Даже если диеты у вас и у вашего соседа очень схожи, в ваших пищеварительных трактах будут обитать разные виды микроорганизмов. Совпадает только небольшая доля видов и штаммов микроорганизмов, даже если гены, которые эти микроорганизмы экспрессируют, и метаболиты, которые они производят, у этих людей оказываются схожими. Роб Найт из Университета Калифорнии в Сан-Диего, настоящий гений аналитики, благодаря которому стали возможными современные исследования кишечной микробиоты, считает, что кишечная микробиота похожа на крупномасштабную экосистему, где группировки различных видов микроорганизмов могут выполнять одинаковые функции.
Однако здесь не все идентично. Два луга на фотографии могут выглядеть одинаковыми, особенно по сравнению с двумя лесами, но на самом деле эти луга могут серьезно отличаться друг от друга и счет может идти на сотни видов растений и живых существ, хотя внешне среда кажется очень похожей.
Отношения между составом кишечной микробиоты и ее функциями можно представить и по-другому. Допустим, вы любитель музыки и у вас есть любимый оркестр, например Лос-Анджелесский или Берлинский филармонический, чьи выступления вы слышали много раз. Когда вы ходите на выступления, музыканты в оркестре по большей части остаются теми же, однако произведения, будь это музыка Бетховена, Малера или Моцарта, исполняются разные — все зависит от того, какие ноты стоят на пюпитре перед музыкантами во время концерта. Поэтому, когда речь идет о здоровье, идентичность видов микроорганизмов важна не так, как работа, которую они выполняют. Все как в оркестре: чтобы вы получили удовольствие, важно музыкальное произведение, а не тот факт, что его исполняют те же самые музыканты.
Как диета изменяет диалог между головным мозгом и пищеварительным трактом
Как свидетельствуют результаты исследования Гэри Ву, микробиота ЖКТ может адаптироваться к резким изменениям источников питания, переходу на другую пищу, чтобы продолжать существовать и производить свои метаболиты. Адаптация — один из элементов огромной мудрости эволюции, которая проявляется в устройстве и функционировании желудочно-кишечного тракта. Мы уже обсудили, как эта мудрость запрограммировала прямое взаимодействие по оси ЖКТ — микробиота — головной мозг и снабдила организм не только прекрасно функционирующей пищеварительной системой, но и расширяющейся библиотекой внутренних ощущений, которые помогают прогнозировать будущее, и инстинктами, помогающими более тонко и своевременно реагировать на опасности окружающего мира. Важно отметить, что, хотя кишечный микробиом и его связи с мозгом программируются в самом начале жизни, он остается гибким и способным к адаптации на протяжении всей жизни.
Я уже не раз сравнивал работу оси головной мозг — ЖКТ — микробиом с работой суперкомпьютера. «Члены» этой оси могут в полной мере приспосабливаться к изменениям во внутренней и внешней средах и поддерживать сложные связи с иммунной системой, метаболизмом, нервной системой и остальными системами организма человека. О высокой адаптивности этой оси наглядно свидетельствует тот факт, что люди относительно недавно успешно перешли от доисторического, тесно связанного с природной средой образа жизни к существованию в мегаполисах и потреблению продуктов, которые часто привозят из отдаленных регионов мира. Кишечный микробиом человека учится усваивать вещества, с которыми он прежде никогда не сталкивался, в том числе новые лекарства, пестициды и химические вещества, попадающие сегодня в нашу пищу.
С учетом этой универсальной способности у нас есть веские основания полагать, что кишечные метаболиты будут различаться в зависимости от типа текущей диеты. Это объясняется тем, что при расщеплении таких сложных углеводов растительного происхождения, как резистентный крахмал, создается принципиально иной набор метаболитов, чем при разложении аминокислот и жиров, главных компонентов мяса и молока, яиц и сыра. Например, в отличие от весьма ограниченного круга метаболитов углеводов, которые в основном состоят всего из нескольких короткоцепочечных жирных кислот, организм переваривает белки и создает 20 различных строительных блоков — молекул, называемых аминокислотами, а микроорганизмы в толстой кишке ферментируют эти аминокислоты и создают гораздо более широкий круг метаболитов, которые уже могут взаимодействовать с нервной системой.
Большинство непереваренных углеводов растительного происхождения метаболизируются (перерабатываются) в толстой кишке в короткоцепочечные жирные кислоты — бутират и ацетат — и в такие газы, как двуокись углерода, метан и сероводород (из-за которого у стула неприятный запах). Бутират — отличный пример многих позитивных эффектов растительной диеты, способствующих улучшению взаимодействия между головным мозгом и пищеварительным трактом. Он не только играет решающую роль в обеспечении пищей клеток, выстилающих толстую кишку, но и создает массу полезных для здоровья импульсов, позитивно влияющих на энтеральную нервную систему. Эта короткоцепочечная жирная кислота — ключевой участник взаимодействия между пищеварительным трактом и головным мозгом, к тому же она обеспечивает защиту последнего от опасных, хотя и слабых проявлений воспалительных эффектов, вызываемых диетами с высоким содержанием жиров или искусственных подсластителей.
Чтобы продемонстрировать огромное влияние, которое изменение диеты может оказать на головной мозг, давайте обратимся к цифрам. По полученным оценкам, кишечный микробиом человека потенциально позволяет производить около 500 000 различных метаболитов, которые известны под общим названием метаболона. Многие из этих метаболитов нейроактивны, то есть могут влиять на нервную систему. Отдельные микроорганизмы производят до 50 различных метаболитов, в том числе гормоны, нейромедиаторы (нейротрансмиттеры) и другие молекулы, непосредственно взаимодействующие с нервной системой. У каждого метаболита может быть до 40 000 вариаций: все зависит от того, как он сочетается с другими метаболитами. Эти метаболиты производят около 7 млн генов — гораздо больше тех 20 000 генов, которые составляют геном человека.
Так как человек ест очень разнообразные продукты, особенно растительного происхождения, в его пищеварительном тракте содержится огромное количество микробных клеток. По некоторым подсчетам, 40 % метаболитов, циркулирующих в организме, произведены не нашими собственными клетками и тканями, а кишечными микроорганизмами. Теперь становится ясно, что ключевую роль в поразительно сложной сигнальной системе, способной влиять на каждую клетку в нашем организме, в том числе и на нейроны головного мозга, играет кишечный микробиом. Потребуются еще годы исследований, чтобы до конца разобраться в сложных взаимодействиях, на которые эти метаболиты влияют сами либо, что более вероятно, в сочетании с другими метаболитами. И все же я не сомневаюсь, что эти воздействия являются глубокими, а их изучение революционным образом изменит понимание роли диеты в развитии и лечении заболеваний головного мозга и взаимодействия между мозгом и пищеварительным трактом. Иными словами, оркестр микроорганизмов в желудочно-кишечном тракте полностью укомплектован опытными исполнителями и с первых лет жизни готов к выступлениям. Диета, которую выбирает человек, определяет не только мелодии, которые будет играть этот оркестр, но и характер этих произведений. А дирижером, руководящим оркестром при исполнении симфоний, в конечном счете
