Нашето черво е дом на три килограма бактерии. Ние ги храним и те нас. Те ни помагат да разграждаме протеините, липидите и въглехидратите от храната си до хранителни вещества, които след това можем да усвоим. Без тях не бихме се възползвали от предимствата на многото храни, които консумираме.

Като пример, чревните микроби съдържат гени, които кодират ензими, които разграждат растителните полизахариди, които след това можем да усвоим. Без нашите чревни микроби не бихме могли да получим хранителни вещества от тези въглехидрати. Но откъде първоначално нашите микроби в червата са взели тези гени?

От микроб на водорасли до чревен микроб

През 2010 г. изследователи от Университета Пиер и Мария Кюри съобщават, че гените, използвани за разграждането на въглехидратите от водорасли, са били прехвърлени от морска бактерия в микроб в микробиома на японските черва.

Този пренос беше (относително) лесен за дешифриране, тъй като морските водорасли съдържат полизахариди, различни от тези в сухоземните растения. Тези полизахариди, като агар и карагенан, не се намират в сухоземните растения и изискват различни ензими, за да ги разграждат. Морският микроб Zobellia galactanivorans, който обитава червени водорасли (наричани още нори), съдържа тези ензими и други.

това
Червени водорасли. Източник: Питър Д. Тилман.

При изследване на ДНК последователностите от Zobellia galactanivorans, изследователите установяват, че микробът съдържа пет гена, които кодират ензими, подобни на тези, за които е известно, че смилат растителните полизахариди. Тези новоидентифицирани ензими съдържат сигнатурния модел, който показва разграждането на морските полизахариди, но изглежда липсват части, използвани за разпознаване на агар и карагенан. Вместо това ензимът разгражда порфиран, типичен за червените водорасли.

За да определи количествено разпространението на ензимите, разграждащи порфирана (наречени порфиранази), изследователят търси техните последователности спрямо база данни, съдържаща всички публично достъпни ДНК последователности. Всички попадения са открити в морски бактериални геноми, с изключение на един: човешката чревна бактерия Bacteroides plebeius, която е била изолирана само от микробиома на японски индивиди.

След това в свои собствени проучвания изследователите установяват, че от 13 японски доброволци има седем потенциални порфиранази в микробиомите на четирима души и шест предполагаеми аграрно-разграждащи ензима при четирима души. От тези 13 индивида майка и нейното бебе са имали чревни микробиоми, съдържащи порфираназа и агаразни гени, което предполага, че микробите, съдържащи тези гени, се предават поколения.

За разлика от тях, в чревните микробиоми от 18 проби от Северна Америка те не откриват порфиранази или агарозни разграждащи гени в чревните микробиоми.

Водорасли минало и настояще

Точното време на трансфера на тези гени е трудно да се определи. Изследователите смятат, че това се е случило сравнително наскоро в контекста на милионите години на еволюция на микробиома в червата на бозайници. Последователностите на тези гени са сравнително сходни между тези в чревния микроб и морския микроб. Ако прехвърлянето се е случило в началото на човешката микробиома в червата, тези последователности биха се разминали много по-далеч.

Сигурно се чудите дали този трансфер на гени може да се случи по-често сега, когато сушито и нори са станали популярни в западната диета. Малко вероятно е да се случат събития за трансфер на гени като този, тъй като няма селективен натиск тези гени да се мотаят наоколо. Средно един ден японска кухня означава консумация на 14 грама водорасли; всички чревни микроби, които са придобили порфиранази, по-вероятно ще процъфтяват с постоянния източник на порфиран. „Най-голямата разлика в Япония е количеството водорасли, които се ядат всеки ден. Това е далеч по-високо от простото ядене на суши веднъж седмично. Не мисля, че натискът е достатъчно голям, за да запази гените в червата ни “, каза Гурван Мишел, автор от вестник, пред Nature. Освен това в миналото червените водорасли не са печени както днес, което означава, че днес контактът с микроби, свързани с водорасли, е по-малко вероятно.

Yum суши ... и микроби?

Оформяне на микробиома на червата

Сега през 2018 г. група изследователи от Станфорд показаха, че когато мишките се хранят с порфиран заедно със щам Bacteroides, способен да използва порфиран, те могат да въведат щама в чревния микробиом на тези мишки. Това се случва само ако въведеният щам може да използва порфиран: въведените щамове, които не могат да използват порфиран, не колонизират червата.

И което е по-поразително, те успяха да контролират количеството на храносмилащите порфирана бактерии в червата, като променяха приема на порфиран. За всяко 10-кратно намаление на приложен порфиран те виждат 10-кратно намаляване на изобилието от щама Bacteriodes.

В далечното бъдеще може да е възможно „препрограмиране на микробиома“, така че нашият микробиом да може да бъде персонализиран да насърчава полезните микроби в червата, да предотврати заболяването или да модулира имунната система.

Този разказ за водорасли и микроби ни показва, че тази популярна поговорка е вярна: вие сте това, което ядете.