Чревните бактерии могат да помогнат да се определи дали сме слаби или затлъстели

тънки

"data-newsletterpromo_article-image =" https://static.sciachingamerican.com/sciam/cache/file/CF54EB21-65FD-4978-9EEF80245C772996_source.jpg "data-newsletterpromo_article-button-text =" Регистрация "data-newsletterpromo_art button-link = "https://www.sciachingamerican.com/page/newsletter-sign-up/?origincode=2018_sciam_ArticlePromo_NewsletterSignUp" name = "articleBody" itemprop = "articleBody">

За 35-те процента от възрастните американци, които ежедневно се борят със затлъстяването, основните причини за тяхното състояние са твърде познати: нездравословна диета, заседнал начин на живот и може би някои нещастни гени. През последните години обаче изследователите стават все по-убедени, че важни скрити играчи буквално дебнат в човешките черва: милиарди върху милиарди чревни микроби.

През цялата ни еволюционна история микроскопичните обитатели на нашите черва са ни помогнали да разградим жилавите растителни влакна в замяна на привилегията да живеем в такъв хранителен бульон. И все пак техните роли изглежда надхвърлят храносмилането. Нови доказателства сочат, че чревните бактерии променят начина, по който съхраняваме мазнините, как балансираме нивата на глюкоза в кръвта и как реагираме на хормоните, които ни карат да се чувстваме гладни или сити. Изглежда, че грешната комбинация от микроби може да помогне да се постави началото на затлъстяването и диабета от момента на раждането.

За щастие изследователите започват да разбират разликите между грешния микс и здравословния, както и специфичните фактори, които формират тези разлики. Те се надяват да се научат как да култивират тази вътрешна екосистема по начини, които биха могли да предотвратят - и евентуално да лекуват - затлъстяването, което лекарите определят като имащо определено съотношение на височина и тегло, известно като индекс на телесна маса, което е по-голямо от 30. Представете си, например храни, бебешки храни и хранителни добавки, създадени да насърчават добродетелните микроби, като същевременно потискат вредните видове. „Трябва да помислим за проектирането на храни отвътре навън“, предлага Джефри Гордън от Вашингтонския университет в Сейнт Луис. Поддържането на нашите чревни микроби щастливи може да бъде неуловимата тайна за контрол на теглото.

Вътрешна дъждовна гора
Изследователите отдавна знаят, че човешкото тяло е дом на всякакви микроорганизми, но едва през последното десетилетие са осъзнали, че тези микроби превъзхождат нашите собствени клетки с 10 на едно. Бързите техники за генетично секвениране разкриха, че най-големите и най-разнообразни метрополии на „микробиота” се намират в дебелото черво и устата, въпреки че впечатляващи общности процъфтяват и в гениталния тракт и по кожата ни.

Всеки от нас започва да събира уникален сбор от микроби в момента, в който премине през родовия канал, като първо придобива бактериите на майка си и продължава да събира нови членове от околната среда през целия живот. Чрез изучаване на гените на тези различни микроби - наричани заедно микробиомите - изследователите са идентифицирали много от най-често срещаните жители, въпреки че те могат да варират значително при отделните хора и при различните човешки популации. През последните години изследователите започнаха прехода от просто преброяване към определяне на вида работа, която тези дребни обитатели запълват в човешкото тяло и ефекта, който те оказват върху цялостното ни здраве.

Ранен намек, че чревните микроби могат да играят роля при затлъстяването, идва от изследвания, сравняващи чревни бактерии при затлъстели и слаби индивиди. При проучвания на близнаци, които са и слаби, и двамата със затлъстяване, изследователите установяват, че чревната общност при слаби хора е като дъждовна гора, пълна с много видове, но че общността при затлъстелите хора е по-малко разнообразна - по-скоро като езеро, претоварено с хранителни вещества, където относително доминират малко видове. Слабите индивиди, например, са имали по-голямо разнообразие от Bacteroidetes, голямо племе от микроби, специализирали се в разграждането на обемисти растителни нишестета и влакна на по-къси молекули, които тялото може да използва като източник на енергия.

Документирането на такива различия не означава обаче, че несъответствията са отговорни за затлъстяването. За да демонстрират причина и следствие, Гордън и колегите му проведоха елегантна поредица от експерименти с така наречените хуманизирани мишки, публикувани миналия септември в Наука. Първо, те отглеждат генетично идентични бебешки гризачи в среда без микроби, така че телата им да бъдат без бактерии. След това те запълват червата си с чревни микроби, събрани от затлъстели жени и техните слаби сестри близнаци (в изследванията са използвани три двойки братски женски близнаци и един набор от еднояйчни близнаци). Мишките са яли една и съща диета в равни количества, но животните, които са получавали бактерии от затлъстели близнаци, са станали по-тежки и са имали повече телесни мазнини от мишки с микроби от тънък близнак. Както се очакваше, мастните мишки също имаха по-малко разнообразна общност от микроби в червата.

След това екипът на Гордън повтори експеримента с един малък обрат: след като даде на бебетата мишки микроби от съответните им близнаци, те преместиха животните в обща клетка. Този път и двете групи останаха слаби. Проучванията показват, че мишките, носещи микроби от затлъстелия човек, са взели някои от чревните бактерии на своите съквартиранти - особено разновидности на Bacteroidetes - вероятно чрез консумация на изпражненията им, типично, макар и непривлекателно, поведение на мишката. За да докажат по-нататък тезата, изследователите прехвърлиха 54 разновидности на бактерии от някои постни мишки на тези с общност от микроби със затлъстяване и установиха, че животните, на които е било предопределено да затлъстеят, развиват здравословно тегло. Прехвърлянето само на 39 щама не свърши работа. „Взети заедно, тези експерименти предоставят доста убедително доказателство, че съществува причинно-следствена връзка и че е възможно да се предотврати развитието на затлъстяване“, казва Гордън.

Гордън смята, че чревната общност при затлъстели мишки има определени „свободни работни места“ за микроби, които изпълняват ключови роли в поддържането на здравословно телесно тегло и нормален метаболизъм. Неговите изследвания, както и тези на други изследователи, предлагат примамливи улики за това какви биха могли да бъдат тези роли. В сравнение с тънките мишки, например, мастните мишки на Гордън имат по-високи нива в кръвта и мускулите на вещества, известни като аминокиселини с разклонена верига и ацилкарнитини. И двете химикали обикновено са повишени при хора със затлъстяване и диабет тип 2.

Друга свободна длъжност, свързана със затлъстяването, може да бъде тази, която обикновено се запълва от стомашна бактерия, наречена Helicobacter pylori. Изследванията на Мартин Блазър от Нюйоркския университет показват, че това помага за регулиране на апетита, като модулира нивата на грелин - хормон стимулиращ глада. H. pylori някога е имало изобилие в американския храносмилателен тракт, но сега е рядко, благодарение на по-хигиенните условия на живот и употребата на антибиотици, казва Блазер, автор на нова книга, озаглавена Липсващи микроби.

Диетата е важен фактор за формирането на чревната екосистема. Диетата от силно преработени храни, например, е свързана с по-малко разнообразна чревна общност при хората. Екипът на Гордън демонстрира сложното взаимодействие между храната, микробите и телесното тегло, като хранеше хуманизираните си мишки със специално приготвена нездравословна чау с високо съдържание на мазнини и ниско съдържание на плодове, зеленчуци и фибри (за разлика от обичайната мишка с високо съдържание на фибри и ниско съдържание на мазнини) дрънкане). Като се има предвид тази „западна диета“, мишките с микроби със затлъстяване продължават да напълняват дори когато са настанени с постни кагемати. Нездравословната диета по някакъв начин е попречила на добродетелните бактерии да се придвижват и процъфтяват.

Взаимодействието между диетата и чревните бактерии може да ни предразположи към затлъстяване от деня на раждането ни, както и начинът, по който влизаме в света. Проучванията показват, че както бебетата, хранени с адаптирано мляко, така и бебетата, родени чрез цезарово сечение, имат по-висок риск от затлъстяване и диабет, отколкото тези, които са кърмени или раждани вагинално. Работейки заедно, Роб Найт от Университета на Колорадо Боулдър и Мария Глория Домингес-Бело от Ню Йорк са установили, че докато новородените пресичат родовия канал, те поглъщат бактерии, които по-късно ще им помогнат да усвоят млякото. Бебетата от кесарево сечение пропускат това бактериално кръщение. Бебетата, отгледани с адаптирано мляко, са изправени пред различен недостатък: те не получават вещества в кърмата, които подхранват полезните бактерии и ограничават колонизацията от вредни. Според скорошно канадско проучване бебетата, които пият адаптирано мляко, имат в червата бактерии, които не се наблюдават при кърмените бебета, докато не се въведат твърди храни. Присъствието им преди да са узрели червата и имунната система, казва Домингес-Бело, може да е една от причините тези бебета да са по-податливи на алергии, астма, екзема и цьолиакия, както и затлъстяване.

Нова оценка на въздействието на чревните микроби върху телесното тегло засили опасенията относно разгулната употреба на антибиотици при деца. Блазер е показал, че когато младите мишки получават ниски дози антибиотици, подобно на това, което фермерите дават на добитъка, те развиват около 15 процента повече телесни мазнини от мишките, на които не се дават такива лекарства. Антибиотиците могат да унищожат някои от бактериите, които ни помагат да поддържаме здравословно телесно тегло. „Антибиотиците са като огън в гората“, казва Домингес-Бело. „Бебето формира гора. Ако имате пожар в нова гора, ще изчезнете. ” Когато Лори Кокс, студент в лабораторията на Blaser, комбинира диета с високо съдържание на мазнини и антибиотици, мишките затлъстяват. „Има синергия“, обяснява Блейзър. Той отбелязва, че употребата на антибиотици варира значително в отделните щати в САЩ, както и разпространението на затлъстяването, и интригуващо е, че двете карти се подреждат - и двата процента са най-високи в части от Юг.

Отвъд пробиотиците
Много учени, които работят върху микробиома, смятат, че техните изследвания ще вдъхновят ново поколение инструменти за лечение и предотвратяване на затлъстяването. И все пак изследователите бързат да отбележат, че това е млада област с много повече въпроси, отколкото отговори. „Данните от проучвания върху хора са много по-объркани от данните на мишките“, отбелязва Клер Фрейзър от университета в Мериленд, която изучава затлъстяването и чревните микроби в популацията на амишите от Стария ред. Дори при хомогенна популация като амишите, казва тя, има огромни индивидуални вариации, които затрудняват изолирането на ролята на микробиотата при сложно заболяване като затлъстяването.

Въпреки това редица учени активно разработват потенциални лечения. Домингес-Бело например провежда клинично изпитване в Пуерто Рико, при което бебетата, родени чрез цезарово сечение, веднага се натриват с марля, покрита с вагиналните течности на майката и пребиваващи микроби. Тя ще проследи теглото и общото здравословно състояние на бебетата в своето проучване, сравнявайки ги с бебета от С-образен разрез, които не са получили лечение с марля.

Междувременно група в Амстердам разследва дали прехвърлянето на изпражнения от слаби към хора с наднормено тегло ще доведе до загуба на тегло. Американски изследователи са склонни да гледат на такива „фекални трансплантации“ като на неточни и рискови. По-обещаващ подход, казва Робърт Карп, който ръководи безвъзмездните средства от Националните здравни институти, свързани със затлъстяването и микробиома, е да се идентифицират точните щамове на бактериите, свързани с отслабването, да се определят техните роли и да се разработи съответно лечение. Гордън предлага обогатяване на храните с полезни бактерии и всякакви хранителни вещества, необходими за тяхното установяване в червата - научно обоснована версия на днешните пробиотични кисели млека. Никой в ​​полето не вярва, че само пробиотиците ще спечелят войната срещу затлъстяването, но изглежда, че заедно с упражненията и правилното хранене, ние трябва да привлечем нашата вътрешна микробна армия.

НАУЧЕН АМЕРИКАНСКИ ОНЛАЙН
Коментирайте тази статия на ScientificAmerican.com/jun2014

Тази статия първоначално е публикувана със заглавие „Реакции на червата“ в Scientific American 310, 6, 30-33 (юни 2014 г.)