Ожирение может быть заразным
|
Микробиологи из Университета имени Вашингтона в Сент-Луисе (Миссури, США) установили, что между ожирением и микробным населением кишечника имеется тесная связь. Кишечная флора заметно различается у толстых и худых индивидуумов. Изменения кишечной флоры могут быть, в зависимости от конкретной ситуации, как следствием, так и причиной ожирения.
Кишечная микрофлора играет огромную роль в жизни животных. Микробы помогают животным использовать многие виды пищи (в первую очередь растительной), которая иначе была бы для них совершенно недоступной. Высшие многоклеточные организмы, включая человека, имеют весьма ограниченный биохимический потенциал по сравнению с одноклеточными, и самым простым и эффективным способом преодоления этой ограниченности является симбиоз с разнообразными микробами. Животные вместе с живущими в их кишечнике бактериями, археями и одноклеточными эукариотами образуют единый «сверхорганизм», обмен веществ которого во многом определяется ферментами, закодированными не в геноме «хозяина», а в геномах микроскопических симбионтов.
Осознание этого факта неизбежно должно было привести к тому, что решение многочисленных проблем человечества, так или иначе связанных с питанием, начнут искать не только в свойствах организма-хозяина, но и в особенностях кишечной флоры. Именно этим и занялись американские микробиологи из университета Сент-Луиса, опубликовавшие сразу две статьи в последнем номере журнала Nature. Исследователей интересовала в первую очередь проблема ожирения, стоящая сегодня в развитых странах весьма остро.
|
Ранее было замечено, что у мышей, страдающих наследственным ожирением, по сравнению с обычными мышами в кишечнике резко понижена доля бактерий из группы Bacteroidetes, тогда как доля бактерий из группы Firmicutes, напротив, повышена.
Ученые решили проверить, не наблюдается ли нечто подобное и у людей. Они обследовали 16 добровольцев-толстяков и обнаружили, что в их кишечнике достоверно меньше Bacteroidetes и больше Firmicutes по сравнению с «контрольными» худыми людьми — точно так же, как у мышей. Затем добровольцы были посажены на низкокалорийную диету, а ученые в течение года следили за изменениями их кишечной флоры. Оказалось, что диета приводит к значительному снижению численности Firmicutes и росту численности Bacteroidetes. Изменение количественного состава кишечной флоры строго коррелировало со снижением массы тела. Таким образом, по мере похудания кишечная флора подопытных становилась всё более похожа на флору худых людей.
Этот эксперимент, казалось бы, говорит о том, что ожирение является скорее причиной, а не следствием изменений состава кишечной флоры. Однако опыты на мышах, проведенные исследователями, показали, что всё далеко не так однозначно.
В экспериментах использовались мыши с мутацией Lepob гена leptin, которая вызывает повышенный аппетит и, как следствие, ожирение у мышей с двумя мутантными копиями гена (ob/ob). Мыши, у которых хотя бы одна из двух копий гена не является мутантной (ob/+ и +/+), имеют нормальный аппетит и не страдают ожирением. Если скрестить двух мышей с генотипом ob/+, в потомстве наблюдается типичное менделевское расщепление: четверть потомков имеют генотип ob/ob и страдают ожирением, три четверти имеют генотип ob/+ или +/+ и нормальное телосложение. Это позволяет сравнивать между собой родных братьев и сестер, не отличающихся друг от друга ничем существенным, кроме состояния «гена ожирения».
Для сравнительного изучения кишечной микробиоты худых и толстых мышей исследователи воспользовались методом метагеномного анализа (тотального анализа всей ДНК, выделенной из пробы содержимого кишечника). Результаты подтвердили прежние наблюдения, согласно которым у худых мышей преобладают бактерии из группы Bacteroidetes, а у толстых — Firmicutes.
Кроме того, оказалось, что у толстых мышей в кишечнике больше архей-метаногенов. Эти выделяющие метан микроорганизмы повышают эффективность усвоения пищи микробным сообществом, поскольку они утилизируют молекулярный водород, образующийся в результате жизнедеятельности некоторых бактерий-бродильщиков и вредный для других членов сообщества.
Выяснилось также, что «совокупный геном» кишечной флоры толстых мышей обогащен генами, ответственными за переваривание различных полисахаридов, которые без помощи микробов животными не усваиваются. В содержимом кишечника толстых мышей обнаружилось больше бутирата и ацетата — конечных продуктов переваривания полисахаридов бактериями из группы Firmicutes (эти отбросы жизнедеятельности бактерий служат нам пищей, они отлично усваиваются клетками кишечника).
Кроме того, в фекалиях толстых мышей общее содержание калорий оказалось ниже, чем у худых. Всё это говорит о том, что кишечная флора толстых мышей более эффективно извлекает калории из потребляемой пищи. Поэтому такая флора в принципе может являться не только следствием, но и одной из причин ожирения.
|
Чтобы проверить это предположение, ученые провели эксперименты по пересадке кишечной флоры безмикробным мышам, выросшим в стерильной среде. Ранее было известно, что пересадка кишечной флоры таким мышам резко улучшает эффективность пищеварения: мышь начинает меньше есть, а вес при этом набирает быстрее. На этот раз ученые хотели проверить, насколько будет различаться этот эффект, если пересаживать безмикробным мышам кишечную флору от худых и от толстых мышей.
Оказалось, что безмикробные мыши, которым пересадили кишечную флору от толстых мышей, набирают вес гораздо быстрее, чем те, кому пересадили флору от худых собратьев. При этом аппетит мышей не зависел от типа кишечной флоры. Быстрое увеличение массы тела у мышей, которым досталась кишечная флора «толстого типа», очевидно, объясняется более эффективным усвоением пищи. Эксперимент убедительно показал, что манипуляции с кишечной флорой могут влиять на склонность к ожирению. Это открывает новые перспективы перед медиками и фармакологами, которые с ног сбились в поисках эффективных средств борьбы с эпидемией ожирения, захлестнувшей экономически развитые страны. Может быть, таким средством окажутся препараты, снижающие численность Firmicutes и способствующие развитию Bacteroidetes в кишечнике.
Из полученных результатов следует еще один неожиданный вывод: если ожирение зависит от микробов, то оно, по крайней мере в некоторых особых ситуациях, может быть заразным! Например, про безмикробных мышей, которым пересадили флору от толстых сородичей, вполне можно сказать, что их заразили ожирением.
Источники:
1) Peter J. Turnbaugh et al. An obesity-associated gut microbiome with increased capacity for energy harvest // Nature. 2006. V. 444. P. 1027–1031.
2) Ruth E. Ley et al. Human gut microbes associated with obesity // Nature. 2006. V. 444. P. 1022–1023.
О симбиотических микроорганизмах см. также:
1) Кишечная микрофлора превращает человека в «сверхорганизм», «Элементы», 09.06.2006 — в этом исследовании участвовали и авторы обсуждаемых статей в Nature.
2) Бактерии-симбионты заменили морскому червю органы пищеварения и выделения, «Элементы», 19.09.2006.
3) Клопы кормят свое потомство полезными бактериями, «Элементы», 13.10.2006.
4) Чтобы жить, глубоководные черви заражаются полезными бактериями, «Элементы», 23.05.2006.
5) Муравьи-листорезы приручили бактерий для борьбы с вредителем, «Элементы», 25.01.2006.
6) Прочтен самый маленький геном, «Элементы», 16.10.2006.
О биологии ожирения см. также:
1) Ожирение и диабет вызывает одна и та же генная мутация, «Элементы», 20.07.2005.
2) Обнаружено вещество, регулирующее аппетит, «Элементы», 26.01.2006.
Александр Марков
