Бактерии, которые делают нас жирными

Наш кишечник содержит около 100 триллионов микробов, известных, как микробиота кишечника. Микробиомы людей не могут выглядеть одинаково. Они формируются под влиянием наследственности, диет, окружающей среды и образа жизни.

Установлено, что кишечник влияет на многочисленные процессы организма, на пищеварение, на голод и сытость, с помощью нескольких механизмов. Но исследователи начинают открывать специфические различия между микробиомами полных и худых людей и разрабатывать персонализированные методы управления весом.

Существует множество различий в геноме человека, которые предрасполагают к ожирению, повышают риск развития сердечно-сосудистых заболеваний и диабета 2 типа.

Исследования с участием близнецов показали, что ожирение имеет коэффициент наследуемости  от 40% и 75%. Это означает, что внешние факторы тоже играют определенную роль. Но хотя есть много различий в кишечных бактериях, которые могут влиять на вес, ученые еще не знают сколько этих различий определяется нашим генофондом.

Некоторые диетологи борются за снижение веса, но это не помогает, потому что их советы угнетают бактерии в нашем кишечнике.

«То, что мы едим, доступно нам и бактериям внутри кишечника, которые переваривают части пищи, не разложившиеся под воздействием ферментов», - говорит Пурна Кашьяп, доцент Клиники Майо и руководитель лаборатории микробиома кишечника. «Этот процесс генерирует дополнительные калории. Взаимовыгодные отношения получаются тогда, когда бактерии дают нам больше удовольствия от того, что мы едим», - говорит он.

Кашьяп попытался изучить эффективность бактерий кишечника после переключения к низкокалорийной диете. Бактерии могут более эффективно выводить калории, но могут также помешать потере веса. В пилотном исследовании 26 участников придерживались низкокалорийной диеты с высоким содержанием фруктов и овощей, и некоторые не теряли столько веса, сколько другие. Анализ их кишечных бактерий показал, что участники имели разные уровни двух конкретных типов бактерий, и один тип бактерий препятствовал потере веса.

«Эта бактерия могла расщеплять углеводы и использовать их энергию более эффективно», - говорит Кашьяп.

Тем не менее, только часть потери веса может контролироваться этими бактериями.

«Бактерии могут быть помехой, но они могут играть только небольшую роль, поскольку производят только небольшое количество необходимых калорий».

Пока исследование не смогло выявить, откуда появляются данные бактерии, но некоторые из них смогли косвенно привести к увеличению веса путем изменения поведения кишечника. Исследователи проанализировали образцы плазмы крови и кала 600 полных и худых людей и нашли 19 различных метаболитов, которые могли привести к увеличению веса.

«Эти метаболиты могут частично определяться потреблением мяса», - считает исследователь Луиза Бранкуолл. «Метаболическая структура, которую мы выявили, содержала много аминокислот с разветвленной цепью, которые содержатся в продуктах животного происхождения. Это согласуется с другими исследованиями, показывающими, что высокое потребление белка увеличивает риск некоторых заболеваний».

Брункалл говорит, что исследования должны сосредоточиться на том, как может быть изменен состав кишечных бактерий для уменьшения риска ожирения. Необходимо понять, как выглядит здоровый кишечник, и какие факторы изменяют его бактериальный состав.

По словам Олуфа Педерсена, профессора метаболической генетики Центра фундаментальных метаболических исследований Фонда Ново Нордиск Копенгагенского университета, до сих пор нет четкой картины различий в профиле бактерий кишечника у худых людей и людей с ожирением. Устанавливается важность наличия разнообразной кишечной микробиоты, наполненной многими различными типами бактерий.

Педерсен и его команда проанализировали кишечные бактерии 123 худых и 169 полных людей. Было обнаружено, что 23% тех, кто был более склонен к полноте, имеют инсулинорезистентность и повышенный уровень липидов в крови, повышенный уровень маркеров воспаления в крови, которые увеличивают риск диабета 2 типа и сердечно-сосудистых заболеваний. Те, кто страдал ожирением и имел более низкое бактериальное разнообразие, за последние девять лет набрали гораздо больший вес.

Педерсен говорит, что причины, по которым у некоторых людей больше разнообразия бактерий кишечника, чем у других, еще не понятны, но ученые знают, что прием определенных антибиотиков может способствовать значительной потере бактерий, которые никогда полностью не восстанавливаются.

Не полностью установлено, является ли разнообразие бактерий причиной или следствием увеличения веса, однако есть доказательства того, что микробиом может влиять на метаболизм.

Одно исследование показало, что мы можем достичь более высокого разнообразия микробиоты кишечника путем увеличения потребления клетчатки. «Когда потребляем клетчатку, наши кишки расщепляют ее на короткоцепочечные жирные кислоты, включая бутират, противовоспалительное средство, связанное с излишним весом и риском воспалительных заболеваний», - объясняет Ана Вальдес, автор исследования и доцент Ноттингемского университета. «Если люди с сахарным диабетом 2 типа переходят на диету с высоким содержанием клетчатки, то можно снизить диабетический статус и увеличить производство бутирата», - говорит она. «Люди, которые имеют более разнообразные микробиомы и едят больше клетчатки, имеют менее инсулиногенный рацион (состоящий из продуктов, которые дают нам более низкие всплески глюкозы и инсулина) и, вероятно, имеют более высокие затраты энергии. Мы должны проверить это должным образом, но кишечные бактерии могут преобразовать волокно в вещества, которые модулируют чувствительность к инсулину и энергетический метаболизм».

Недавнее, и, возможно, самое новаторское исследование связи между весом и здоровьем кишечника было направлено на изучение бактерий Christensenellaceae. Около 97% из нас имеют данные бактерии в кишечниках, но больше этих бактерий у худых людей.

Когда исследователи изучили наследуемые кишечные бактерии, Christensenellaceae возглавили список.

«Мы никогда не слышали об этом раньше, и мы гордимся тем, что знаем реальное положение вещей», - говорит Рут Лей, ведущий научный сотрудник по исследованию и директор департамента Микробиомных наук Института биологии развития Макса Планка. «Мы должны были провернуть сложную работу, но все прошло успешно», - говорит она.

Исследователи пересадили мышам микробиом, связанный с ожирением, и обнаружили, что Christensenellaceae защищает их от увеличения веса.

«Мы не знаем, откуда берутся 60% Christensenellaceae», - говорит Джиллиан Уотерс, которая была членом исследовательской группы, обнаружившей способность бактерий защищать от набирания веса. У нее есть предчувствие, что это зависит от нашего рациона и образа жизни. Теперь исследователи пытаются выяснить, откуда берутся эти бактерии, чтобы проложить путь для будущего лечения.

В то же время, исследователи из Института Вейцмана в Израиле нашли способ персонализировать лечение, чтобы принести пользу здоровью кишечника и снизить риск развития диабета, который связан с ожирением, они набрали 1000 участников и поручили им измерять уровень сахара в крови каждые пять минут и записывать свой рацион, то, как они спали и чувствовали себя в течение одной недели, и обнаружили, что они по-разному реагировали на разные продукты.

«Многие продукты создали реакции, которые мы ожидали. Например, употребление пищи без сахара поддерживало постоянный уровень сахара в крови у большинства людей, а сладкие продукты поднимали уровень сахара, но степень, в которой это происходило, была разной», - говорит Эран Сегал, ведущий ученый проекта. «Помидоры резко повышают уровень сахара у некоторых людей, поэтому количество помидоров, которое они едят, должно контролироваться. Другие могут тяжело усваивать одни продукты, но в сочетании с другими продуктами усвоение может быть лучше».

На основе собранных данных исследователи разработали компьютерный алгоритм, который может проанализировать состав бактерий кишечника человека и предсказать, как их уровень сахара в крови будет реагировать на различные продукты питания. Они сказали 25 участникам есть пищу, которая считается «хорошей» в течение одной недели, а затем еду, которая считается «плохой». Диеты успешно сбалансировали уровень сахара в крови.

«Наши кишечные бактерии и индивидуальные реакции сахара в крови на различные продукты могут изменяться со временем, - говорит Сегал, - но это займет много времени».

Алгоритм был лицензирован, как стартап Day Two, который предлагает услуги в Израиле и США и в ближайшем будущем планирует расшириться в Великобританию. Сигал планирует проводить исследования на людях с предрасположенностью к диабету и на людях с диабетом. В долгосрочной перспективе диеты, спроектированные на основе алгоритма, могут защитить от данного заболевания.

Исследователи надеются, что другие персонализированные методы лечения будут доступны в ближайшие пять лет, но предстоит еще много работы.

«Бактерии в наших кишечниках, - говорит Кашьяп, - способны на сложные биохимические реакции. Теперь нам нужно понять, как эти бактерии влияют на каждый из этих процессов и как приводят к ожирению и диабету. Микробиом изменчив, но можно его модифицировать. Если мы сможем выяснить, как кишечные бактерии управляют им, тогда сможем лечить ожирение. Несомненно, микробиом является частью этого лечения».