Это очень некомфортная мысль: когда доходит до жира, мы вовсе не одиноки.
Антони ван Левенгук был одним из первых людей, увидевших наши микроорганизмы. В 1683 году он соскреб налет со своих зубов и рассмотрел субстанцию под микроскопом, чтобы обнаружить сотни «микроскопических созданий», кишащих на предметном стекле. Для него выглядело странным, что когда мы пьем горячий кофе, они умирают.
В последние десятилетия наши знания о бактериях невероятно расширились, теперь мы знаем, что эти одноклеточные организмы есть везде. Со времени нашего рождения они начинают колонизировать нашу носовую полость, подмышки, кожу, легкие, рот, пищеварительный тракт — практически любую часть тела, как-то связанную с внешним миром. Они живут вместе с нами, находятся в наших телах на положении симбионтов, помогая себе и часто помогая нам.
Просто проходя через родовой канал, который полон микроорганизмами, новорожденный покрывается бактериями. Даже в случае кесарева сечения бактерии с материнской кожи попадают на младенца. Метод кормления в первые месяцы — грудь или бутылочка — также влияют на тип бактерий, с которыми мы знакомимся сначала. В любом случае бактерии ребенка обычно те же, что и у родителей, особенно живущие в кишечнике. Взаимодействие с окружающим миром в первые годы жизни увеличивает разнообразие и количество бактерий в нас, и к моменту взросления в кишечнике содержится около 100 триллионов микроорганизмов. В конечном итоге в человеческом теле в десять раз больше одноклеточных микроорганизмов, чем собственно клеток тела, и это значит мы на самом деле больше микробного, чем человеческого.
Самая большая популяция бактерий в наших телах располагается в нижней части пищеварительного тракта и обмене веществ, синтезе витаминов и переваривании пищи. Стоит ли в таком случае удивляться, что бактерии могут влиять на наш жир и вес? В зависимости от того, какие типы бактерий и в каком количестве у нас есть, мы можем усваивать больше или меньше калорий из одной и той же пищи, чем другие люди, и соответственно иметь больший или меньший вес.
Доктор Джеффри Гордон из Университета Вашингтона в Сент-Луисе, Миссури, является одним из самых известных исследователей кишечных бактерий. Высокий, с вьющимися волосами, в очках в тонкой оправе, он говорит быстро и эмоционально, когда описывает свои исследования. Гордон изучал роль бактерий в метаболизме, когда заметил странную закономерность. В сотрудничестве с Фредериком Бекхедом его ассистенты вырастили две группы мышей: одну в стерильных условиях, без каких-либо бактерий в их телах, и другую в обычных условиях на открытом воздухе, так что у них во внутренностях оказался стандартный набор микроорганизмов. Количество и качество пищи, которую получали животные из двух групп, были идентичными. Исследователи затем использовали рентгеновскую абсорбциометрию[60], чтобы точно оценить количество жира в телах мышей в возрасте от восьми до десяти недель. Результаты оказались ошеломляющими. Мыши, выращенные в обычных условиях, с полным набором бактерий в кишечнике, имели на 42 процента больше жира, чем мыши без бактерий, и это несмотря на то, что они съедали на треть меньше пищи, чем мыши из стерильной группы. Нечто, связанное с бактериями, увеличивало способность грызунов откладывать жир.
Гордон и его команда поначалу решили, что у стерильных мышей более высок уровень метаболизма. Но к своему удивлению они обнаружили, что у мышей без бактерий скорость метаболизма на 27 процентов ниже, чем у нормальных. Мыши, обладающие всеми бактериями в кишечнике, еле меньше, имели более высокие метаболические показатели, но при этом были жирнее собратьев, лишенных микроорганизмов.
Что же произойдет, задумался Гордон, если бактерий с обычных мышей переместить на стерильных животных? Они перенесли микроорганизмы из кишечника обычных мышей в кишечник мышей без бактерий. И за четырнадцать дней животные, ранее обходившиеся без бактерий, показали рост телесного жира на 57 процентов! Еще более странным выглядело то, что свежезараженные мыши ели на 27 процентов меньше, чем мыши без бактерий. Итак, снова стало очевидно, что мыши с кишечными бактериями ели на четверть меньше, но были более чем на 50 процентов жирнее, чем их стерильные родственники.
Эффект не ограничивался мышами. Несколькими годами позже другой исследователь из группы Гордона, Ванесса Ридаура, придумала тест, способны показать, могут ли бактерии вызывать набор веса у людей. Группе ученых удалось выявить четыре пары близнецов, в которых один страдал ожирением, а другой отличался худобой. Бактерии из кишечника близнецов были пересажены во внутренности тощих, лишенных бактерий мышей. Каждая мышь после этой операции была посажена в отдельную клетку, чтобы бактерии не могли передаваться от животного к животному. Грызунов во время опыта кормили одинаковой пищей в одинаковом количестве.
Удивительно, но каждая мышь приобрела характеристики ее бактериального донора. Мышь, получившая бактерии от страдавшего ожирением близнеца, набирала куда больше жира, чем другая, получившая бактерии от его стройного двойника. И количество фекалий, производимых мышами, получившими бактерии от стройных близнецов, было больше, чем у мышей, получивших бактерии от страдающих ожирением. Это показатель того, что худые животные отправляют в отходы больше пищи, несмотря на то, что обе группы мышей получали одинаковый ее объем.
Очевидно бактерии у худых потребляли меньше энергии из пищи, превращая большую ее часть в отходы, бактерии у толстых. Гордон говорит: «У нас есть доказательство причинно-следственной связи, полученное благодаря работе с животными, поскольку мы переносили колонию бактерий от людей с ожирением. И мы показали, что они могут передавать фенотип с увеличенным объемом жировой ткани точно так же, как и метаболические нарушения, особенно в случае ожирения».
Как бактерии извлекают энергию и приводят к тому, что жир начинает запасаться? Кишечные микробы вырабатывают энзимы, которых нет у людей. Таким образом люди могут переваривать части растений, с которыми не справляется их собственное пищеварение. Эти энзимы позволяют бактериям разлагать полисахариды (сложные сахара и крахмалы, которые наше тело не в силах переваривать) и превращать их в простые сахара, которые мы легко поглощаем. Этим бактерии дают нам возможность добывать больше калорий из пищи, чем мы могли бы добыть сами. Кроме того, они увеличивают количество капилляров в тонком кишечнике, что повышает усваиваемость пищи. Так что по сути бактерии меняют наше пищеварение двумя путями — сначала улучшают способность кишечника абсорбировать пищу, а затем увеличивают количество сахаров, извлеченных из этой пищи.
Но влияние бактерий распространяется за пределы пищеварения. Они также связаны с уменьшением количества белка, именуемого FIAF (индуцируемый голоданием адипозный фактор), который подавляет накопление жира. При падении уровня FIAF, вызванном бактериями, мы получаем возможность запасти жир. Все факторы в комбинации — лучшее переваривание пищи, более эффективное извлечение из нее калорий, более низкий уровень FIAF — объясняют, почему мыши с нормальной кишечной флорой имеют больше жира, чем животные, вообще лишенные бактерий.
Важно заметить, что не все бактерии одинаковы. Одни ассоциируются с ожирением, но другие нет. Это меняющаяся область исследований, и новые открытия проливают свет на сложности нашей микробиоты (термин, означающий всю совокупность наших микроорганизмов). Некоторые исследования показали, что у страдающих ожирением более высокий уровень бактерий Firmicutes и более низкий — Bacterodetes, а у стройных все обстоит наоборот. Определенные виды Firmicutes более эффективны в расщеплении крахмалов, тем самым получая больше энергии из пищи оставляя меньше отходов. С эволюционной точки зрения выгода в том, что меньше калорий теряется впустую. Однако в наше время потенциальный недостаток заключается в том же самом. Другие недавние работы ученых показали, что уровень разнообразия бактерий в кишечнике также связан с ожирением, поскольку люди с большим разнообразием микробов худее, чем те, у кого выбор бактерий уже. В любом случае множатся свидетельства того, что наша микробиота и наш жир зависят друг от друга.
Джеффри Гордон использует миску с зерновыми хлопьями, чтобы объяснить вариабельность наших пищеварительных процессов. Хлопья богаты полисахаридами. Количество калорий, которое мы получим из этой миски, зависит от нашего бактериального профиля. Некоторые бактерии более эффективны в превращении пищи в калории, чем другие. Так что даже если информация на упаковке показывает нам 110 калорий на порцию, на самом деле в зависимости от своей микробиоты вы получите большее или меньшее количество. Гордон говорит: «Вопрос в том, является ли одинаковой для всех питательная ценность миски одних и тех же хлопьев. Мы думаем, она варьируется, а насколько… чтобы оценить это, нам придется еще поработать».
Хорошая новость в том, что наш бактериальный статус вовсе не является неизменным. Исследования показывают, что когда страдающие ожирением люди теряют вес, ограничивая потребление углеводов или жира, то в их микробиоте наблюдается сдвиг в сторону уменьшения количества Firmicutes и увеличения Bacteroidetes. Также увеличивается бактериальное разнообразие. В результате снова жир производит жир — высокоэнергетическая диета связана с бактериями, которые обеспечивают более эффективное извлечение энергии из пищи. Но и наоборот, потеря жира порождает дальнейшую потерю жира — пища с низким содержанием энергии приводит к потере веса и дальнейшему его снижения из-за изменения в бактерий в популяции в сторону тех, что извлекают из пищи меньше энергии и значительный ее объем отправляют в отходы. Несомненно, то, что мы едим, заставляет наш вес увеличиваться или снижаться по спирали большим количеством способов, чем можно представить.
Исследования микробиоты — развивающаяся область науки, и поэтому большую часть исследований и интерпретаций необходимо рассматривать как предварительные. Однако если вы хотите узнать, что у вас внутри, то это возможно. Проект American Gut в США собирает базу данных о бактериях, живущих в разных людях. За плату они отправят вам инструменты и инструкцию, как снять мазки с бактериями с вашего тела, чтобы отправить для по