Микробиом желудочно-кишечного тракта живет по циркадным часам

Все участки пищеварительного тракта наполнены разными видами микробов, или бактерий, каждому из которых для роста и процветания требуется специфическая среда.

Одним бактериям нравится более кислотная среда, другим – более нейтральная; одни питаются белками, другие – жиром или сахаром; и все они поддерживают собственные ритмы питания и голодания. Одни виды микробов процветают в условиях голодания, в то время как другим для процветания требуется питание. Поэтому композиция микробиома в желудочно-кишечном тракте меняется в зависимости от времени суток. Другими словами, вечером мы ложимся в постель с одним набором бактерий в кишечнике, просыпаемся с другим, а в середине дня там появляется третий⁶. Разные виды бактерий выполняют различные функции и переваривают разные типы нутриентов. Например, многие компоненты пищевых продуктов не поддаются расщеплению желудочно-кишечными ферментами и для их переработки требуется кишечный микробиом. Пищевая клетчатка и другие химические вещества, присутствующие в пище, могут быть переварены только теми микробами, которые живут в кишечнике. Вот почему поддержание разнообразия кишечных микробов считается ключом к здоровью пищеварительной системы.

Одним из способов обеспечения разнообразия кишечного микробиома является включение в рацион различных источников питательных веществ. Исследователи установили, что, когда в меню мышей преобладают продукты с высоким содержанием жиров или углеводов и они питаются произвольно, в любое время дня и ночи, их пищеварительная система не получает богатого разнообразия продуктов, которые нужны для поддержания всех необходимых видов бактерий⁷. Такое питание нарушает микробиом: в кишечнике мышей остается лишь несколько видов бактерий, и у них развивается ожирение. Мы считаем, что точно так же дело обстоит с людьми: когда у нас нет всех необходимых бактерий, мы не можем переварить всю пищу, и ее остатки откладываются в виде жира.

Нам также известно, что, когда мы испытываем дефицит сна или подвергаемся воздействию джетлага либо посменной работы, композиция микробиома изменяется, и новый состав бактерий начинает способствовать развитию ожирения⁸. Например, когда экскременты людей, испытывающих джетлаг, помещаются в кишечник здоровых мышей, у них развивается ожирение. Но экскременты здоровых людей, которые не пересекают часовые пояса и не работают посменно, не запускают механизм ожирения у грызунов. Эти наблюдения вызвали у ученых огромное желание понять, каким образом посменная работа, джетлаг и сбой циркадных часов могут изменять состав кишечных микробов настолько сильно, что он начинает подталкивать тело к ожирению.

На первый взгляд может показаться, что, когда мы путешествуем и питаемся в аэропортах и самолетах, у нас нет возможности выбрать полезные продукты и плохая пища способствует размножению вредных бактерий, которые становятся причиной ожирения. Если бы это было правдой, мы никогда не смогли бы выбраться из порочного круга «плохое питание – плохие бактерии». Однако мы провели простой эксперимент на мышах: кормили их продуктами с высоким содержанием жира и углеводов, но заставили следовать строгому циклу питания и голодания. В результате все животные остались здоровыми⁹. В условиях ОВП в кишечнике мышей, когда они ели, процветал один набор бактерий, а когда голодали – другой. Иными словами, режим ОВП обеспечивал процветание хороших бактерий, в то время как немногочисленные вредоносные виды, способствующие ожирению или вызывающие болезни, подавлялись. Мы надеемся, что, если результаты соблюдения оптимального цикла ОВП подтвердятся в экспериментах на людях, это будет означать, что работающие посменно, у которых есть доступ только к вредным для здоровья продуктам, все равно могут поддерживать здоровую популяцию микробов в ЖКТ и тем самым предотвращать ожирение и сопутствующие заболевания.

Мы установили, что ОВП оптимизирует микробиом грызунов таким образом, что их организм начинает с максимальной эффективностью перерабатывать пищу, абсорбировать нутриенты и выводить отходы, тем самым способствуя улучшению их здоровья. Кишечный микробиом, формирующийся в условиях ОВП, изменяет процесс расщепления и абсорбции клетчатки так, что значительная часть сахаров не переваривается, а выводится из организма с испражнениями. Помимо этого, ОВП изменяет микробиом таким образом, что желчные кислоты конвертируются в другую форму, которая тоже выводится с фекалиями. Как известно, желчные кислоты синтезируются из холестерина, поэтому чем больше их будет выведено из организма, тем сильнее упадет уровень холестерина в крови.

Микробиом желудочно-кишечного тракта воздействует на нашу ось питания и настроения

Пища, которую мы едим, и микробы в нашем пищеварительном тракте рука об руку трудятся над производством ряда гормонов и химических веществ, влияющих на наше настроение и способных играть определяющую роль в формировании таких состояний, как спокойствие, тревога, депрессия и паника. Одни виды кишечных бактерий конвертируют часть пищи в вещества, которые обеспечивают сбалансированное состояние и эффективную работу мозга.

В число этих веществ, или нейротрансмиттеров, входят дофамин, гамма-аминомасляная кислота (ГАМК), гистамин и ацетилхолин. Другие виды кишечных бактерий ферментируют углеводы и производят из них жироподобные вещества – короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК), которые затем оказывают негативное воздействие на наше здоровье. КЦЖК способны добираться до мозга и влиять на его развитие и функционирование¹⁰.

Кроме того, кишечные бактерии влияют на эффективность некоторых медицинских препаратов и производят химические вещества, обладающие наркотическими свойствами. Например, многие антибиотики способны изменять состав кишечных микробов, но в то же время выживший микробиом может конвертировать антибиотики в химические вещества, оказывающие негативное воздействие на функции мозга. Возможно, именно этим объясняются такие побочные эффекты антибиотиков, как тревожность, паника, депрессия и даже делирий. У младенцев и тоддлеров непредвиденные последствия применения диет и медпрепаратов могут сохраниться на всю жизнь. Например, в последнее время все больше ученых включают кишечный микробиом в число факторов, способствующих развития аутизма^11,12.

Выбирайте продукты питания, которые поддерживают здоровье микробиома

Пищевые консерванты оказывают пагубное воздействие на пищеварительную систему. Вам доводилось замечать, что еда, которую вы готовите сами, не может оставаться свежей дольше нескольких дней даже в холодильнике, в то время как готовые к употреблению магазинные продукты не портятся очень долго? Дело в том, что в магазинные продукты добавляются консерванты, которые подавляют рост бактерий, вызывающих порчу этих продуктов. Даже низкая концентрация консервантов у нас в кишечнике подавляет рост кишечных бактерий и оказывает крайне негативное воздействие на состав кишечного микробиома.

Некоторые пищевые консерванты, такие как карбоксиметилцеллюлоза и полисорбат-80 (эмульгатор, применяемый для улучшения консистенции мороженого и повышения его стойкости к таянию), обладают свойствами стиральных порошков и ингибируют рост бактерий, истончая защитное покрытие бактериальных клеток. Однако аналогичное покрытие имеет слизистая оболочка нашего пищеварительного тракта, и эти консерванты разъедают защитную слизь, которая отделяет микробы от клеток, выстилающих его стенки. Когда микробы входят в контакт с клетками эпителия кишечника, возникают воспалительные процессы, такие как колит^13,14. Режим ОВП предоставляет достаточно времени для устранения повреждений слизистой оболочки и помогает предотвратить негативные последствия плохого питания.

Для поддержания оптимального здоровья микробиома нужно употреблять больше разнообразных свежих фруктов и овощей. Содержащаяся в овощах, фруктах и сложных углеводах клетчатка служит основной пищей для полезных кишечных бактерий. Недостаточное количество клетчатки в рационе равнозначно употреблению продуктов, насыщенных консервантами: когда кишечным микробам будет нечего есть, они примутся за слизистую оболочку кишечника¹⁵.