биомолекула.ру. Взгляд изнутри.
 

Логин:
Пароль:


Клетчатка на пользу потомкам

[27 января, 2016 г.]

Если выбор в пользу пирожного вместо яблока стал привычным стилем жизни, то, скорее всего, вы уже подпортили своим потомкам здоровье. По крайней мере, так происходит у мышей с человеческой микробиотой. И если переход родителей на питание с оптимальным количеством пищевых волокон (клетчатки) может существенно компенсировать нанесенный их кишечной микрофлоре ущерб, то у каждого последующего поколения, сидящего на современной «западной» диете, микробиом становится всё беднее и восстанавливается после добавления клетчатки всё хуже. Часть бактериальных таксонов исчезает безвозвратно.

Клетчатка, как говорят в один голос врачи и ученые, обладает почти магическим действием на организм человека. Это общее название для большой группы молекул, в основном сложных углеводов — линейных и разветвленных полимеров. Потребление в среднем 30 граммов пищевых волокон в день — а это примерно 100 граммов пшеничных отрубей — помогает предотвратить множество заболеваний: от сердечно-сосудистых до кишечных. Однако зачастую жители развитых стран отдают предпочтение пище с жирами и простыми углеводами без пищевых волокон или с очень небольшим их количеством.

Особенность клетчатки — это то, что она не переваривается ферментами желудочно-кишечного тракта, поскольку в геноме человека закодировано менее двух десятков ферментов, расщепляющих сложные углеводы. Однако с этой задачей справляются микроорганизмы, населяющие кишечник. Они синтезируют тысячи ферментов [1], способных расщеплять именно эту группу молекул, преобразуют сахара в короткоцепочечные жирные кислоты, которые обеспечивают энергией клетки кишечника, регулируют некоторые физико-химические показатели кишечной среды, иммунные процессы и содержание глюкозы и липидов в крови.

Пищеварительные органы травоядных, в отличие от всеядного человека, успешнее справляются с задачей расщепления клетчатки, ведь она составляет бόльшую часть их рациона. Желудочно-кишечные тракты таких животных гораздо длиннее, а у некоторых даже устроены и работают немного иначе: у жвачных, например, ферментация сложных углеводов происходит не в толстой кишке, а в многокамерном желудке. Пища переваривается и за счет механического воздействия, и с помощью ферментов микроорганизмов.

Яблоко от яблони недалеко падает: потребляющие мало клетчатки мыши передают потомкам менее разнообразную микробиоту

Группа американских ученых под руководством Эрики Зонненбург (Erica D. Sonnenburg) решила проверить, изменится ли микробиота кишечника при дефиците пищевых волокон. Оказалось, что это значительно уменьшает разнообразие микроорганизмов, а у потомков питавшихся «неправильно» мышей при такой же диете микрофлора становится еще менее «пёстрой» и не восстанавливается при возвращении в рацион клетчатки — бактериальный состав в череде поколений меняется необратимо [2].

Для того чтобы получить такие результаты, исследователи заселили кишечники стерильных мышей микроорганизмами человека и держали их на рационе с высоким содержанием клетчатки. Затем животных случайным образом разделили на две группы. Мышей из контроля в течение всего эксперимента кормили одинаково — пищей с высоким содержанием клетчатки. Опытной группе семь недель давали мало пищевых волокон, а затем вернули изначальный режим питания еще на шесть недель.

При анализе операционных таксономических единиц микроорганизмов (OTU)* мышей выяснилось, что кишечная микробиота опытной группы стала менее разнообразной за то время, пока животные ели мало клетчатки. После перехода на режим питания с большим количеством пищевых волокон некоторые исчезнувшие таксоны бактерий так и не восстановили свою первоначальную численность. Состав кишечной микробиоты контрольной группы не изменялся.

* — OTU, или операционная (оперативная) таксономическая единица — абстрактное понятие, объединяющее организмы с достаточно похожими геномами (из конспектов к лекциям по «Основам биоинформатики» А.В. Тяхта). «Википедия»: «Оперативная таксономическая единица (ОТЕ, OTU) — уровень детализации, выбранный исследователем для данной работы; например, индивидуумы, популяции, виды, роды или линии бактерий». Покойный А. Гиляров писал, что с натяжкой их можно рассматривать как аналоги видов.

Далее ученые решили проверить, как будет меняться разнообразие микробиоты у потомства мышей из первого опыта в разных поколениях (рис. 1). Естественная колонизация кишечника мышат происходила посредством контакта с матерью. Четыре поколения мышей (первое — участники описанного выше опыта) питались по одинаковой схеме: контрольные получали много клетчатки, опытные — сначала мало, а потом их переводили на насыщенную пищевыми волокнами диету. Как выяснилось, ситуация усугублялась с каждым новым помётом: разнообразие кишечных микроорганизмов становилось всё меньше и всё больше отличалось от контрольной группы. Особенно страдали представители порядка Bacteroidales — известные любители клетчатки.

Неужели изменение рациона на богатый пищевыми волокнами не восстановит нормальный состав микробиоты? Оказалось, что нет. При добавлении в рацион клетчатки лишь небольшая часть бактерий «возвращалась», а 141 из 208 OTU, обнаруженных в первом поколении опытной группы, исчезла в четвертом. Репертуар ферментов, производимых бактериями для расщепления сложных углеводов, тоже сократился, однако сказать, отразилось ли это на способности разлагать клетчатку, можно будет только после дополнительных исследований.

Успешно восстановить былое многообразие кишечной микробиоты удалось лишь фекальными трансплантациями от мышей, которым давали много клетчатки. Созданная группой Эрики Зонненбург мышиная модель подтверждает, что существенное снижение разнообразия кишечной микробиоты в индустриальном мире — по сравнению с обществами собирателей-охотников и земледельцев — можно объяснить скудным потреблением пищевых волокон. И если удастся связать утрату каких-то таксонов, невосполнимую изменением диеты, с неблагоприятными физиологическими последствиями, то существует вполне реальная возможность оздоровить современную хилую «западную» микробиоту введением «традиционных» популяций.

Дефицит клетчатки и микробиота кишечника

Рисунок 1. Потеря разнообразия кишечной микробиоты при дефиците клетчатки в пище. Несколько поколений «контрольных» мышей кормили пищей с высоким содержанием клетчатки (high-fibre diet), «опытных» — с низким (low-fibre diet). У последних видовой состав кишечной микрофлоры снижался уже в первом поколении, но относительно обратимо: при возвращении в рацион пищевых волокон некоторые OTU восстанавливались. Однако разнообразие и степень восстановления у каждого последующего поколения снижались. Рисунок из [1].

Человек как суперорганизм

Человеческое тело не принадлежит ему одному — помимо его собственных клеток в нём живут и процветают многие триллионы микроорганизмов. Эволюция тоже не проходит в одиночестве: люди коэволюционируют вместе со своими микробами. Совокупность всех микроорганизмов (бактерий, архей, грибов), живущих в теле человека и на его поверхности, называют человеческим микробиомом.

Омммм!..

Термины, обозначающие большие совокупности в биологии и наделенные суффиксом «-ом», у всех на слуху: это геном, протеом, транскриптом, эпигеном, коннектом и многие другие [3]. Благодаря развитию технологий, ученые теперь могут изучать не отдельные молекулы, а целые массивы данных. Например, можно составить перечень всех микроорганизмов, живущих в человеческом организме, или список всех его генов. «Омы» изучают омиксные науки, например, геномика и протеомика.

Микробиом не только не вредит здоровью, но и помогает его поддерживать. Конкуренция с патогенами и изменение состава нормальной микрофлоры могут не только быть результатом болезни, но и сами ведут к системным изменениям в организме [4]. На Биомолекуле выходили подробные статьи про кишечную и кожную части микробиома: «Зоопарк в моем животе» [5], «Дом для бактерий, или что мы знаем о кожной микрофлоре» [6].

В некоторых частях кишечника — самой густонаселенной области человеческого организма — концентрация бактерий может достигать 1011—1012 клеток на грамм. Сейчас показано, что микробиом может влиять не только на иммунную, но и на эндокринную и центральную нервную системы (рис. 2), поэтому ученые рассматривают возможность лечения даже психических расстройств путем коррекции неблагоприятной микробной «сигнализации» [7].

Микрофлора кишечника и мозг

Рисунок 2. Влияние микрофлоры кишечника на ось «кишечник—мозг» в норме и при патологии. Справа показано, как изменения состава микробной популяции кишечника могут привести к неправильной функции этой оси. Слева проиллюстрировано то, что стресс на уровне ЦНС может влиять на работу кишечника и микробиоту. Рисунок из [8].

С 2008 года развивается проект «Микробиом человека», аналогичный известному «Геному человека» [9], цели которого — охарактеризовать представителей человеческого микробиома и проанализировать их роль в поддержании здоровья и развитии патологий. Исследователи, взяв у 242 здоровых волонтеров образцы микроорганизмов из 15-18 участков тела, составили и опубликовали своеобразную «карту» человеческого микробиома (рис. 3) [10].

Не остается в стороне от микробиомного движения и Россия: совсем недавно стартовал проект OhMyGut от компании Atlas, благодаря которому можно узнать состав своей микробиоты и даже получить рекомендации по питанию [5]. А ведь это может быть очень важно — помните: беречь свой микробиом необходимо смолоду.

Карта микробиома

Рисунок 3. Карта микробиома. Инфографика составлена на основе результатов метагеномного филогенетического анализа (MetaPhlAn), проведенного в рамках проекта «Микробиом человека». Рисунок с сайта huttenhower.sph.harvard.edu.

Литература

  1. Martens E.C. (2016). Microbiome: Fibre for the future. Nature159, 158–159;
  2. Sonnenburg E.D., Smits S.A., Tikhonov M., Higginbottom S.K., Wingreen N.S., Sonnenburg J.L. (2016). Diet-induced extinctions in the gut microbiota compound over generations. Nature. 529, 212–216;
  3. биомолекула: «„Омики“ — эпоха большой биологии»;
  4. Wu H., Tremaroli V., Bäckhed F. (2015). Linking microbiota to human diseases: a systems biology perspective. Trends Endocrinol. Metab. 26, 758–770;
  5. биомолекула: «Зоопарк в моем животе»;
  6. биомолекула: «Дом для бактерий, или что мы знаем о кожной микрофлоре»;
  7. Kelly J.R., Kennedy P.J., Cryan J.F., Dinan T.G., Clarke G., Hyland N.P. (2015). Breaking down the barriers: the gut microbiome, intestinal permeability and stress-related psychiatric disorders. Front. Cell Neurosci. 9, 392;
  8. Cryan J.F. and Dinan T.G. (2012). Mind-altering microorganisms: the impact of the gut microbiota on brain and behaviour. Nat. Rev. Neurosci. 13, 701–712;
  9. биомолекула: «Геном человека: как это было и как это будет»;
  10. Huttenhower C., Gevers D., Knight R., Abubucker S., Badger J.H., Chinwalla A.T. et al. (2012). Structure, function and diversity of the healthy human microbiome. Nature. 486, 207–214.

Автор: Петренко Анна.

Число просмотров: 969.

Вернуться в раздел «Новости»

Комментарии

(Оставить комментарий) (показывать сначала старые комментарии)

Re: Клетчатка на пользу потомкам

viktorian — 30 января, 2016 г. 15:51. (ссылка) (свернуть ветвь)

Физика процесса зарождения живого организма. Проходящие грозовые разряды, а это температура порядка 3000 грС, что разлагает молекулы воды на АТОМАРНЫЙ водород и кислород, углерода всегда много, аммиак также разлагается на азот и водород, фосфорный остаток также находится в достаточном количестве и все эти молекулярные соединения под действием солнечного излучения формируют ОДИН ПЕРИОД СИНУСОИДЫ который является оболочкой клетки, а водная среда охваченная этой оболочкой, формирует по длине волны 4 азотистых основания-это Т,Ц,А,Г/Тимин,цитозин,аденин,гуанин/. Формируется геном: ТЦАГ- это самый простой одноклеточный живой организм длиной в 2-3 нм с количеством атомов где-то 400-450 ед. Время жизни такого организма определялось временем деления такой клетки на две дочерние и дальше каждая дочерняя наводила свою копию на своей частоте, находясь под «бдительным» контролем Солнечного излучения. Эта клетка- геном имела 5 признаков живого организма- это потребление, дыхание, выделение, размножение и управление всеми этими процессами. Эти пять признаков характерны для любого самого сложного организма, например для человека. Такой геном- клетка живая является базовой составляющей всех многоклеточных организмов во всей Вселенной. Вот такие геномы- клетки длиной в один, два, три…сотни периодов, как бусинки нанизываются вдоль синусоиды на Солнечный спектр частот длиной в 390-770 нм. Человеческий организм формируется на длине волны, приблизительно, 650-670 нм. Разнообразие живых организмов определяется прежде всего длиной волны, второй аспект-это угол падения на водную гладь, который изменяется от 0 до 1800, поэтому зарождаются организмы глубоко в земле, на поверхности, на воде, в воде на разных глубинах, воздушных слоях, но и третий аспект - это условия окружающей среды.
Жизнь изначально на Земле, как и в других областях бесконечного космического пространства, зародилась на кремне-органической основе. Физика этого процесса:на органической основе многотысячно раз повторяется цепочка фосфорный остаток-сахар/Ф-С/ а для кремния /Si-C / Причина в температуре-фосфорный остаток при 15гр С уже размягчается а при 42грС ПЛАВИТСЯ/это смертельная температура для всего живого на органической основе, так как разрываются узловые точки синусоиды/

(ответить)

Re: Re: Клетчатка на пользу потомкам

viktorian — 1 февраля, 2016 г. 11:22. (ссылка)

Эры и периоды зарождения биологической жизни Земли.
Земля в своем первоначальном положении относительно других планет на орбитах вокруг Солнца , попала под значительное воздействие со стороны Венеры. Венера почти такая же как и Земля по своему объему и так как она ближе к Солнцу, то атмосфера ее была значительно плотнее, сутки ее были тоже короче земных. Рассмотрим процесс гравитационного взаимодействия Земли и Венеры в нижнем положении: в момент расхождения на минимальном расстоянии друг от друга, происходило встречное движение обширных плотных атмосфер Венеры и Земли (это взаимное торможение собственного движения вокруг своей оси), что в конечном результате сутки Земли удлинило до 24 часов, а Венеру раскрутило в обратную сторону. В момент расхождения на одной прямой Венера своей обширной атмосферой делала солнечное затмение для Земли и такому процессу Земля была подвержена более одного миллиарда лет. Но в период взаимообразного гравитационного торможения между Венерой и Землей было время, а это миллионы лет, когда Венера теряла свои собственные обороты до нуля, а это значит она была гравитационно притянута к Земле- это значит, что Земля попала в постоянное затмение- это ледниковый период нашей планеты. Физически ледниковый период и определил основные 5 периодов эволюционного развития биологической жизни Земли, вот они: 1. Стабилизация обращения Земли вокруг Солнца и взаимодействие с другими планетами Солнечной системы. 2.Вхождение Земли в ледниковый период 3.Ледниковый период Земли. 4 .Выход с ледникового периода. 5.Послеледниковый период по настоящее время. Поэтому каждый период, а это десятки и сотни миллионов лет, в зависимости от климатических условий формировал на частоте излучения солнечного света новые формы жизни, а некоторые прежние формы сумели приспособиться к новым условиям, как например «одеть шубу» и нырять в воду или запастись толстым слоем жира, или мигрировать воздушным и водным путями в более теплые районы Земли, а некоторые научились забираться в пещеры и там поддерживать костер на котором жарить мясо и согреваться от холода, это наши с вами предки.

(ответить)

Re: Клетчатка на пользу потомкам

 — 29 января, 2016 г. 08:52. (ссылка) (редактировать) (удалить)

А интересно, мышат отсаживали от матерей, у которых микрофлора была богаче, или они питались и жили в разных клетках?

(ответить)

Яндекс.Метрика

© 2007–2015 «биомолекула.ру»
Электропочта: info@biomolecula.ru
О проекте · RSS · Сослаться на нас

Дизайн и программирование —
Batch2k15.

Сопровождение сайта — НТК «Биотекст».

Условия использования сайта
Об ошибках сообщайте вебмастеру.