Опасения по поводу антибиотиков, применяемых в животноводстве, в большинстве случаев были связаны с устойчивостью к ним микробов. Однако, учитывая тот факт, что некоторые члены человеческой микрофлоры оказались более чувствительными к ним по сравнению с другими, появилась новая причина для беспокойства. Сценарий, согласно которому некоторые важные союзники выходят из строя, оставляя после себя несбалансированную, дестабилизированную экосистему, не был надуманным. В ходе экспериментов ученые продемонстрировали, насколько реален этот сценарий. Например, введение антибиотиков широкого спектра действия молодым мышам привело к повышению их предрасположенности к астме[410]. Почему? Потому что погибли важные виды клостридий, из-за чего исчезли регуляторные Т-клетки (клетки-миротворцы).
Изменения могут произойти даже после приема небольшой дозы антибиотиков. Ильсон Чо (научный сотрудник лаборатории Мартина Блейзера в Нью-Йоркском университете) обнаружил, что введение мышам десятой доли терапевтической дозы антибиотиков существенно меняет микробиоту и повышает количество телесного жира на 20%. Другими словами, доза антибиотиков, равная их содержанию в моркови, которую удобряли навозом животных, может повысить вашу предрасположенность к метаболическому синдрому.
Однако, как бы ни происходило нарушение микробиоты, сравнительные исследования показали, что постсовременная микрофлора действительно существенно отличается от микробиоты людей, придерживающихся досовременного образа жизни.
Наследственная микробиота, изменения и глобализация
В 2010 году Карлотта де Филиппо и Паоло Лионетти из Флорентийского университета опубликовали результаты впечатляющего сравнительного исследования. Сравнив микробиоту сельских детей из Буркина-Фасо с микробиотой детей, живущих во Флоренции, они обнаружили существенные различия[411]. Африканская микробиота (аналог человеческой микробиоты в период зарождения сельского хозяйства) оказалась более сложной и содержала несколько видов бактерий, помогающих переваривать растительные волокна, причем эти бактерии полностью отсутствовали в микробиоте итальянских детей. Кроме того, в африканской микробиоте было относительно высокое содержание бактерий типа Bacteroidetes и низкое содержание бактерий типа Firmicutes.
Как известно, у людей, страдающих воспалительными заболеваниями кишечника, меньше бактерий типа Bacteroidetes. В связи с этим ученые предположили, что микробиота из Буркина-Фасо особенно эффективно сдерживает воспаление. В то же время относительно низкое содержание бактерий типа Firmicutes, обнаруженное в итальянской микробиоте, было характерно для людей, страдающих ожирением. Следовательно, ситуация выглядит так: в Западной Европе микробиота способствует набору веса, не прилагая особых усилий к предотвращению воспаления, тогда как в сельских районах Африки она помогает переваривать грубую растительную пищу и сдерживает воспаление.
Может ли генетика объяснить эти различия? Таня Яцуненко и Джеффри Гордон из Вашингтонского университета в Сент-Луисе попытались найти ответ на этот вопрос. Они сравнили микробиоту американских индейцев, обитающих в венесуэльской Амазонии, а также жителей сельских районов Малави и Северной Америки. Хотя американские индейцы и африканцы разделены во времени и пространстве на 60 000 лет, а их миграция охватывает четыре континента, в том числе Азию и Северную Америку, их микробные сообщества больше похожи друг на друга, чем микробиота обитателей Северной Америки[412]. Микробиота жителей Африки и Южной Америки специализируется на расщеплении сложных растительных углеводов. Напротив, микробиота обитателей Северной Америки эффективно расщепляет моносахариды. Судя по всему, с эволюционной точки зрения североамериканская микробиота — это аномалия.
На первый план вышли также другие региональные различия. Проанализировав гены и их функции (картину того, что может делать микробиом в целом, а не какие микробы в нем присутствуют), ученые обнаружили, что микробиота японцев обладает уникальной способностью переваривать морские водоросли. В журнале Nature назвали это «фактором суши».
Бактерии могут обмениваться генами посредством плазмид — кольцевых молекул, содержащих ДНК. Следовательно, дело не в том, что обитающие в морских водорослях микробы непосредственно колонизировали кишечник японцев, а в том, что на каком-то этапе в прошлом нативные бактерии усвоили инструкции по поводу расщепления морских водорослей от бактерий, обитавших на этих водорослях. «Культурные особенности питания могут в какой-то мере определять, какую пищу может переваривать наш кишечник», — отметил Джастин Сонненберг[413]. Результаты этого исследования косвенно подчеркнули важность потребления пищи, содержащей живые микробы. Бактерии, уже поедающие пищу, которую вы потребляете, могут передать вашим резидентным микробам опыт, которого в противном случае у них не будет.
В более широком смысле это исследование подняло целый ряд вопросов, связанных с тем, что ученые обозначили термином «глобализация микробиоты»[414]. По мере того как человеческий опыт сводится воедино, а питание повсеместно становится более однотипным, микробные сообщества людей все больше подвержены такой же потере регионального разнообразия, как и то, что происходит на американской земле и на что сетуют сторонники нового урбанизма, — микробная «моллификация» и «нашествие сетей розничных магазинов», которое, вне всяких сомнений, будет иметь определенные последствия для здоровья людей.
Питание, упрощающее микробную экосистему
Изменение режима питания относится к числу самых серьезных перемен, произошедших в развитых странах в ХХ столетии. До промышленной революции рацион людей состоял главным образом из неочищенных злаков, клубней, иногда овощей, а также молочных продуктов, полученных от животных травяного откорма, и постного мяса. На раннем этапе промышленной революции (в Англии это 1815 год) годовое потребление рафинированного сахара на душу населения составляло около 6,8 килограмма. В 2000 году этот показатель возрос почти до 70 кг на человека. До промышленной революции большинство людей получали калории из одной или нескольких неочищенных основных культур (на Западе это были пшеница, ячмень и картофель), а к 2000 году американцы получали три четверти энергии из рафинированного сахара и очищенных злаков, растительного масла и молочных продуктов. С эволюционной и биологической точки зрения такой режим питания был беспрецедентным.
На протяжении ХХ столетия потребление растительных масел, содержащих вредные для здоровья жиры, увеличилось в пять раз[415]. Крупные откормочные хозяйства заняли место пастбищ, а мясо с жировыми прослойками, которое редко бывает у животных травяного откорма, стало стандартом. Пожалуй, соотношение различных жирных кислот в рационе — это даже более важный показатель, чем общее потребление жира. В рационе увеличилась доля жирных кислот омега-6, стимулирующих воспаление, а также насыщенных жиров, которые делают то же самое. При этом сократилась доля противовоспалительных жирных кислот омега-3, которые содержатся в листовой зелени, орехах, а также в мясе животных, потребляющих такую зелень.
Ученые долго связывали подобную структуру питания с повышением распространенности таких болезней цивилизации, как сердечно-сосудистые заболевания, диабет первого типа, определенные виды рака и даже деменция. Однако анализ микробиоты показал, что питание кардинально меняет микробное сообщество человека, а также что сами эти изменения способствуют развитию определенных заболеваний. Оказалось, что микробиота находится в области соприкосновения питания и иммунитета. Иначе говоря, резидентные микробы переводят плохие пищевые привычки в ожирение и сердечно-сосудистые заболевания.
В ходе одного исследования ученые кормили худощавых людей так называемым джанк-фудом[416] и обратили внимание на то, что у тех сразу же повысилось содержание бактерий типа Firmicutes и сократилось содержание бактерий типа Bacteroides, что примерно соответствовало структуре итальянской микробиоты (в отличие от африканской). Изменившееся микробное сообщество повысило способность участников исследования запасать калории и хранить их в виде жира[417]. Разумеется, ожирение сопряжено с повышением риска метаболического синдрома (сопровождающегося целым набором симптомов, например резистентностью к инсулину и слабым воспалением), вызывающего предрасположенность к дальнейшим осложнениям, таким как сердечно-сосудистые заболевания и рак.
Многие считали, что воспаление — это симптом, а не причина общего синдрома, однако Патрис Кани и Натали Дельзенне из Лувенского католического университета в Брюсселе пришли к выводу, что на самом деле именно воспаление способствует развитию этого синдрома, а измененная микробиота стимулирует воспаление[418].
Ученые кормили мышей джанкфудом и обнаружили такое же изменение микробиоты, как у людей. Причем измененное микробное сообщество повысило проницаемость кишечника, а также усилило склонность микробов и продуктов их жизнедеятельности проникать в систему кровообращения. По мере проникновения большего количества бактериальных продуктов в кровоток все сильнее проявлялось слабо выраженное воспаление. Клетки организма не могли реагировать на слабые сигналы гормонов, поэтому становились в итоге нечувствительными к инсулину. Мыши начали переедать и набирать вес. Происходило дальнейшее изменение микробиоты. Воспаление усиливалось. Это цикл подкреплял сам себя. Не в силах успевать за стремительным ростом потребности в инсулине, поджелудочная железа (орган, вырабатывающий этот гормон) в конечном счете отказывала. Теперь мышам можно было официально поставить диагноз «диабет» (речь идет о диабете второго типа, обусловленном образом жизни, а не об аутоиммунном диабете первого типа).