Как и почему наш организм умирает от кишечных бактерий
Есть ли у бактерий неограниченный запас питательных веществ в кишечнике? В прошлом ученые были склонны полагать, что кишечник - это своего рода рай для этих микроорганизмов; но, как выясняется, это предположение неверно, и это для нас хорошая новость.
Согласно недавним исследованиям, в наших телах может находиться больше бактерий, чем мы могли себе представить.
Фактически, по крайней мере, половина клеток в организме являются микробными, и значительное их количество населяет наш кишечник.
У нас есть симбиотические отношения с нашими бактериями. Эти микроорганизмы оказывают сильное влияние на общее состояние нашего здоровья - как физического, так и психического.
Однако бактерии также зависят от нашего тела, чтобы питаться, жить и расти, и оказывается, что наши тела довольно искусны в том, чтобы держать эти микроорганизмы под контролем.
Как это произошло? Контролируя, сколько питательных веществ могут получить микробы. Это то, что обнаружило новое исследование, проведенное учеными из Медицинской школы Университета Дьюка в Дареме, Северная Каролина.
«Кажется, что между бактериями и нами существует естественная иерархия. В некотором смысле неудивительно, что мы, ведущая, должны держать больше карточек », - говорит соавтор исследования Лоуренс А. Дэвид, доктор философии.
Это противоречит предыдущим представлениям о микробиоме кишечника человека, которые рассматривали его как среду, «в которую хлынет изобилие пищи и ресурсов, как шоколадная фабрика Вилли Вонки», как выразился Дэвид.
Дэвид и его коллеги сообщают о своих выводах в исследовательской статье, которая публикуется в журнале. Природная микробиология.
Кишечник берет верх над бактериями
Предпосылка для этого исследования возникла у Аспен Риз, которая сейчас работает в Гарвардском университете в Кембридже, Массачусетс, когда она была зачислена на докторскую степень. кандидат Университета Дьюка.
Благодаря своему опыту в области экологии, Рис думала о кишечных бактериях в контексте естественной конкуренции за ресурсы. По ее мнению, практически во всех экосистемах жители склонны конкурировать за ограниченные ресурсы.
Поэтому она задалась вопросом, может ли это быть таким же для микробных обитателей кишечника. По ее мнению, бактерии в водоемах ограничены из-за ограниченного доступа к таким питательным веществам, как азот или фосфор. Может ли азот также быть доступен в кишечнике в ограниченных количествах?
Чтобы найти ответ на этот вопрос, Риз и его коллеги изучили образцы стула, взятые у многих животных и людей. Они изучали фекалии зебр, жирафов, слонов, овец и лошадей, и это лишь некоторые из них. Образцы стула человека были получены от добровольцев из Северной Каролины.
Результаты анализа Риза и его коллег показали, что бактерии в кишечнике человека держатся на коротком поводке: они имеют доступ примерно к 1 атому азота на каждые 10 атомов углерода. Это намного меньше, чем у свободноживущих микробов: в среднем 1 атом азота на каждые 4 атома углерода.
Чтобы подтвердить, что ограниченный уровень азота в окружающей среде действительно контролирует «свободу» бактерий, исследователи провели эксперимент на мышах. Они кормили мышей пищей с высоким содержанием белка, так как в них много азота.
Чем больше белка давали мышам исследователи, тем больше увеличивалось количество кишечных бактерий. Более того, когда Риз вводила животным азот, она заметила, что часть азота достигла кишечных бактерий.
Это, поясняет она, предполагает, что млекопитающее-хозяин может выделять азот через клетки, выстилающие его кишечник, чтобы кормить бактерии.
«Наши результаты, - говорит Дэвид, - подтверждают идею о том, что мы разработали способ держать наши бактерии на привязи, заставляя их голодать по азоту».
Достижение хрупкого баланса
Дэвид объясняет, что это «также объясняет, почему западная диета может быть вредна для нас. Когда люди едят слишком много белка, это лишает хозяина возможности усваивать этот азот в тонком кишечнике, и его большее количество в конечном итоге попадает в толстый кишечник, что лишает нас возможности контролировать наши микробные сообщества ».
«Было бы проще, - говорит Риз, - представить, что кишечник менее« красный от зубов и когтей », чем другие части природы, потому что микробиота может быть очень полезной для людей», - комментируя предыдущую идею, предполагая, что Кишечник - это рай для бактерий.
«Но бактерии - это отдельные организмы, которые просто пытаются обойтись, а пищи для них не так много», - отмечает она.
Однако ученые также углубились в опасность попыток контролировать бактерии, борясь с ними с помощью антибиотиков. Для этого они снова провели эксперимент на мышах, результаты которого опубликовали в журнале. электронная жизнь Ранее в этом году.
В рамках этого исследования ученые вводили антибиотики 10 мышам в течение 5 дней и ежедневно собирали у животных образцы стула, которые они анализировали.
Этот эксперимент продемонстрировал, что в отсутствие бактерий, которые их «съели», такие вещества, как нитраты или сульфаты, чрезмерно накапливаются в кишечнике.
Когда они перестали кормить мышей антибиотиками, в их кишечнике восстановился микробный баланс; хотя, как объясняет Риз, «мы действительно не понимаем, какое« правильное »количество бактерий должно находиться в кишечнике».
«Конечно, ноль - это слишком мало, и быть полным только бактериями было бы слишком много», - продолжает она. Кроме того, хотя мыши могут довольно легко восстанавливаться даже после агрессивного воздействия антибактериальных препаратов, для людей это не то же самое, объясняет Дэвид.
Важность конкуренции
Отчасти это связано с тем, что грызуны повторно приобретают определенные бактерии, поедая фекалии друг друга. Дэвид отмечает: «Люди, вероятно, не захотят этого делать».
Исследователи предупреждают, что когда микробиом человека дестабилизирован, это может позволить патогенам легче закрепиться.
«Обычно патогенам трудно колонизировать кишечник. Есть триллионы других бактерий, которые им нужно уничтожить, чтобы выжить. Но если мы внезапно прекратим конкуренцию микробов за ресурсы, мы потеряем контроль, и плохие бактерии, вызывающие неприятные заболевания […], получат более чистый путь ».
Лоуренс А. Дэвид, доктор философии.
Авторы отмечают, что существует способ помочь поддерживать хрупкий бактериальный баланс. В настоящее время команда изучает, как диета - особенно наличие пребиотиков и пробиотиков - может способствовать здоровью кишечника.
«На протяжении истории эволюции у наших тел была возможность разобраться во всем этом и построить системы, контролирующие микробиоту», - говорит Риз.
«Но как исследователи, живущие в современную эпоху, я думаю, что мы все еще пытаемся понять, что такое правильная промежуточная ценность и как удержать нас там», - добавляет она.
