Современные диеты, особенно в промышленно развитых странах, сокращают присутствие полезных бактерий, разлагающих целлюлозу, в микробиоме кишечника человека, таких как руминококк. Исследования показывают, что эти бактерии, необходимые для здоровья кишечника из-за их способности расщеплять клетчатку, имеют эволюционные связи с домашним скотом, но теперь находятся под угрозой. Повернуть вспять эту тенденцию и улучшить здоровье кишечника можно так же просто, как следовать давнему диетическому совету: ешьте больше клетчатки.
Клетчатка полезна для нас, однако недавние исследования показывают, что люди постепенно теряют микроорганизмы, необходимые для превращения клетчатки в пищу для здорового пищеварительного тракта.
Всем известно, что клетчатка полезна для здоровья и является важной частью нашего ежедневного рациона. Но что такое клетчатка и почему она полезна? Волокно — это целлюлоза, волокнистый материал, из которого состоят растения. Листья, стебли, корни, стебли и стволы деревьев (древесина) состоят из целлюлозы. Самая чистая форма целлюлозы – это длинные белые волокна хлопка.
Пищевая клетчатка поступает из овощей или цельнозерновых продуктов. Почему клетчатка полезна? Клетчатка помогает поддерживать нашу кишечную флору (учёные называют ее кишечным микробиомом) счастливой и сбалансированной. Клетчатка служит отправной точкой естественной пищевой цепи. Все начинается с бактерий, которые могут переваривать целлюлозу, обеспечивая остальную часть нашего микробиома сбалансированным питанием. Но наши пищевые привычки в промышленно развитых обществах далеки от привычек древних людей.
По-видимому, это влияет на нашу кишечную флору, поскольку недавно обнаруженные бактерии, разлагающие целлюлозу, исчезают из микробиома кишечника человека, особенно в индустриальных обществах, согласно новому докладу, опубликованному в Наука. Исследование проводится командой профессора Ицхака Мизрахи из Университета Бен-Гуриона (BGU) в Негеве в Израиле при поддержке Института науки Вейцмана в Реховоте и международных сотрудников в США и Европе.
Роль бактерий, разлагающих целлюлозу
«На протяжении всей эволюции человека клетчатка всегда была основой рациона человека», — объясняет ведущий исследователь Сара Мораис из BGU. — «Она также является основным компонентом рациона наших предков-приматов. Клетчатка поддерживает здоровье нашей кишечной флоры». Мораис и его команда определили новых важных членов микробиома кишечника человека, бактерии, разлагающие целлюлозу, названные Руминококк. Эти бактерии разлагают целлюлозу, производя крупные и узкоспециализированные внеклеточные белковые комплексы, называемые целлюлосомами.
Клостридия кларифлавум, бактерия, разлагающая волокна, расщепляет целлюлозные волокна с помощью целлюлосом. Фото: Ицхак Мизрахи, Университет Бен-Гуриона (БГУ).
«Разрушение целлюлозы — непростая задача, немногие бактерии могут это сделать», — объясняет Эд Байер из Института Вейцмана, мировой лидер в области целлюлозом и соавтор исследования. «Целлюлоза трудно переваривается, потому что она нерастворима. Клетчатка в кишечнике подобна стволу дерева в бассейне: она намокает, но не растворяется».
Целлюлосомы создаются бактериями так, что они прикрепляются к целлюлозным волокнам и отделяют их, как отдельные нити в куске веревки. Целлюлосомальные ферменты затем расщепляют отдельные нити волокна на более короткие цепочки, которые становятся растворимыми. Их можно переваривать не только Руминококкно и многими другими членами кишечного микробиома.
«В итоге целлюлозомы превращают клетчатку в сахара, которые кормят все сообщество, — это огромный инженерный подвиг», — говорит Байер. Производство целлюлозом ставит Руминококк находится на вершине каскада деградации клетчатки, который питает здоровый микробиом кишечника. Но эволюционная история Руминококк Это сложная задача, и, как показывает новое исследование, западная культура оказывает негативное влияние на наш микробиом.
Эволюционные идеи и рекомендации
«Эти бактерии, продуцирующие целлюлозомы, существуют уже давно, их предки являются важными членами микробиома рубца у коров и овец», — объясняет профессор Мизрахи из BGU, старший автор исследования. Рубец – это особый орган желудка коров, овец и оленей, где поедаемая ими трава (клетчатка) превращается в полезную пищу микробами, разлагающими целлюлозу, в том числе Руминококк.
«Мы были удивлены, увидев, что человеческие бактерии, производящие целлюлозомы, по-видимому, поменяли хозяев в ходе эволюции, потому что человеческие штаммы более тесно связаны со штаммами домашнего скота, чем со штаммами наших собственных предков-приматов».
То есть похоже, что люди приобрели важные компоненты здорового кишечного микробиома от домашнего скота, которого они одомашнили на ранних этапах эволюции человека. «Это вполне возможно», — говорит Мизрахи, эксперт по биологии рубца.
Но на этом история не заканчивается. Выборка человеческих когорт показала, что Руминококк Штаммы действительно являются надежными компонентами микробиома кишечника человека в обществах охотников-собирателей и в сельских обществах, но они редки или отсутствуют в образцах людей из промышленно развитых обществ.
«Наши предки в Африке 200 000 лет назад не брали обед из машины и не звонили в службу доставки на дом», — говорит Уильям Мартин из Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе в Германии, биолог-эволюционист и соавтор исследования.
Однако в западных обществах это происходит в довольно больших масштабах. Диета меняется в промышленно развитых обществах, далеких от ферм, где производятся продукты питания. Авторы заключают, что отказ от диеты, богатой клетчаткой, является возможным объяснением потери важных микробов, разлагающих целлюлозу, в нашем микробиоме.
Как можно противодействовать этому эволюционному упадку? Это может помочь сделать то, о чем врачи и диетологи говорили десятилетиями: ешьте больше клетчатки!
Ссылка: «Загадочное разнообразие кишечных бактерий, разлагающих целлюлозу, у промышленно развитых людей», Сара Мораис, Сара Винклер, Альва Зореа, Лирон Левин, Фальк С.П. Нагиес, Нильс Капуст, Ева Ламед, Авиталь Артан-Фурман, Дэвид Н. Болам, Мадхав П. Ядав, Эдвард А. Байер, Уильям Ф. Мартин и Ицхак Мизрахи, 15 марта 2024 г., Наука.
DOI: 10.1126/science.adj9223.