Каким образом микроорганизмы кишечника управляют генами, как на это влияет состав нашей пищи и почему богатая жирами пища менее полезна для микрофлоры кишечника.

В кишечнике человека или любого другого живого организма существует целый мир — надежная экосистема микроорганизмов, которые чаще всего называют микробиомом. Микробиом состоит из триллионов бактерий, грибков и вирусов, поэтому его состояние оказывает серьезное воздействие на здоровье хозяина. Микроорганизмы, процветающие в кишечнике, играют важную роль в жизнедеятельности человека, так как участвуют в обработке пищи, в развитии иммунной системы и функционировании отдела органов пищеварения.

Ученые из Висконсинского университета в Мэдисоне решили провести сравнительное исследование, как функционирует пищеварительная система двух групп мышей, если одна из этих групп росла в типичных лабораторных условиях, а другая — в стерильной безмикробной обстановке. В ходе работы, описанной в журнале Molecular Cell, исследователи выявили одну важную роль обитающих внутри организма микробов: они являются посредниками для экспрессии генов, то есть процесса, в ходе которого наследственная информация от последовательности нуклеотидов ДНК преобразуется либо в РНК, либо в белок. Иными словами, кишечный микробиом благодаря эпигеному (совокупности специфических меток, определяющих активность генов) передает химическую информацию, которая регулирует, какие гены в клетках активны.

Другим результатом исследования стало доказательство негативного влияния так называемой западной диеты — рациона с высоким содержанием насыщенных жиров, сахара и красного мяса. Оказалось, что метаболиты, вырабатываемые бактериями пищеварительной системы, химически связываются с клетками далеко за пределами толстой кишки и вызывают активацию генов вне зависимости от близости клеток.

«Микроорганизмы каким-то образом стимулируют экспрессию генов посредством изменений в эпигеноме, — рассказал Джон Дену, профессор биомолекулярной химии из Висконсинского университета в Мэдисоне. — Мы начинаем по-настоящему понимать, какое значение имеют микробиом и соблюдение правильного питания».

Во время исследования были обнаружены основные различия в регуляции генов мышей, выросших в разных условиях. Кроме того, у грызунов различался рацион питания: одну группу кормили растительными углеводами, которые есть в овощах и фруктах, а другую — продуктами с высоким содержанием простых сахаров и жиров, имитируя западную диету.

По словам бактериолога Федерико Рея, одного из авторов исследования, диета на основе растительных углеводов питает микробиом и делает его богаче. Диета с высоким содержанием сахаров и жира, наоборот, снижает способность микрофлоры кишечника связываться с другими клетками.

«Мы видим, что кишечный микробиом влияет на эпигеном хозяина через его рацион, а диета на основе растений улучшает связь между хозяином и микробами», — прокомментировал Рей.

Если микробиом получает небольшое количество жирных кислот с короткой цепью, процессы брожения перерабатывают питательные вещества из растений, которые являются важными химическими посланниками, которые также общаются с хозяйскими клетками через эпигеном.

«Микробный метаболизм, или ферментация, заключается в том, что растительные волокна перерабатываются в короткоцепочные жирные кислоты», — добавил профессор Дену.

Мыши, помогавшие ученым в исследовании. Bryce Richter/UW-Madison

По результатам исследования ученые предположили, что шаблон для здорового микробиома возник у человека в далеком прошлом, когда его рацион составляла преимущественно пища растительного происхождения, а жиры и сахара были менее доступны, чем в современной пище. Рей отметил:

«Отходя от растительной диеты, человек частично теряет связь между своими клетками и микрофлорой».

Еще один эксперимент, проведенный в рамках исследования, был связан с обеспечением мышей, выросших в стерильной среде, тремя различными короткоцепочными жирными кислотами. Как утверждает профессор Дену, именно эти кислоты являются основным проводником между микрофлорой и клетками хозяина.

Продукты, богатые жирами и сахарами, особенно после пищевой обработки, легко усваиваются человеком, но не являются полезной пищей для микробиома. Более того, химическая связь между микрофлорой и клетками человека может иметь серьезные последствия, так как микробиом должен поддерживать связь с клетками печени и жировой ткани.