Корма - не что иное, как научное чудо. Это помогает исследователям понять диеты динозавров, проследить распространение древних болезней и распознать паразитарную инфекцию. Свежие человеческие фекалии также обеспечивают прямое окно в наши кишки и миллиарды микроскопических веществ в них, которые помогают переваривать пищу, защищают нас от болезней и даже влияют на наше настроение.
Связанный контент
- Все какашки. Некоторые животные едят это. Зачем?
- Как чудесные микробы помогают нам развиваться лучше, быстрее, сильнее
Это была идея, которая вдохновила Роба Найта, одного из основоположников исследования кишечного микробиома, начать проект «Американский кишечник» в 2012 году. Найт использовал краудфандинговую платформу FundRazr, чтобы убедить более 9000 добровольцев сначала пожертвовать деньги, а затем отправлять образцы их какашки по почте. Команда исследователей исследовала эти образцы на наличие бактериальной ДНК, чтобы создать первую перепись из примерно 40 триллионов бактерий, которые называют наши кишки своим домом.
То, что он узнал, было показательным. Но независимо от того, насколько информативной, освещающей и прямо-таки прохладной какашкой была, все равно чего-то не хватало: откуда взялись все эти триллионы бактерий? Оказывается, по большей части мы добровольно вкладываем их в наши рты примерно три раза в день. «Вы получаете постоянный вклад микробов из окружающей среды - микробов, которые вы употребляете в пищу», - говорит Найт, руководитель Центра инноваций в области микробиом при Калифорнийском университете в Сан-Диего.
Одна из загадок, вызванных американским проектом кишечника, заключалась в том, почему два человека, которые утверждали, что придерживаются одной диеты, могут иметь такие разные сообщества кишечных микробов. В ходе исследования добровольцы самостоятельно сообщали о своих диетах, причем подавляющее большинство следовало за всеядной диетой, и менее 3 процентов опрошенных идентифицировали себя как «вегетарианец» или «веган». Однако, когда исследователи сократили цифры, они не обнаружили заметных корреляций между кишечными сообществами и сообществами с, по-видимому, похожими диетами.
«Категории диеты были совершенно бесполезны и не коррелировали с сообществами микробиомов», - говорит Найт.
Другими словами, бактерии в корме рассказывают иную диетическую историю, чем люди, производящие эту корму. «Вы можете быть веганом, который в основном ест капусту, или вы можете быть веганом, который ест фри», - объясняет Найт. «Это имеет совершенно разные последствия для вашего микробиома». Кажется, что любой может претендовать на твердую приверженность диете Палео, но данные свидетельствуют о том, что микробиом запоминает все эти полуночные нарушения мороженого.
Найт понял, что в результатах Американского проекта кишечника не хватает чего-то решающего: более глубокое погружение в пищу, которую мы едим. Заполнение этого пробела будет означать анализ всей поступающей пищи и выяснение того, как она соотносится с образцами того, что выходит. Но в то время как сбор корма был, в некотором смысле, простым - каждый человек «представляет образец» одинаково - подсчет всех продуктов, которые едят люди, был бы намного более амбициозным.
Каждый раз, когда вы глотаете, вы меняете свой внутренний ландшафт. Поскольку основная масса бактерий в микробиоме живет в кишечнике, когда мы кормим себя, мы тоже их кормим. Химия того, что мы едим, будь то картофель фри или капуста, меняет химический ландшафт кишечника, делая его более уютным для одних и менее гостеприимным для других.
Становится живее. Поскольку микробы повсюду - на столе, в воздухе, на поверхности кекса, который вы оставили на прилавке, - вы также добавляете в смесь новые микробы. Некоторые прогуливаются по вашему телу, как вежливые туристы. Другие держатся и общаются с местными жителями. Каждый укус может изменить микробиом, а затем и здоровье человека. Но исследователям еще предстоит выяснить, как это сделать.
Это связано с тем, что до сих пор у нас не было платформы для массового сбора и анализа образцов продуктов питания со всего мира. Благодаря проекту American Gut, Найт и его команда не начинают с нуля. Первоначально исследователи планируют собрать 1000 образцов из каждого кирпича знакомой пищевой пирамиды, а затем они откроют ее для публики, чтобы представить любые продукты, которые им интересны.
Наряду с Найтом проект микробиома пищевых продуктов возглавляют микробиологи Рэйчел Даттон, которые используют сыр в качестве модельной системы для понимания микробных сообществ и ферментации, и Питер Доррестейн, который изучает химию биологических взаимодействий между микробами, оба в Центре инноваций микробиомов., Они стремятся запустить эту краудсорсинговую инициативу до конца года.
«Мы знаем о количестве калорий и о различных пищевых группах, но весь мир молекул и микробов в нашей пище - это черный ящик», - говорит Джулия Гауглиц, научный сотрудник центра, который будет руководить проектом. Как гласит старая пословица: «Мы то, что мы едим», - говорит она. И все же, когда вы переходите на микроскопический уровень, «мы очень мало знаем о том, что мы потребляем».
Другой «черный ящик», который хотят исследовать, - это химический состав пищи. Оказывается, существует гораздо больше, чем указано на этикетке «Факты питания»: с помощью традиционных методов можно измерять только жиры, сахара и витамины, «но это только малая доля от общего веса пищи», - говорит Доррестейн. Мы могли бы упускать из виду новые антиоксиданты, борющиеся с раком соединения или даже убирающиеся антибиотики.
Используя масс-спектрометры - в основном причудливые весы, достаточно точные для взвешивания отдельных молекул, - Доррестейн может определить химический состав пищи на уровне, который ранее никогда не достигался. Пока едят образцы пищи, Гауглиц будет ждать в лаборатории. Она возьмет, скажем, батончик мюсли, извлечет весь генетический материал из колонизирующих его микробов, а затем использует секвенирование ДНК, чтобы выяснить личность твари.
Затем она пропустит кусочек мюсли через масс-спектрометр, чтобы отделить каждую молекулу, из которой он состоит. В конце концов, у нее останется очень, очень подробный рецепт батончика мюсли. Эти молекулы составляют ландшафт, где живут пищевые микробы, и, вероятно, влияют на то, кто там и что они делают.
Я спросил Гауглиц, как она будет различать химический состав микробов, живущих на решетке мюсли, и химикатов, производимых микробами. «Я бы немного изменила ваше мышление», - говорит Гауглиц, ее голос становится философским. «По сути, в батончике мюсли также присутствуют микробные метаболиты». Другими словами, батончик мюсли - это микробы.
Все, что мы едим, является совокупным продуктом химии и микроорганизмов в почве, где он был выращен, на фабрике, где он был обработан, и тому, к чему вы прикоснулись прямо перед тем, как съели его. Почему это важно? В конечном счете, команда надеется, что демистификация микробных паттернов в нашей пище поможет нам лучше спроектировать наши диеты для улучшения нашего здоровья и предотвращения болезней.
Рыцарь проводит историческую параллель с открытием необходимых питательных веществ. В прошлом веке исследователи выяснили, что промышленно обработанные пищевые продукты стали обедненными питательными веществами. Путем искусственного добавления витаминов и минералов в западном мире были в значительной степени устранены такие дефицитные заболевания, как рахит и бери-бери. Точно так же понимание влияния микробиома на здоровье может позволить нам возвращать эти недостающие микробы обратно в нашу еду.
«Вполне вероятно, что наш современный образ жизни избавляет от целого ряда живых микробов, которые нам необходимы для поддержания здоровья», - говорит Найт. «Понимание этого может быть так же важно, как и понимание того, что витамин С необходим, и убедиться в том, что всем его достаточно».
Команда уже выбрала 1000 продуктов для своего первоначального исследования, включая такие продукты, как хлеб и сыр. «Мы хотим включить сырые пищевые ингредиенты, любые фрукты или овощи, мясо, закуски, детское питание», - говорит Гауглиц. Но они также хотят сравнить микробные сообщества в продуктах, производимых органическим и традиционным сельским хозяйством, а также глубже изучить продукты, основанные на микробном брожении, такие как кофе, шоколад и колбаса.
Проект также может решить некоторые медицинские загадки, возникшие в результате предыдущих исследований микробиомов. Например, некоторые из тестов в Американском проекте кишечника просеивали через каждый фекальный образец на наличие следовых количеств антибиотиков. Как ни странно, из людей, у которых были обнаруживаемые антибиотики в их образцах, почти половина из них сообщили, что не принимали антибиотики в прошлом году.
Доррестейн считает, что это бывшие в употреблении антибиотики, которые мы усваиваем из пищи, которую мы едим, добавок или продуктов, оставшихся от корма для скота. Это вызывает беспокойство, поскольку их присутствие может привести к распространению устойчивых к антибиотикам бактерий. Разделяя химию каждого образца, команда сможет выяснить, прав ли он, и начать выяснять, что эти оставшиеся лекарства могут делать с нашими кишками.
Признательность за силу микробиома растет, отчасти благодаря таким инициативам, как American Gut Project и таким книгам, как Ed Yong « I Contain Multabilities» . Есть даже растущее поле, посвященное микробиому искусственной среды и тому, как наши микроскопические соседи по комнате, живущие в воздухе и на неодушевленных объектах, взаимодействуют с нами. Люди не уникальны в этом отношении; Исследования микробиомов у животных от коралловых рифов до медоносных пчел показывают, что здоровье любого организма тесно связано с микробами, которые называют его домом.
В результате микробы начинают переворачивать свою репутацию. Они больше не являются просто угрозой в культуре, не способной размножаться. В течение последнего десятилетия «диетологи признали важность для здоровья кишечника и здоровья человека здоровых микробов в нашем толстом и тонком кишечнике», - говорит Хелена Пачон, старший специалист по питанию в Университете Эмори, которая не участвует в проекте по микробиому пищи.
Пачон отмечает, что сегодня те исторические дефицитные заболевания, на которые ссылается Найт, превзошли такие болезни 21-го века, как ожирение, диабет и болезни сердца. «Есть термин« глобус », - говорит Пачон. «Потенциал, что микробы могут иметь какое-то отношение к этому, совершенно не исследован, и может быть, что они тесно связаны».
Рыцарь соглашается. «Было бы удивительно найти способ с помощью продуктов питания устранить их точно так же, как те хронические заболевания, которые были столетие назад», - говорит он. Для этого «нам нужна помощь тысяч людей, чтобы собрать все вместе».
