То, чем вас кормили в младенчестве и детстве, может оказать долговременное воздействие на пищевые привычки во взрослом возрасте. Чтобы изучать, как определенные виды деятельности влияют на продолжительность жизни, ученые часто используют модельные организмы, например плодовых мушек или круглых червей под названием Caenorhabditis elegans. Поскольку вся жизнь этих мушек и червей длится соответственно 15 или 90 дней, у биологов есть возможность определять, как те или иные условия влияют на развитие организмов от рождения до смерти. Чтобы аналогичным образом изучить эти условия у людей, ученым пришлось бы потратить всю свою жизнь, однако очень трудно получить должность, если первые научные публикации появились бы только в возрасте за 70.
Мы можем использовать недолговечных созданий, чтобы отвечать на вопросы вроде таких: «Что происходит с молодежью, которая ест много нездоровой пищи? Будет ли у них все в порядке?» Новости не особо хорошие. Исследование 2017 года, проведенное биологом Назифом Аличем из Университетского колледжа Лондона, обнаружило: продолжительность жизни молодых мушек, которых три недели кормили едой с высоким содержанием сахара, сократилась на 7 % и, к сожалению, оказалась укороченной даже в том случае, когда после сахарной диеты насекомых возвращали к нормальному питанию. Именно так: мушки, которые в юности ели много сахара, умирали преждевременно, даже если во взрослом возрасте питались правильно!
Когда команда Алича изучала механизм, стоящий за способностью сахара необратимо снизить продолжительность жизни, биологи установили, что сахароза мешает фактору транскрипции, который называется FOXO. Те же самые факторы есть и у людей. Факторы транскрипции регулируют экспрессию многих генов, поэтому вмешательство в один из них разрушает целую сеть генов, подобно костяшкам домино. Сеть генов FOXO вырабатывает много белков, поддерживающих наши клетки в надлежащем рабочем состоянии, поэтому логично, что организму придется дальше жить с затронутой сетью. Слишком много сахара ослабляет активность сети FOXO. Тревожно, что эти изменения, похоже, необратимы даже после того, как питавшиеся сахаром мушки начали есть здоровую пищу (см. ранее).
Такие эксперименты показывают, что избыток сахара ускоряет старение, делая жизнь – буквально – короткой и сладкой. Ну что за облом!
Важно помнить, что до сих пор в точности непонятно, как все это работает, а исследования на людях пока ограничены. Хотя многие эксперименты говорят, что сахар вредит здоровью, было бы преждевременно заключать, что детям, выросшим на диете Вилли Вонки[54], грозит необратимый ущерб. Тем не менее целесообразно произвести разумные изменения в своем питании и в рационе детей, и лучше раньше, чем позже.
Все больше ученых считает, что микробиота кишечника также может влиять на аппетит и наклонять чашу весов. Как показали исследования на мышах с удаленными бактериями, это больше, чем просто «чувствовать нутром». Мыши без микробов рождаются и вырастают в стерильной среде, в них или на них никаких микробов нет. Ни одно другое существо на земле не является настолько чистым, даже Джун Кливер[55]. Хотя для какого-нибудь гермофоба жизнь этих мышей может казаться идеальной, такой уровень чистоты обладает негативными последствиями. Мыши без микробов худосочны, имеют дефекты иммунной системы и неадекватно реагируют на стресс. Такие аномалии стерильных мышей продемонстрировали удивительную мысль: бактерии в кишечнике не просто бродяги, проходящие сквозь него, – они играют важную роль для нашего здоровья и благополучия. Жизнь без них – не та жизнь, которую мы знаем.
Биологи задались вопросом, что произойдет, если заселить микробами кишечник стерильных мышей. Для этого исследователи проделали с мышами этакий «грязный трюк»: собрали материал из слепой кишки (первый участок толстой кишки) обычной мыши и нанесли на шерсть стерильного животного. Когда стерильная мышь начинала чиститься, она волей-неволей глотала слизь с бактериями. В результате мышь без микробов превращалась в мышь с микробами.
Тощие стерильные мыши, заразившие себя бактериями из кишечника обычной, за две недели значительно прибавили в весе. Удивительно, но бактериальная пересадка привела к тому, что худосочные мыши стали выглядеть так же нормально, как и те, что «пожертвовали» бактерии. Это увеличение массы произошло не из-за улучшения аппетита: бывшие стерильные мыши в реальности ели меньше, чем до получения микробов от нормальной. Чем же занимаются те бактерии, что помогли стерильным мышам набрать нормальный вес? Они привнесли новые гены, которые хорошо справляются с перевариванием сложных растительных углеводов, наличествующих в мышиной еде. Теперь, благодаря улучшению пищеварения, мыши смогли извлекать больше энергии из меньшего количества пищи.
Затем исследователям пришла в голову дикая мысль проверить, одинаковы ли кишечные бактерии. Что произойдет, если стерильные мыши получат бактерии от донора с ожирением, например от мыши ob/ob? Оказалось, что мыши без микробов, получившие бактерии от тучных мышей ob/ob, стали прибавлять в весе и вскоре напоминали своего толстого донора. Стерильные мыши становились почти на 30 % толще, когда получили бактерии от обычных мышей, и почти на 50 % толще, когда их новые бактерии пришли от донора с ожирением. Результат заставляет предположить, что кишечные бактерии у худых и толстых мышей действительно различаются и что их влияние выходит за пределы влияния на кишечник.
Вдохновившись первыми исследованиями, одна группа ученых стала «Льюисом и Кларком» кишечника[56]: они взялись определить различные бактерии, живущие в мышах разных видов. Национальные институты здравоохранения США инициировали аналогичный проект по определению микробов – обитателей человека; проект называется «Микробиом человека». Результаты все еще поступают, но как путешественники видят разных животных в лесу и пустыне, так и биологи видят разные типы бактерий в кишечнике тощих и толстых особей. Например, у тучных мышей больше бактерий типа Firmicutes и меньше бактерий типа Bacteroidetes. И фирмикуты, и бактероидеты включают множество разновидностей, которые обычно имеются в кишечнике млекопитающих. Фирмикуты способны извлекать из пищи больше калорий, нежели бактероидеты, что облегчает организму создание жировых запасов.
Большинство исследований подтверждает, что при ожирении у людей отношение Bacteroidetes к Firmicutes также понижено. Несбалансированный рацион связан с несбалансированной микробиотой. Исследование, проведенное в 2009 году пионером в области изучения микробиоты Джеффри Гордоном из Университета Вашингтона в Сент-Луисе, сравнивало кишечные бактерии тучных и худых близнецов и обнаружило различия в 383 бактериальных генах. У тучных испытуемых 75 % этих генов были от актинобактерий, а 25 % – от фирмикут. Бактероидеты никаких генов для тучных людей не дали. Напротив, у худых участников эксперимента 42 % таких генов дали как раз они. Многие из бактериальных генов, которые оказались различными у толстых и тощих людей, вовлечены в обмен веществ.
Дополнительные данные подтверждают тесную связь между нашим рационом, массой и составом микробиоты. Биолог Паоло Лионетти из Флорентийского университета сравнивал микробиоту людей, живущих в европейском городе и в африканской деревне. Как вы, вероятно, подозреваете, дети во Флоренции (Италия) были крупнее тщедушных детей из деревни Булпон (Буркина-Фасо). Что интересно, Лионетти обнаружил, что у детей во Флоренции, питавшихся в «западном» стиле, с большим содержанием в рационе углеводов, жиров и солей, в основном обнаружены бактерии типа Firmicutes. А дети в Булпоне питались так, как это делали наши древние предки: в рацион входили фрукты и овощи, белок нерегулярно поступал от мяса, яиц и насекомых (в данном случае – термитов). В микробиоте испытуемых из Булпона было гораздо больше Bacteroidetes, а также значительная доля двух типов бактерий, которых у итальянских участников вовсе не было, – Prevotella и Xylanibacter, причем и те, и другие мастерски переваривают клетчатку из растительной пищи.
Типы бактерий в нашем кишечнике быстро меняются в зависимости от нашей пищи. Худые люди, севшие на калорийную диету, замечают, что количество фирмикутов быстро увеличивается за счет бактероидетов, что заставляет их извлекать еще больше калорий из пищи. Употребление нездоровой пищи может создать порочный круг, который быстро сместит баланс кишечных бактерий в сторону разновидностей, которые способствуют образованию жира.
А теперь сюжет закручивается сильнее, подобно тому, как растет пузо мыши со слишком большим количеством фирмикутов. Было довольно здорово наблюдать, как бактерии от толстой мыши помогают худосочной стерильной приобрести нормальный размер. А что случится, если накормить мышей человеческими микробами? В 2013 году группа Гордона взяла кишечные бактерии у людей-близнецов, один из которых был существенно крупнее другого. Удивительно, но, когда стерильным мышам передали бактерии от тучного близнеца, мыши стали толстыми. Кишечные бактерии худого близнеца не привели к существенному повышению массы стерильных мышей.
В той же работе Гордон с коллегами устроил и такой трюк: стерильных мышей с бактериями от худого близнеца поместили в одну клетку с мышами, имевшими бактерии от толстого. Чтобы понять, что произошло, надо знать об одной пищевой привычке мышей, которую большинство из нас сочтут несколько неприглядной: они едят помет друг друга. Однако в силу этого происходит перемещение экскрементов при нахождении мышей в одной клетке. И вот ошеломительный результат: мыши с бактериями от тучного близнеца смогли остаться тощими, если поедали помет мышей с бактериями от худого близнеца. Выглядит так, словно бактерии от худого близнеца обладают суперспособностью предотвращать набор веса.