В 2008 году Роб Найт заболел во время отпуска в Перу. Разбив лагерь на Тропе инков, он обнаружил у себя обычные симптомы путешественника: посреди ночи он бросился в уборную. Он принимал антибиотики в течение пяти дней, и ему стало лучше, но затем случился рецидив. Второй пятидневный курс лекарств окончательно уничтожил инфекцию.
Вернувшись домой, Найт возобновил свое обычное питание и физические упражнения и внезапно начал сбрасывать килограммы, которые пытался сбросить годами. Он убежден, что антибиотики изменили состав микробов в его кишечнике таким образом, что в конечном итоге заставили его похудеть — по крайней мере, на 70 фунтов.
«Физические упражнения и диета, которые раньше не помогали, начали работать», — говорит Найт, профессор химии и биохимии Университета Колорадо в Боулдере, который изучает микроорганизмы, обитающие в наших телах, известные как микробиом человека. «Я думаю, что изменение конфигурации микробного сообщества моего кишечника сделало это возможным».
Его опыт подтверждает растущее количество доказательств того, что естественные бактерии и другие микробы в организме и, возможно, даже вирусы, могут влиять на вес способами, которые ученые только начинают понимать. В настоящее время проводятся многочисленные исследования, изучающие роль кишечных организмов в развитии ожирения с акцентом на то, как они извлекают энергию из пищи и как это влияет на увеличение или потерю веса.
В конечном счете, говорят ученые, выводы, полученные в результате исследования, могут выявить людей, предрасположенных к ожирению, и, возможно, помочь врачам разработать для них целевые методы похудения. Специфический состав микробов в кишечнике также может помочь определить наилучших кандидатов для операции по снижению веса, которая подходит не всем.
«Все вместе мы могли бы в какой-то момент добиться снижения веса у людей, воздействуя на микробиом», — говорит Найт.
За последние 20 лет число людей с ожирением в Соединенных Штатах резко возросло. По данным Центров США по контролю и профилактике заболеваний, более трети взрослых американцев и около 17 процентов детей и подростков — в три раза больше, чем поколение назад — страдают ожирением. По оценкам главного хирурга США, до 300 000 смертей американцев каждый год могут быть связаны с ожирением.
Несмотря на популярность модных диет, большинство экспертов считают, что быстрого решения проблемы похудения не существует. Они рассматривают регулирование массы тела как сложный процесс, который, вероятно, связан с диетой и физическими упражнениями, генетикой и, возможно, различными микробами желудочно-кишечного тракта.
Исследования на мышах показали, что кишечные микробы могут способствовать увеличению веса. Например, в новом эксперименте, опубликованном этой осенью, были взяты кишечные бактерии у человеческих близнецов — один из которых был худощавым, а другой страдал ожирением, — и перенесены тощим мышам. Животные, получившие бактерии от толстых близнецов, растолстели; те, кто получил бактерии от худых близнецов, остались худыми.
Исследователи подозревают, что бактерии могут вести себя аналогично и среди людей, поскольку микробы помогают извлекать калории из пищи и накапливать эту потенциальную энергию в жировой ткани.
Ссылка ожирение-бактерии
Исследователи предполагают, что люди с большей вероятностью наберут вес, когда кишечные бактерии будут более эффективно расщеплять пищу, позволяя организму усваивать больше калорий. Они предполагают, что менее эффективные бактерии позволяют пище быстрее проходить через кишечник.
«Если вы хотите оставаться стройным, вам понадобятся бактерии, которые не очень эффективны», — говорит Клэр Фрейзер, профессор медицины, микробиологии и иммунологии Медицинской школы Мэрилендского университета. «Если каждый из нас съест по тарелке хлопьев, и ваши бактерии лучше моих расщепляют их, вы получите 95 калорий, в то время как я — только 70, а остальное пройдет. Это вы будете набирать вес.»
Пища, которую вы едите, вносит свой вклад в состав бактериальных сообществ в кишечнике. Например, Фрейзер говорит, что «диеты с высоким содержанием жиров и низким содержанием клетчатки были связаны с другими бактериями в кишечнике, чем диеты с низким содержанием жиров и высоким содержанием клетчатки», что может играть определенную роль в развитии ожирения у людей. «Возможно, это порочный круг, но мы можем прервать его, изменив наши диетические привычки».
Недавние исследования Стэнли Хейзена из Кливлендской клиники, например, показали, что бактерии желудочно-кишечного тракта «отрыгивают» химическое вещество под названием TMAO (для N-оксида триметиламина) после употребления людьми красного мяса или яиц. ПМАО увеличивает риск сердечного приступа и инсульта, что может помочь объяснить, почему употребление этих продуктов увеличивает риск сердечных заболеваний больше, чем соблюдение веганской или вегетарианской диеты.
В другом исследовании Фрейзер, Найт и их коллеги изучали представителей амишей Старого порядка в Ланкастере, штат Пенсильвания, чтобы выяснить, какие кишечные микробы могут свидетельствовать об ожирении в этом сообществе. Амиши были идеальными объектами исследования, поскольку представляют собой генетически однородное общество с общим образом жизни, включая диету, в которой «много мяса, картофеля и подливок, очень много жиров и углеводов», — говорит Фрейзер.
Исследователи проанализировали данные 310 человек и выявили 26 видов кишечных бактерий, которые были обнаружены в разных концентрациях у людей с ожирением, у которых был — или не был — метаболический синдром. Метаболический синдром — это группа состояний, которые включают гипертонию, высокий уровень сахара в крови, ненормальный уровень холестерина, избыток жира в области талии и повышенные сывороточные маркеры, связанные с воспалением. Было обнаружено, что этот синдром увеличивает риск сердечных заболеваний, инсульта и диабета.
Одним из отличительных признаков метаболического синдрома является хроническое низкосортное воспаление в организме, и «было показано, что некоторые виды бактерий, уровень которых у пациентов с метаболическим синдромом был значительно снижен, обладают противовоспалительными свойствами», — говорит Фрейзер.
Найт, однако, указывает, что разница в сообществах микроорганизмов может быть результатом воспаления, а не его причиной, и этот вопрос необходимо будет изучить в дополнительных исследованиях.
Микробы и хирургия для похудения
Ученые также пытаются понять влияние кишечных микробов на исход операции по снижению веса с целью выявления наилучших кандидатов для этой процедуры. По данным Американского общества метаболической и бариатрической хирургии, в 2010 году в Соединенных Штатах около 150 000 человек перенесли операцию по снижению веса.
Брюс Риттманн, директор Центра экологической биотехнологии Swette в Институте биодизайна при Университете штата Аризона, был частью группы исследователей, которые специально изучали микробы у пациентов, перенесших операцию по шунтированию желудка, для исследования 2009 года.
Он и руководитель группы Роза Краймальник-Браун, доцент Центра Swette Center, проанализировали образцы кала девяти человек в трех группах: трех человек с нормальным весом, трех с патологическим ожирением и трех, перенесших желудочное шунтирование.
«Результаты были очень поразительными», — говорит Риттманн. «Хотя у нас было небольшое количество испытуемых, группы полностью отличались друг от друга».
Состав микробов у трех пациентов с желудочным шунтированием существенно отличался по потенциально важным параметрам от лиц с ожирением и нормальным весом, что позволяет предположить, что экстремальные анатомические изменения, возникшие в результате операции, по-видимому, оказали глубокое воздействие на микроорганизмы, обитающие в кишечнике.
Было выявлено два типа организмов, специфичных для группы людей, страдающих ожирением. В микробных популяциях, выделенных у людей с ожирением, было высокое содержание бактерий, продуцирующих водород, известных как Prevotellaceae, и потребляющих водород метаногенов, которые являются не бактериями, а другим одноклеточным организмом, археей.
Полученные результаты свидетельствуют о совместном существовании у людей с ожирением производителей и потребителей водорода — взаимоусиливающих отношениях, известных как синтрофия, которые способствуют ожирению.
Исследователи предполагают, что метаногены, удаляя водород, ускоряют расщепление пищи, повышая выработку жирных кислот и приводя к образованию жира, который со временем приводит к ожирению.
Риттманн и его коллеги проводят еще одно исследование, на этот раз исследуя людей до и после операции по снижению веса и сравнивая типы процедур по снижению веса, пытаясь определить, какие микробные изменения происходят и что они могут означать.
«Управление микробным сообществом в нашем кишечнике — один из инструментов, помогающих нам справиться с ожирением и другими заболеваниями», — говорит он. «Вполне возможно, что когда-нибудь мы сможем избавиться от неправильных микроорганизмов и ввести правильные. Это, в конечном счете, то, что мы хотели бы сделать «.
Найт, однако, предупреждает, что людям не следует предполагать, что курс антибиотиков может сделать их худыми, как, по его мнению, это произошло в его случае. На самом деле, говорит он, вполне возможно, что могло произойти обратное.
«Трудно обобщить опыт одного человека для населения в целом, особенно потому, что разные люди очень сильно различаются в своей реакции на лекарства, диету и физические упражнения», — говорит он. «Мы далеки от того, чтобы превратить это в крупномасштабное исследование. Все, что у нас есть на данный момент, — это интригующий анекдот, основанный на выборке размером в один образец «.