Создание единого снимка всех бактерий, которые живут в желудке и кишечнике мыши или человека, может зафиксировать здоровье пищеварительной системы организма и даже их риск развития иммунных заболеваний и рака. Однако исследователи Солка обнаружили, что для получения полной картины может потребоваться несколько снимков.
Согласно новому исследованию, у здоровой худой мыши микробиом кишечника – полный набор микробов в их пищеварительной системе – проходит сложный ежедневный цикл. Некоторые бактерии обнаруживаются на максимальном уровне в ночное время, например, в то время как другие достигают максимума в течение дня. Однако эти колебания исчезают у мышей с ожирением, что может быть фактором, способствующим нарушению обмена веществ.
"Ранее сообщалось, что есть полезные микробы и есть вредные микробы," говорит старший автор исследования Сатчидананда Панда, доцент лаборатории регуляторной биологии Солка. "Мы обнаружили, что это более сложно, чем это; разные микробы нужны в разное время дня."
В новой работе, опубликованной 2 декабря 2014 года в журнале Cell Metabolism, группа Панды сравнила микробиомы мышей, получавших обычную пищу, и мышей, получавших пищу с высоким содержанием жиров. Вместо того, чтобы проводить ежедневное измерение микробов кишечника животных, они измеряли популяцию микробов каждые четыре часа. У мышей, соблюдающих нормальную диету, которые едят ночью и спят днем, исследователи наблюдали резкие колебания в конкретных родах бактерий, присутствующих в любой момент времени. Но у мышей, которые сидели на диете с высоким содержанием жиров и обычно питались круглосуточно, набирали вес и заболевали диабетом, микробы оставались более постоянными.
Эта закономерность была очевидна среди множества видов бактерий, в том числе фирмикутов, типа бактерий, которые другие ученые связывают с ожирением и болезнями.
"Мы показали, что у здоровых мышей на самом деле может быть высокий уровень стойкости в ночное время, когда они едят, но он ослабевает в течение дня, когда они голодают," говорит Амир Зарринпар, гастроэнтеролог Калифорнийского университета в Сан-Диего, который сотрудничал с группой Панды. У мышей с ожирением уровень твердого конъюнктивита действительно был все время высоким. Наблюдение предполагает, что здоровье определяется не тем, имеет ли организм высокий уровень фирмикутов, а когда и как часто эти уровни достигают пика – и эта закономерность наблюдалась не только среди фирмикутов.
Когда исследователи ограничили доступ к пище тучным мышам, чтобы они могли есть только ночью, некоторые типы бактерий снова начали меняться ежедневно – хотя и не так много, как у мышей, соблюдающих нормальную диету с низким содержанием жира.
"Тот факт, что мы можем восстановить некоторые из этих закономерностей с помощью ограниченного по времени приема пищи, показывает, что время приема пищи, а не только то, что или сколько съедено, действительно имеет значение для микробиома," говорит Зарринпар. Исследователи показали, что колебания уровня бактерий, в свою очередь, могут вызывать колебания желчных кислот – молекул, которые играют ключевую роль в контроле уровня холестерина, абсорбции жиров и метаболизма во всем организме. Исследователи предположили, что сокращение суточных циклов микробов может способствовать метаболическим заболеваниям, изменяя суточные колебания этих молекул.
По словам Панды, это наблюдение имеет непосредственное значение для фундаментальных исследований. "Всякий раз, когда кто-либо проводит какое-либо исследование микробиома, ему теперь нужно обращать пристальное внимание на то, в какое время дня проводятся все его эксперименты," он говорит. Но это также влияет на клинические исследования пробиотиков, бактериальных смесей на людях, которые направлены на поддержание здорового баланса микробов в микробиоме кишечника.
"Точно так же, как то, какое время вы едите в течение дня, влияет на ваш микробиом, время приема пробиотика может изменить его эффективность," Панда объясняет. "Если вы принимаете пробиотик в то время, когда эти конкретные микробы не являются предпочтительными, это может негативно изменить эти циклы бактерий. Точно так же, если вы примете его в то время, когда эти микробы естественным образом растут, вы можете способствовать здоровому езде на велосипеде."
У группы Панды остается множество вопросов о том, как и почему бактерии колеблются в течение 24-часового цикла. Затем они хотели бы изучить, какие факторы меняются в кишечнике – от pH до иммунных молекул – в ответ на диету с высоким содержанием жиров, которая затем изменяет, какие бактерии присутствуют в разное время.