«Кишечные бактерии начинают использовать большую часть нашей пищи раньше, чем мы», - говорит Федерико Рей, профессор бактериологии из Университета Висконсин-Мэдисон. Затем мы получаем их остатки - или их отходы.
Проблема, по словам Рей, заключается в том, что если наш микробиом переусердствует, у нас может не быть доступа к необходимым нам питательным веществам. Это предположение из нового исследования, проведенного группой Рей, которое показывает, что мыши с высоким уровнем микробов, которые едят холин, лишены этого важного питательного вещества. По сравнению с мышами без бактерий, жадных до холина, мыши, голодающие по холину, имели повышенную восприимчивость к метаболическим заболеваниям и рождали детенышей с биохимическими изменениями в мозге, которые демонстрировали более тревожное поведение.
Исследование опубликовано на этой неделе (24 августа) в журнале Cell Host & Microbe. Профессор бактериологии UW-Madison Даниэль Амадор-Ногес и исследователи из Гарвардского университета также внесли свой вклад в работу.
Эпигенетическая регуляция - украшение генов химическими группами, которые контролируют степень их экспрессии - по-видимому, лежит в основе действия кишечных бактерий, которые потребляют слишком много холина. Холин вносит свой вклад в пул ресурсов, которые клетки используют для внесения этих модификаций в ДНК, и с меньшим количеством доступного холина способность клетки модифицировать и регулировать гены может быть нарушена. В тканях от печени до мозга были изменены эпигенетические паттерны у мышей с высоким уровнем микробов, поедающих холин.
«Эпигенетические модификации изменяют то, как экспрессируются гены», - объясняет Ким Романо, аспирант группы Рея и один из ведущих авторов нового исследования. «Эти модификации также делают нашу печень печенью, а наше сердце - сердцем».
По оценкам, только около 10 процентов населения США, включая беременных женщин, получают рекомендуемое потребление холина с пищей. Питательная потребность в этом питательном веществе увеличивается во время беременности, чтобы поддерживать эпигенетическую регуляцию и клеточное здоровье развивающегося плода, и исследования связывают дефицит холина во время беременности у людей с измененным поведением у детей. Холин содержится в больших количествах в соевых бобах, яйцах, мясе, рыбе, цветной капусте, молоке и других продуктах.
Чтобы проверить, могут ли микробиомы конкурировать со своими хозяевами за это важное питательное вещество, группа Рей использовала стерильных мышей, которых заселили определенными популяциями микробов. Некоторые мыши питались холином; у других были сообщества, где потребление холина было нарушено мутацией одного гена.
Когда Романо давал мышам диету с высоким содержанием жиров, которая вызывает ряд метаболических заболеваний у мышей, животные с микробами, питающимися холином, добавили больше абдоминального жира и имели более жирную печень, чем их коллеги с микробами, которые не могли не ем холин.
Поскольку беременность создает высокий спрос на холин, команда Рей также проверила влияние микробов, поедающих холин, на поколения. Романо обнаружил, что у потомства мышей с бактериями, питающимися холином, были изменены эпигенетические паттерны в их мозгу, что свидетельствует о проблемах с нормальным развитием. У мышей, которые были генетически предрасположены к поведенческим проблемам, те, у которых были микробы, питающиеся холином, демонстрировали более тревожное поведение, например, закапывали шарики в своих клетках. Матери демонстрировали повышенный уровень детоубийства и навязчивого ухода за собой, что также свидетельствует о повышенной тревожности.
«Уже есть исследования на людях, которые показывают, что дефицит холина является проблемой, имеющей значение для здоровья человека, и то, что действительно показывает это исследование, является одним из возможных механизмов, с помощью которого это может усугубляться», - говорит Рей.
Хотя команда Рей подозревает, что эпигенетическая регуляция частично объясняет негативные последствия микробиомов, питающихся холином, побочный продукт бактериального метаболизма холина, известный как ТМАО, также связан с негативными последствиями. В своих экспериментах лаборатория Рея наблюдала гораздо более высокие уровни ТМАО у мышей, которые содержали бактерии, питающиеся холином. Токсичный ТМАО может работать вместе с нарушенными эпигенетическими паттернами, создавая длинный список нарушений метаболизма и развития, наблюдаемых у этих животных.
Токсические эффекты накопления ТМАО также усложняют потенциальные диетические средства - большее количество холина в рационе может привести к увеличению ТМАО, а не к устранению нехватки питательных веществ.
Хотя эта работа предполагает, что сложная связь между питанием, кишечными микробами и метаболизмом хозяина имеет жизненно важное значение для здоровья, остается много вопросов о том, как улучшить результаты, как у мышей, так и у людей.
"Как и любой хороший научный проект, мы царапаем поверхность ответа, но открываем еще миллион дверей", - говорит Романо.