Но новое исследование показывает, что именно это происходит, когда микробы в пищеварительной системе не получают естественной клетчатки, которую они используют в качестве пищи.
Изголодавшиеся, они начинают жевать естественный слой слизи, выстилающий кишечник, разрушая его до такой степени, что опасные вторгшиеся бактерии могут заразить стенку толстой кишки.
В новой статье в Cell, международная группа исследователей демонстрирует влияние лишения клетчатки на кишечник специально выращенных мышей.
Мыши родились и выросли без собственных кишечных микробов, а затем получили трансплантат 14 бактерий, которые обычно растут в кишечнике человека. Ученые знают полную генетическую подпись каждого из них, что позволяет отслеживать их активность с течением времени.
Полученные результаты имеют значение для понимания не только роли клетчатки в нормальном рационе, но и возможности использования клетчатки для противодействия последствиям расстройств пищеварительного тракта.
«Урок, который мы извлекаем из изучения взаимодействия клетчатки, кишечных микробов и кишечной барьерной системы, заключается в том, что если вы не кормите их, они могут съесть вас», – говорит Эрик Мартенс, доктор философии.D., адъюнкт-профессор микробиологии Медицинской школы Мичиганского университета, который руководил исследованием вместе со своим бывшим докторантом Махешем Десаи, Ph.D., сейчас в Люксембургском институте здоровья.
Используя специальное гнотобиотическое или обеззараживающее средство для мышей UM и передовые генетические методы, которые позволили им определить, какие бактерии присутствовали и были активны в различных условиях, они изучили влияние диет с разным содержанием клетчатки – и тех, которые не содержат клетчатки. волокно. Они также заразили некоторых мышей бактериальным штаммом, который делает с мышами то же, что определенные штаммы кишечной палочки могут сделать с людьми – вызывают инфекции кишечника, которые приводят к раздражению, воспалению, диарее и многому другому.
Результат: слой слизи оставался толстым, и инфекция не распространялась полностью у мышей, которые получали диету, которая состояла примерно на 15 процентов из клетчатки из минимально обработанных зерен и растений.
Но когда исследователи заменили диету без клетчатки даже на несколько дней, некоторые микробы в их кишечнике начали жевать слизь.
Они также попробовали диету, богатую пребиотической клетчаткой – очищенные формы растворимой клетчатки, подобные тем, которые в настоящее время содержатся в некоторых обработанных пищевых продуктах и добавках. Эта диета привела к такой же эрозии слизистого слоя, как и при недостатке клетчатки.
Исследователи также увидели, что состав бактерий менялся в зависимости от того, чем кормили мышей, даже день ото дня.
Некоторые виды бактерий в трансплантированном микробиоме были более распространены – то есть они размножались больше – в условиях с низким содержанием клетчатки, другие – в условиях с высоким содержанием клетчатки.
И четыре штамма бактерий, которые больше всего процветали в условиях с низким содержанием клетчатки и без клетчатки, были единственными, которые вырабатывают ферменты, способные расщеплять длинные молекулы, называемые гликопротеинами, которые составляют слой слизи.
Помимо изучения бактерий на основе генетической информации, исследователи смогли увидеть, какие ферменты, переваривающие клетчатку, производят бактерии. Они обнаружили более 1600 различных ферментов, способных расщеплять углеводы – аналогично сложности в нормальном кишечнике человека.
Как и смесь бактерий, смесь ферментов менялась в зависимости от того, чем кормили мышей, причем даже периодическое лишение клетчатки приводило к большему производству ферментов, разлагающих слизь.
Изображения слоя слизи и «бокаловидных» клеток стенки толстой кишки, которые постоянно производят слизь, показали, что слой тем тоньше, чем меньше клетчатки получали мыши.
В то время как слизь постоянно вырабатывается и разлагается в нормальном кишечнике, изменение активности бактерий в условиях наименьшего количества клетчатки означало, что темп еды был быстрее, чем скорость производства – почти как чрезмерная уборка деревьев, опережающая посадку новые.
Когда исследователи заразили мышей Citrobacter rodentium – E. coli-подобные бактерии – они заметили, что эти опасные бактерии больше процветали в кишечнике мышей, получавших диету без клетчатки. Многие из этих мышей начали проявлять признаки болезни и похудели.
Когда ученые посмотрели на образцы своей кишечной ткани, они увидели не только гораздо более жидкую или даже пятнистую слизь позже – они также увидели воспаление на большой площади.
Мыши, которые до заражения получали богатую клетчаткой пищу, также имели некоторое воспаление, но на гораздо меньшей площади.
Мартенс отмечает, что в дополнение к установке гнотобиотов, исследование стало возможным благодаря возможности секвенирования ДНК и РНК микробов, созданной в рамках Инициативы по микробиому хозяина медицинской школы, а также вычислительным возможностям для обработки всех данных последовательностей.
«Наличие здесь всех ресурсов было ключом к выполнению этой работы, а тот факт, что все это было через дорогу от нашей лаборатории, позволил нам связать все это воедино», – говорит он.
Он также отмечает роль коллег из UM во главе с Габриэлем Нуньесом и Нобухико Камадой в обеспечении C. rodentium, а также французских сотрудников из Университета Экс-Марсель по изучению ферментов в кишечнике мыши.
В дальнейшем Мартенс и Десаи намерены изучить влияние различных смесей пребиотических волокон и диет с более непостоянным содержанием натуральных волокон в течение более длительного периода. Они также хотят искать биомаркеры, которые могут рассказать им о состоянии слизистого слоя в кишечнике человека, например, об изобилии штаммов бактерий, переваривающих слизь, и о влиянии низкого содержания клетчатки на хронические заболевания, такие как воспалительные заболевания кишечника.
«Хотя эта работа проводилась на мышах, основная идея этой работы для людей усиливает все, что врачи и диетологи говорили нам на протяжении десятилетий: ешьте много клетчатки из различных природных источников», – говорит Мартенс. «Ваша диета напрямую влияет на вашу микробиоту, а оттуда она может влиять на состояние слизистого слоя кишечника и склонность к заболеваниям. Но остается открытым вопрос, сможем ли мы вылечить недостаток клетчатки в культуре с помощью чего-то более очищенного и легкого для употребления, чем брокколи."