океанов позволяют предположить, что помимо других факторов, таких как изменение климата или чрезмерный вылов рыбы, именно питательные вещества в морской воде могут быть причиной проблемы. Как только возникает переизбыток пищи (мало рыбы = больше питания в воде), бактерии, живущие в сообществе с кораллами, начинают отделяться от своих хозяев. Они больше не питаются продуктами метаболизма хозяина, а предпочитают более богатые питательные вещества из окружающей воды. Баланс кораллового микробиома нарушается из-за исхода его симбиотического партнера, и в результате возникают болезни.

В этой связи между доступностью питательных веществ и балансом взаимоотношений бактерий и хозяев мы видим универсальный принцип, выходящий далеко за рамки очень специфического примера кораллов. В исследованиях нашего модельного организма, пресноводного полипа Гидры (тип Книдарий), мы смогли экспериментально подтвердить эту связь.

Tim Lachnit, научный сотрудник Центра совместных исследований 1182, первый автор исследования

Книдарии — тип настоящих многоклеточных животных (Eumetazoa). Исключительно водные обитатели, хотя многие виды могут находиться на суше во время отлива, на это время втягивая щупальца и сжимаясь, тем самым сокращая площадь поверхности и снижая потери воды с испарением.

Эти маленькие книдарии также показали явные признаки болезни, как только их нормальное потребление питательных веществ было нарушено, и вместо этого стало доступным избыточное количество пищи.

Какое отношение кораллы и книдарии имеют к людям?

С высокой степенью вероятности знания, полученные в ходе эксперимента, также можно перенести на человека. Как и в морской воде, или в простой полости тела пресноводного полипа, который в ходе эволюции отделился от внешней среды и непосредственного снабжения пищей, запас питательных веществ в кишечнике человека также меняется вместе с изменением в привычках питания — в сторону несбалансированной, богатой энергией и диеты с низким содержанием клетчатки. В дополнение к прямым негативным последствиям для здоровья, постоянно высокий, простой в обработке запас питательных веществ влияет не только на метаболизм человека, которым он питается, но и на бактериальную колонизацию кишечника.

Микробы переключаются с метаболитов хозяина в качестве основного продукта питания на чрезвычайно доступные питательные вещества из пищи человека и, таким образом, отделяются от их взаимодействия с организмом хозяина.

Это переедание бактерий способствует их росту в целом, и некоторые виды бактерий размножаются в ущерб другим членам микробиома усиленным и неконтролируемым образом.

Таким образом, наряду с изменением состава микробиома, взаимодействия между бактериями и организмом-хозяином также изменяются, и возникает серьезная дезадаптация, известная как дисбактериоз.

Peter Deines, научный сотрудник Центра совместных исследований 1182

Другие связанные с цивилизацией факторы увеличивают дисбаланс микробиома. Отказ от периодического голодания, вызванного не всегда доступными источниками пищи, является единственным очень редким случаем диареи, приводящей к сокращению кишечных бактериальной популяции, и обедненному микробному разнообразию кишечника, связанному с диетой.

Эти факторы представляют собой фундаментальные механизмы, которые со времени раннего развития человечества вплоть до доиндустриальной эры позволяли микробиому регулярно возвращаться в нормальное состояние и, таким образом, восстанавливать здоровый и естественный состав.

Может ли микробиом вылечить сам себя?

«Гипотеза перекармливания», предложенная исследователями из Кильского университета, предлагает новые подходы для дальнейших исследований. На сегодняшний день ученые искали способы исправить нарушенный микробиом с помощью внешних вмешательств, таких как пробиотики, то есть добавление определенных видов полезных бактерий или даже фекальных трансплантатов для восстановления баланса.

Теперь же появился еще один вариант решения проблемы с дисбалансом бактерий. Он включает в себя естественную способность микробиома перестраиваться и восстанавливать здоровую популяцию. Исследовательские подходы будут заключаться в конкретных механизмах, которые уравновешивают микробиом, и в вопросе о том, можно ли уменьшить «перекармливание» бактерий за счет изменения привычек питания.

Интересно, обладают ли оригинальные эволюционные процессы, которые обеспечивают баланс микробиома, терапевтическим потенциалом? В будущем мы рассмотрим не только известные преимущества диеты для здоровья, но и ее влияние на состав и функцию микробиома и, следовательно, на развитие воспалительных заболеваний кишечника.

Tim Lachnit, научный сотрудник Центра совместных исследований 1182, первый автор исследования