Как наша пища может стоить нам контроля над кишечными бактериями
Изображение кредита: Flickr

Ученые обнаружили, что хозяева голодают своих микробных обитателей питательных веществ, что существенно заставляет микробы в наших кишках делать наши предложения.

Каждый из нас только наполовину человек. Другая половина - микробная. Триллионы вирусов, грибов, бактерий и других микроскопических организмов покрывают нашу кожу и направляют наши жизненно важные органы. Мы зависим от этих микробных сообществ, чтобы переваривать пищу, синтезировать витамины, укреплять иммунную систему и даже поддерживать психическое здоровье.

Новые данные свидетельствуют о том, что современная диета и чрезмерное использование антибиотиков могут подорвать наше положение как доброжелательных повелителей, положив шансы на пользу микробов.

Питательный рай

«По-видимому, для бактерий и нас существует естественный порядок клещей», - говорит Лоуренс А. Дэвид, доцент молекулярной генетики и микробиологии в Школе медицины Университета Дьюка. «В некотором роде неудивительно, что мы, хозяин, должны держать больше карт».

На грамм есть больше бактерий, обитающих в кишечнике, чем в любой другой экосистеме в мире.

Тем не менее, Дэвид говорит, что преобладающее мнение о микробиоме, особенно в кишечнике, представляет собой богатый питательными веществами райский уголок, «где обильно питаются продукты и ресурсы, такие как шоколадная фабрика Вилли Вонки». На грамм есть больше бактерий, обитающих в чем в любой другой экосистеме в мире.


графика подписки внутри себя


В целом эти кишечные микробы весит примерно три фунта у человека, примерно столько же, сколько у печени или мозга. Поэтому неудивительно, что многие ученые считают, что эти микробы настолько многочисленны, что кишечник - это уникальная гостеприимная среда.

Но недавно некоторые исследователи поставили под сомнение эту теорию, в том числе Аспен Риз, кандидат наук в лаборатории Дэвида, который недавно стал главным исследователем в Гарвардском университете.

Все виды корма

Как подготовленный эколог, Риз понял, что практически каждая другая экосистема на планете имеет членов, которые конкурируют за ресурсы. Почему бы кишка не изменилась? Питательные вещества, такие как азот или фосфор, часто ограничивают бактерии в потоках или озерах. Риз подумала, не является ли азот ограниченным ресурсом в кишечнике.

Она решила измерить уровни азота в микробиоме кишечника. Поскольку кишечные микробы живут в корме, это означает сбор образцов кала. С помощью коллег, в частности Роб Прингла из Принстонского университета, Риз удалось закупить стул из 30 различных видов млекопитающих, включая диких зебр, жирафов и слонов из Кении; домашних овец, крупного рогатого скота и лошадей из Нью-Джерси; и людей из Северной Каролины.

Она собрала образцы и подсчитала количество атомов азота и углерода, доступных микробам.

«Бактерии - это отдельные организмы, просто пытаясь обойтись - и есть только столько пищи, чтобы обойти».

Риз обнаружил, что микробы в кишечнике человека имеют доступ к среднему числу только одного атома азота на каждые десять атомов углерода, тогда как большинство свободноживущих микробов пользуются диетой, состоящей из одного азота на каждые четыре атома углерода.

Чтобы убедиться, что уровень азота действительно может контролировать микробиоом, Риз также питал мышей диету, богатую белками, которые, естественно, содержат много азота. Когда она увеличивала количество белка, количество бактерий в кишечнике мышей увеличилось в десять раз.

Просто пытаюсь пройти

Более того, когда она вводила азот в кровоток мышей, часть этого азота попадала в кишечные бактерии, предполагая, что хозяин может выделять азот через клетки, выстилающие его кишечник, чтобы спасти микробы от голода. Полученные результаты Природа Микробиология.

«Наши результаты подтверждают идею о том, что мы разработали способ удерживать наши бактерии на поводке, оставляя их голодающими за азот», - говорит Дэвид. «Это также объясняет, почему западная диета может быть плохой для нас. Когда люди едят слишком много белка, это болотирует способность хозяина поглощать этот азот в тонком кишечнике, и больше это заканчивается тем, что пробивается к толстой кишке, устраняя нашу способность контролировать наши микробные сообщества ».

Ситуация аналогична тому, что экологи называют эвтрофикацией, явлением, вызванным, когда удобрение стекает в пруды или озера, поднимая азотные или фосфорные концентрации воды и стимулируя чрезмерный рост водорослей или цветение водорослей.

«Возможно, было бы легче представить, что кишечник менее« краснеет в зубах и когтях », чем другие части природы, потому что микробиота может быть настолько полезной для людей», - говорит Риз, который является младшим в Гарвардском обществе стипендиатов , «Но бактерии - это отдельные организмы, просто пытающиеся обойтись - и есть только так много еды, чтобы обойти».

Какой номер?

Если теория утверждает, что человеческие хозяева теряют контроль над нашими микробными подчиненными, может показаться, что использование антибиотиков для уничтожения целых популяций микробов было бы отличным способом показать им, кто является боссом. Но другое исследование Риз и Дэвида указывает на то, что тактика будет плохо информирована.

Команда дала мышам 10 пятидневную терапию пероральными антибиотиками и ежедневно анализировала их образцы кала. Их выводы, опубликованные в июне в eLife, показало, что многие источники энергетических микробов полагаются, как нитрат или сульфат химических веществ, начинают накапливаться по мере исчерпания микробов.

«У нас действительно нет чувства того, что« правильное »количество бактерий имеет в кишечнике. Конечно, ноль слишком мал, и быть полным только бактерий было бы слишком много ».

Вскоре после окончания курса антибиотиков химическая среда в кишечнике мышей вернулась к статус-кво, и микробы снова начали расцветать.

«У нас действительно нет никакого представления о том, что« правильное »количество бактерий имеет в кишечнике, - говорит Риз. «Конечно, ноль слишком мал, и быть полным только бактерий было бы слишком много».

Дэвид добавляет осторожность, что многие из более чем тысячи видов кишечных бактерий, которые уничтожаются антибиотиками, скорее всего, никогда не вернутся. В своих экспериментах его команда обнаружила, что единственный способ, которым эти микробы смогли найти свой путь назад в животы мышей, - это позволить мышам делать то, что они обычно делают, что есть табурет друг друга. «Люди, вероятно, не захотят этого делать», - говорит он.

Многие исследования показали, что после лечения антибиотиками микробиомы людей могут быть изменены в течение нескольких месяцев, если не лет. Это изменение может создать благоприятную питательную среду для патогенов.

«Как правило, патогенные микроорганизмы будут трудно колонизировать кишечник», - говорит Дэвид. «Есть триллионы других бактерий, которые они должны выбить, чтобы выжить. Но если мы вдруг уберем микробную конкуренцию за ресурсы, мы потеряем контроль и плохие бактерии, которые вызывают неприятные болезни, такие как C. несговорчивый колиты имеют более четкий путь ».

Дэвид и его команда расследуют, как наши варианты питания, включая пребиотики и пробиотики, могут поддерживать наши отношения с нашим микробиомом и, в конечном счете, наше здоровье.

«В течение эволюционной истории наши тела имели шанс все это понять и создать системы, чтобы держать микробиоту под контролем», - говорит Риз. «Но, как исследователи, живущие в современную эпоху, я думаю, что мы все еще пытаемся понять, что такое взаимозачетная ценность и как нас удерживать».

В поддержку этой работы поддержали Национальный научный фонд, Фонд Хартвелла, Фонд Альфреда П. Слоана, Программа ученых Сирле, Европейский исследовательский совет и Австрийский научный фонд.

источник: Университет Дьюка

Книги по этой теме

at Внутренний рынок самовыражения и Amazon