Постбиотики и умные туалеты: новая эра использования микробных химических веществ для стройности и здоровья

С открытия Александром Флемингом пенициллина мы знаем о силе химических веществ, производимых микробами. Но лишь недавно осознали их огромный потенциал.

Исследование микробиома стало одной из самых горячих тем в науке, поскольку множество состояний, включая болезни сердца, ожирение, изменения аппетита и настроения, связаны с микробами в нашем кишечнике.

Совокупность микробов в нашем теле называется микробиотой. Большинство из 100 триллионов микроорганизмов (бактерий, вирусов, грибов и паразитов) сосредоточено в толстой кишке. Хотя их количество сопоставимо с нашими собственными клетками, у них примерно в 200 раз больше генов.

Каждый набор этих микробных генов действует как химическая фабрика, производя тысячи веществ, которые поставляют витамины и многие необходимые метаболиты, контролирующие нашу иммунную систему, метаболизм и функции мозга. Поскольку мы можем модифицировать индивидуальный микробиом кишечника с помощью диеты (например, употребляя много клетчатки или рыбьего жира), это открывает множество возможностей использовать пищу как лекарство.

Постбиотики

Наше последнее исследование, опубликованное в Nature Genetics, проливает новый свет на взаимодействие между тем, что мы едим, тем, как это перерабатывается кишечными микробами, и тем, как мы накапливаем жир в организме, особенно в области талии.

Мы собрали образцы стула у 500 пар близнецов и измерили более 800 биохимических соединений, производимых микробами — фекальные метаболиты. Мы смогли идентифицировать ключевые биохимические вещества в кишечнике, которые предсказывают количество жира на животе у человека. Известно, что чем больше абдоминального жира, тем выше риск развития таких заболеваний, как диабет 2-го типа и болезни сердца.

Наши результаты показывают, что химическая активность кишечных бактерий лишь минимально контролируется нашими генами (менее 20%). Остальное зависит от факторов окружающей среды — в основном, диеты. Это обнадеживает, потому что, в отличие от наших генов и врожденного риска накопления жира на животе, который не меняется в течение жизни, микробиом кишечника можно изменить гораздо легче.

Хотя радикальные изменения возможны с помощью трансплантации фекальной микробиоты от здоровых доноров, результаты в лечении ожирения все еще непредсказуемы. Более традиционные методы — это диета (например, с высоким содержанием клетчатки или ферментированных продуктов), пребиотики (пища или химические вещества, которые "удобряют" кишечные микробы) и пробиотики (полезные живые микробы, такие как Lactobacillus). Теперь появилась новая концепция здоровья кишечника: постбиотики. Это продукты бактерий или метаболические побочные продукты кишечных микробов, обладающие биологической активностью в нашем организме.

Один организм — мусор, другой — сокровище

Чтобы воспользоваться преимуществами постбиотиков, нам нужно давать микробам точные продукты, необходимые для максимизации их производства, или мы можем синтезировать эти соединения и добавлять их в наш рацион или лекарства.

В рамках нашего последнего исследования мы создали базу данных "кишечного метаболома", связывающую различные постбиотические соединения с микробами. Это может помочь другим ученым создавать идеальные, индивидуальные условия в кишечнике.

Например, многие люди принимают добавки омега-3, но результаты испытаний разочаровывают. Мы недавно обнаружили, что омега-3 полезна, потому что заставляет кишечные бактерии производить другие вещества (фекальный метаболит под названием N-карбамоилглутамат, который обладает противовоспалительным действием). Но не каждый может производить это химическое вещество из-за своего уникального набора микробов, что объясняет, почему эти добавки работают не всегда.

Цель ученых в этой области сейчас — идентифицировать постбиотики, производимые кишечными бактериями, которые помогают нашему телу эффективно распределять жир, чтобы использовать их для снижения ожирения и диабета.

В недалеком будущем умные туалеты или умная туалетная бумага будут давать нам моментальный снимок метаболитов, производимых в нашем кишечнике, и подсказывать, какие продукты есть для восстановления баланса. Этот уникальный снимок может стать ключом к управлению нашей микробиотой с помощью персонализированного питания. В новую эру постбиотиков мы можем начать использовать огромную скрытую аптеку, которую наши триллионы микробов производят каждый день для нашего здоровья.