Изменяется не только состав микроорганизмов, но и их метаболическая активность. Как и ожидалось, по сравнению с растительной и базовой диета на животной основе привела к значительно более высокой концентрации продуктов ферментации аминокислот и к более низким уровням метаболитов, получаемых при ферментации углеводов (в частности, коротких цепочек жирных кислот).
Как отмечали авторы этого исследования, способность кишечной микробиоты быстро изменять свой состав и функциональные профили может быть важна для выживания человечества, так как она позволяет приспособиться к изменениям климата и сезонным изменениям корзины доступных продуктов. Вероятно, она сыграла адаптивную роль в процессе эволюции человека от самых давних наших предков до современных . Способность быстро адаптироваться к легкодоступной растительной пище в периоды ограниченного поступления мяса, вероятно, позволила получить альтернативный источник калорий и питательных веществ. Эти результаты объясняют и то, почему люди могут приспособиться к быстро меняющимся лечебным и «модным» диетам (безглютеновой, Аткинса, палеодиете, веганской) без серьезных побочных явлений и, видимо, без резких изменений в настроении, эмоциях и характере реагирования на стрессовые ситуации.
Поскольку кишечная микробиота быстро адаптируется к экстремальным краткосрочным изменениям диеты, можно было бы ожидать явных различий ее состава и производимых метаболитов у жителей современных городов, придерживающихся растительных диет (веганских и вегетарианских), и их всеядных соседей. Удивительно, но исследование Гэри Ву и его группы из Университета Пенсильвании это предположение не подтвердило. Ученые на протяжении не менее шести месяцев проводили детальный анализ кишечной микробиоты и метаболитов в группах «всеядных» и вегетарианцев. В отличие от результатов предыдущих исследований состояния здоровья людей, которые родились и всю жизнь жили в разных географических регионах мира, на этот раз ученые обнаружили очень незначительную разницу в кишечной микробиоте жителей западных стран, выбравших всеядную либо веганскую диету. Различия между кишечными микробными метаболитами у представителей двух групп, измеренными в пробах крови и мочи, наблюдались, однако эти различия в основном отражали более низкое потребление веганами белков и жиров и более высокое потребление ими углеводов. Как и ожидалось, эти различия в метаболических профилях можно было бы объяснить повышенным метаболизмом продуктов растительного происхождения — сложными молекулами сахара, производимыми кишечной микробиотой у членов веганской группы, и повышенным количеством аминокислот животного происхождения и липидов, потребляемых всеядными людьми.
Кратко подведем итоги. Диета изменила у испытуемых производство микробных метаболитов без существенного изменения состава микроорганизмов, производивших эти метаболиты. Исследователи предположили, что если в существенных различиях кишечной микробиоты, которые наблюдались у разных популяций в разных частях мира, виновна диета, то для возникновения таких связанных с питанием различий может потребоваться несколько поколений или воздействие на человека в очень ранний период жизни. В противном случае влияние диеты на кишечную микробиоту не будет длительным.
Теперь нам известно, что существует множество механизмов, с помощью которых на раннем этапе можно влиять на кишечную микробиоту. Это, в частности, диета матери во время беременности и кормления младенца, воздействие микроорганизмов окружающей среды, а также вызванные стрессом коммуникации между головным мозгом и пищеварительным трактом, которые влияют на микробиомы матери и младенца. Географически наблюдаемые различия в составе микробиоты также отчасти могут быть обусловлены особенностями окружающей среды, в которой живут испытуемые: в одних условиях находятся люди, живущие в гармонии с окружающей средой в изолированных частях мира, и совсем в других — жители американских метрополий — больших городов, далеких от прямого воздействия природных сред, где еду получают из супермаркетов или ресторанов.
Несмотря на хорошую в целом адаптивность, кишечная микробиота членов оседлых племен и племен охотников-собирателей обладает способностями, которые городскими жителями уже утрачены. Даже если мы решим перейти на диету, которой придерживаются охотники-собиратели, наш организм никогда не сможет так же хорошо расщеплять растительную пищу и производить столько же полезных метаболитов, как организм этих людей. Так называемая пермиссивная микробиота производит множество короткоцепочечных жирных кислот — богатых энергией полезных молекул, которые могут препятствовать возникновению рака толстой кишки и воспалительных заболеваний и, вполне вероятно, влияют на коммуникации головного мозга и пищеварительного тракта.
А вот у жителей промышленно развитых стран состав кишечной микробиоты, напротив, «ограничивающий», он не так эффективно расщепляет сложные углеводы растительного происхождения на короткие цепочки жирных кислот, даже если рацион богат фруктами и овощами. Логичный вопрос: каким образом возникает такой ограничивающий состав?
Гэри Ву считает, что все дело в отсутствии таких видов микроорганизмов, как бактерии , играющих важную роль в запуске процесса расщепления трудных для разделения веществ. В экосистеме кишечного микробиома подобные метаболиты могут быть произведены различными микроорганизмами. Однако некоторые виды кишечных микроорганизмов обладают более специализированными навыками и, по всей видимости, играют ключевую роль в расщеплении частиц крахмала, не переваренных в тонкой кишке. Этот так называемый резистентный крахмал содержится в разных пищевых продуктах растительного происхождения, включая бананы, картофель, бобовые и цельнозерновые. У большинства людей резистентный крахмал полностью ферментируется в толстой кишке до короткоцепочечных жирных кислот, но у некоторых горожан кишечная микробиота такой способностью не обладает.
Оказалось, что распад резистентного крахмала обычно инициируют упомянутые выше , в результате чего частично переваренный субстрат становится доступным для других бактерий, которые затем дальше расщепляют отдельные сахара, используя для этого различные ферменты. Такие микроорганизмы, как , экологи называют «ключевыми видами», потому что их деятельность необходима для функционирования в оптимальном режиме всей экосистемы. Например, для Йеллоустонского национального парка ключевым видом являются волки. Там они контролируют численность популяции лося, в результате чего дело не доходит до уничтожения лосями пастбищ, и экосистема поддерживается в сбалансированном состоянии. Исчезновение волков приведет к серьезным последствиям для многих находящихся ниже по трофической цепи видов и таким образом повлияет на функционирование всей экосистемы.
Если число таких ключевых видов бактерий, как , уменьшается или они вообще отсутствуют, все другие обитатели кишечной микробиоты начинают хуже выполнять свою работу (например, заниматься метаболизмом сложных углеводов). И наоборот, если исчезают какие-то виды, стоящие ниже в пищевой цепочке, их работу легко могут выполнить другие участники цепочки, также относящиеся к видам, стоящим ниже в трофической цепочке.
Все это означает, что, родившись в условиях западной цивилизации, вы приобретаете западный тип микробиома. Если в данный момент вы придерживаетесь веганской диеты, ваша кишечная микробиота останется такой же, как у типичного всеядного жителя развитой страны, а если вы перейдете на палеодиету и будете придерживаться ее до конца своих дней, ваша микробиота не
