„Susipažinkime – tai jūs“: žarnyno bakterijų įtaka mūsų apetitui

Jūsų dėmesiui siūlome ištrauką iš amerikiečių farmakologo ir mikrobiologo Billo Sullivano knygos “Susipažinkite – tai jūs”. „National Geographic“ leidybos grupės parengtoje knygoje pateikiamas gyvenimą keičiantis požiūris į veiksnius, kurie nulemia tai, kuo esame.  Knygą iš anglų k. vertė Elena Macevičiūtė ir Eduardas Macevičius, išleido Lietuvos rašytojų sąjungos leidykla.

Žarnyno bakterijų įtaka mūsų apetitui

Daugėja mokslininkų, manančių, kad žarnyno mikrobiota gali daryti įtaką mūsų apetitui ir svarstyklių rodmenims. Tai ne šiaip „vidinis balsas“, tai patvirtino pelių be mikrobų tyrimai. Pelės gimsta ir auga sterilioje aplinkoje ir neturi jokių mikrobų nei ant savęs, nei viduje. Nėra kito tokio švaraus gyvūno žemėje, net June Cleaver [1] joms neprilygsta. Nors šios sterilios pelės, germofobo [2] nuomone, gyvena svajonėje, tačiau tokia švara turi neigiamų pasekmių. Sterilios pelės yra nušiurusios, jų imuninė sistema silpna, ir jos netinkamai reaguoja į stresą. Pelių be mikrobų akivaizdus išsigimimas atskleidė stebinantį dalyką: žarnyno bakterijos – tai ne valkatos perėjūnės, jos atlieka svarbų vaidmenį palaikant mūsų sveikatą ir gerovę. Gyvenimas be jų būtų visai kitoks negu dabartinis.

Mokslininkus domino, kas atsitiktų, jei sterilių pelių žarnyną kolonizuotų mikrobai. Norėdami tai patikrinti mokslininkai iškrėtė pelėms „nešvarų pokštą“. Jie paėmė medžiagų mėginį iš normalios pelės aklosios žarnos (esančios gaubtinės žarnos pradžioje) ir perkėlė jį ant pelės be mikrobų kailiuko. Ši pelė švarindamasi nejučiomis sulaižė glitėsius, pilnus aklosios žarnos bakterijų. Apsišvarinusi pelė iš sterilios virto į pilną mikrobų.

Liesutės sterilios pelytės, užsikrėtusios bakterijomis iš normalių pelių žarnyno, per porą savaičių gerokai priaugo svorio. Tai nuostabiai iliustravo, kaip bakterijų transplantas pavertė sulysusias peles tokiomis pat normaliomis kaip tos, kurios joms „dovanojo“ bakterijų. Svoris padidėjo ne dėl geresnio apetito, nes anksčiau buvusios sterilios pelės, gavusios bakterijų iš normalių pelių, ėdė mažiau. Ką gi šios bakterijos daro, kad padėjo sterilioms pelėms pasiekti normalų svorį? Jos perdavė naujus genus, galinčius gerai virškinti kompleksinius augalinius angliavandenius graužikų maiste. Dabar pelės galėjo gauti daugiau energijos iš mažesnio maisto kiekio, nes pagerėjo bakterijų teikiamos virškinimo paslaugos.

Tada mokslininkams į galvą šovė vėjavaikiška mintis: patikrinti, ar visos žarnyno bakterijos sukurtos vienodai. Kas atsitiks steriliai pelei, jeigu jai sumaitinsime nutukusio donoro, tokio kaip ob/ob pelė, bakterijų? Sterilios pelės, pamaitintos riebių ob/ob pelių bakterijomis, netrukus priaugo labai daug svorio ir greitai tapo panašios į nutukusius donorus. Sterilios pelės priaugo beveik 30 procentų daugiau riebalų, pamaitintos normalių pelių bakterijomis, bet gavusios bakterijų iš riebių pelių, prisigamino jų 50 procentų daugiau.

Įkvėpta šių naujoviškų tyrimų mokslininkų grupė tapo žarnyno Lewisu ir Clarku [3] ir pradėjo žymėti skirtingas bakterijų rūšis, gyvenančias įvairaus dydžio pelėse. Nacionalinis sveikatos institutas paskatino panašius sumanymus registruoti žmonių organizme apsigyvenusius mikrobus ir pavadino tyrimą Žmogaus mikrobiomo projektu. Duomenys dar renkami, bet kaip tyrinėtojai randa skirtingus gyvūnus miškuose ir dykumose, taip ir mokslininkai mato skirtingus bakterijų tipus riebiuose ir liesuose žarnynuose. Pavyzdžiui, nutukusios pelės turi daugiau bakterijų, vadinamų Firmicutes, ir mažiau Bacteroidetes. Ir Firmicutes, ir Bacteroidetes apima daug skirtingų dažniausiai žinduolių žarnynuose randamų bakterijų rūšių tipų. Firmicutes bakterijos sugeba išgauti iš maisto daugiau kalorijų, palyginti su Bacteroidetes, ir dėl to kūnas gali lengviau kaupti riebalų atsargas.

Dauguma tyrimų nustatė, kad žmonių nutukimo atvejais taip pat matome sumažėjusį Bacteroidetes ir Firmicutes bakterijų santykį. Nesubalansuota dieta siejama ir su nesubalansuota mikrobiota. 2009 metų novatoriškas mikrobiotos tyrėjas Jeffrey’s Gordonas iš Vašingtono universiteto palygino nutukusių ir lieknų dvynių žarnynų bakterijas ir surado 383 bakterijų genų skirtumus. Nutukusių tiriamųjų 75 procentai tų genų priklausė vadinamosioms aktinobakterijoms, ir 25 procentai buvo atnešti Firmicutes bakterijų. Jokių genų iš Bacteroidetes nutukusiems dalyviams nebuvo nustatyta. Priešingai, tarp lieknų tiriamųjų 42 procentai šių genų buvo iš Bacteroidetes. Daugelis tų bakterijų genų, kurių skirtumai nustatyti tarp lieknų ir nutukusių individų, dalyvauja medžiagų apykaitoje.

Papildomi įrodymai rodo glaudų ryšį tarp mūsų valgiaraščio, svorio ir mikrobiotos sudėties. Florencijos universiteto biologas Paolo Lionetti palygino žmonių, gyvenančių Europos mieste ir Afrikos kaime, mikrobiotas. Kaip galima įtarti, Italijoje, Florencijos mieste, gyvenantys vaikai bus sunkesni negu liesučiai vaikai iš Burkina Faso Bulpono kaimo Afrikoje. Lionetti atradimai įdomūs tuo, kad Florencijos vaikai, kurie dažniau valgo vakarietišką maistą, gausų angliavandenių, riebalų ir druskos, daugiausia turėjo Firmicutes bakterijų. Bulpono vaikai, kaip manoma, vis dar pietums gauna tą patį maistą, kurį valgė senovės žmonių protėviai: daugiausia vaisius ir daržoves, kartais baltymus iš mėsos, kiaušinių ar vabzdžių (šiuo atveju termitų). Bulpono vaikų mikrobiotoje buvo kur kas daugiau Bacteroidetes, tarp jų – labai daug dviejų jų rūšių, kurių visai neturi Italijos vaikai: Prevotella ir Xylanibacter. Abi jos meistriškai virškina augaliniame maiste esančias skaidulas.

Bakterijų, gyvenančių mūsų žarnyne, tipai kinta greitai, kaip atsakas į mūsų dietą. Matome, kad kai liekni žmonės pradeda valgyti kaloringesnį maistą, Firmicutes bakterijos sparčiai pasidaugina Bacteroidetes sąskaita, o dėl to iš jų maisto išgaunama dar daugiau kalorijų. Nesveiko maisto valgymas gali sukurti užburtą ratą, kuris greitai pertvarko žarnyno bakterijų pasiskirstymą naudai tų, kurios skatina riebalų susidarymą.

Kaip ir pelės, turinčios per daug Firmicutes, pilvelyje, atmosfera tirštėja. Buvo visai smagu stebėti, kaip storos pelės bakterijos padeda nusibaigusiai steriliai pelei pradėti smagų gyvenimą. Bet kas atsitiktų, jei pelė gautų bakterijų iš žmogaus? 2013 metais Gordono komanda surinko bakterijas iš žmonių dvynių, kurių vienas buvo gerokai sunkesnis už kitą. Stebėtina, kad kai jie transplantavo putliojo dvynio bakterijas sterilioms pelėms, šios užsiaugino lašinius. Lieknojo dvynio žarnyno bakterijos reikšmingai nepakeitė jas gavusių sterilių pelių svorio.

Tame pačiame tyrime Gordonas ir jo kolegos padarė nedidelį pakeitimą: sterilios pelės, gavusios liesojo dvynio bakterijų, buvo uždarytos į tą patį narvą su pelėmis, gavusiomis storojo dvynio bakterijų. Kad suprastume, kas įvyko, reikia žinoti, jog pelėms būdingas elgesys, kuris mums atrodo nemalonus: jos ėda viena kitos išmatas. Todėl jos pačios atlieka išmatų bakterijų transplantaciją, jei gyvena tame pačiame narve. Rezultatas visus nustebino: pelės, turėjusios storojo dvynio bakterijų, liko lieknos, jei suėsdavo pelių, turinčių plonojo dvynio bakterijų, išmatų. Atrodo, plonojo dvynio bakterijos turėjo didesnę galią, kuri sutrukdydavo svoriui augti.

Žarnyno bakterijos ir dieta daro įtaką vienos kitoms ir akivaizdžiai veikia medžiagų apykaitą.

Palaukite, dar nesiųskite kaulėtiems savo draugams žinutės su prašymu parūpinti šūduko. Reikia pasakyti, kad kai šis eksperimentas buvo pakartotas su pelėmis, kurias maitino riebiu maistu vietoj joms įprasto augalinio, plonojo dvynio bakterijos prarado savo galias ir nebegalėjo sustabdyti pelių, gavusių storojo dvynio bakterijų, svorio augimo. Kitaip tariant, nepakanka gauti plonų žmonių bakterijų. Reikalingi sveiko valgymo įpročiai. Šie rezultatai sako mums, kad žarnyno bakterijos ir dieta daro įtaką vienos kitoms ir akivaizdžiai veikia medžiagų apykaitą, bet reikia išsiaiškinti dar daug smulkmenų, kol galėsime valdyti sistemą visapusiškai.

Kaip galima pakeisti savo troškimus

Tai, kaip skirtingi bakterijų tipai įsitvirtina mūsų žarnynuose, turi ryšį su mūsų apetitu. Atrodo, kad bakterijos iš apačios siunčia smegenims cheminius signalus, kurie verčia mus norėti tam tikros rūšies maisto, reikalingo joms daugintis ir konkuruoti su kitomis bakterijomis, kurios persikėlė į jų gyvenamus plotus. Mūsų pilve vyksta savotiškas mikrobų gyvenimo ciklas: tai, ką valgome, veikia mūsų mikrobus, o tai, ką valgo jie, gali daryti įtaką mūsų maistui.

Mūsų mikrobiotos sudėtis priklauso ne tik nuo to, ką valgome šiandien, bet ir nuo to, ką valgė mūsų protėviai.

Kaip ir kiti gyvi padarai, bakterijos, besibūriuojančios mūsų žarnose, konkuruoja dėl erdvės ir maisto medžiagų. Mūsų laimei, milijonai evoliucijos metų sukūrė simbiotinius santykius tarp mūsų ir jų DNR, taip pasiekėme „ranka ranką plauna“ tipo sugyvenimą. Mes suteikiame joms gyvenamąjį plotą ir nemokamus pietus, o jos pagamina mums kai kurių vitaminų ir padeda sulaikyti grėsmingų patogeninių bakterijų bei grybelių antpuolius. Bet visos bakterijos nori optimizuoti augimą, todėl kai kurios galėjo sukurti būdų, kuriais apgauna mūsų smegenis, kad tos atsiųstų joms klestėti padedančio maisto.

Bakterijų tipai žarnyne atskleidžia, ką valgome. Palyginti su daugeliu žmonių Japonijoje, ūkininkai iš Jungtinių Valstijų vidurio vakarų nėra prisitaikę virškinti jūrų dumblius, pagrindinę sušių sudėtinę dalį. Žmonės, kilę iš Japonijos, turi unikalią Bacteroides rūšies bakteriją, kuri gali virškinti ir išgauti maisto medžiagas iš jūrų dumblių. Žinoma, ir kiti gali mėgti sušius, bet jie negali taip gerai suvirškinti jūrų dumblių, kaip juos per pietus neretai valgantys japonai. Tokie tyrimai leidžia manyti, kad mūsų mikrobiotos sudėtis priklauso ne tik nuo to, ką valgome šiandien, bet ir nuo to, ką valgė mūsų protėviai.

Kitų rūšių bakterijos klesti maitindamosi ne jūrų dumbliais, o cukrumi arba riebalais. Jos gali sužadinti mums norą valgyti nesveiką maistą. Galbūt galima nuimti kerus, jei jūs pasipriešinsite šioms narkomanėms žarnyne ir valgysite sveiką neapdorotą maistą. Jeigu šitai pavyks, tai greitai jūsų žarnynas bus pilnas bakterijų, žadinančių alkį spanguolių ir riešutų salotoms, o ne sūrainiui su keptomis bulvytėmis.

Ką valgome (arba ko nevalgome) daro įtaką bakterijų demografijai. Apdorotuose maisto produktuose negausu skaidulų, o tai itin neįprasta mūsų rūšies mitybos istorijoje. Skaidulos ilgą laiką buvo žmogaus valgiaraščio pagrindas, bet dauguma mūsų negauna beveik nieko iš tų 25–35 gramų, kuriuos reikėtų suvalgyti kasdien. Skaidulų trūkumas ne tik verčia jaustis, tarsi žarnyne būtų pilna plytų, bet jūs taip pat labiau rizikuojate susirgti storosios žarnos vėžiu. Dėl skaidulų trūkumo tam tikros bakterijos, teikiančios didelę naudą sveikatai, badauja.

Pelių, kurioms buvo duodama skaidulų papildų, tyrimai parodė Bifidobacteria, dar vienos žarnyno bakterijos, akivaizdų pagausėjimą. Bifidobacteria yra originalus probiotikas ir seniai spėjama, kad jos naudingos žarnyno sveikatai. Žodis „probiotikai“ reiškia „už gyvenimą“ ir nurodo mikrobus, kurie daro teigiamą poveikį sveikatai. Tokių mikrobų gausu fermentuotame maiste ir pieno produktuose, kurie tūkstančius metų rekomenduojami virškinamojo trakto sutrikimams gydyti. Ši mintis išpopuliarinta XIX a. pabaigoje, kai mokslininkas Ilja Mečnikovas pastebėjo, kad bulgarai, gyvenantys ilgai ir sveikai, dažnai vartoja raugintą pieną ir jogurtą.

Bakterijos rūšies, vadinamos Akkermansia muciniphila, taip pat padaugėja, jei valgome skaidulas. Akkermansia bakterijos kur kas labiau paplitusios tarp lieknų žmonių, bet jų beveik nerandame nutukusių žmonių, sergančių antro tipo diabetu ar žarnų uždegimu, organizme. Akkermansia skatina gleivių sluoksnio atsinaujinimą. Šis sluoksnis dengia žarnyno sieneles ir veikia kaip svarbi kliūtis skysčiams nutekėti. Jei žarnyno turinys prasisunkia, jis gali sukelti uždegimus organizme, tarp jų ir riebalinio audinio uždegimą, o tai vėl pasireiškia svorio augimu. Riebus maistas sunaikina Akkermansia, bet mūsų mikrobų maitinimas skaidulomis gali atsilyginti geresniu riebalų ir kūno masės santykiu, atslūgusiais uždegimais ir sumažėjusiu atsparumu insulino svyravimams.

Ir tai ne viskas, ką skaidulos gali padaryti! Vienas pelių tyrimas atskleidė, kad maistinė ląsteliena (skaidulos) gali sumažinti alergijų sukeltą plaučių uždegimą. Pasirodo, skaidulos ne tik pakeičia Firmicutes ir Bacteroidetes santykį mikrobiotoje, bet ir pačios yra perdirbamos į trumpos grandinės riebalų rūgštis (SCFA), kurios veikia kitas kūno dalis. Šiuo atveju trumpos grandinės riebalų rūgštys, pagamintos iš suvirškintos ląstelienos, pateko į plaučius ir pakeitė imuninę reakciją taip, kad sumažėjo alerginis uždegimas. Priešingai, pelėms, maitintoms mažai skaidulų turinčiu maistu, alerginė kvėpavimo takų liga paaštrėjo. Prisiminkite anksčiau minėtą Lionetti tyrimą, kuriame buvo lyginamos Italijos miesto ir Afrikos kaimo vaikų mikrobiotos. Jis taip pat nustatė, kad palyginti su Italijos vaikų, Afrikos vaikų bakterijos koreliavo su didesniais trumpos grandinės riebalų rūgščių kiekiais. Jis spėja, kad tai gali padėti paaiškinti, kodėl afrikiečiai mažiau serga uždegiminėmis ligomis.

Sužinoję, kad bakterijos suskaido ląstelieną ir kitas maisto medžiagas į cheminius junginius, kurie gali veikti daugelį kūno sistemų, mokslininkai pasiūlė dvi potencialias taktikas, kurias naudodami mikrobai galbūt valdo mūsų apetitą. Pirma, bakterijos gali gaminti cheminius junginius, patenkančius į mūsų smegenis ir skatinančius trokšti tokio maisto, kuris reikalingas bakterijoms augti. Antra, bakterijos gali gaminti cheminius junginius, nuo kurių jaučiamės labai prastai, kol suvalgome to, ko reikia bakterijoms. Taigi, mūsų bakterinės valdovės ne tik skatina apetitą, bet ir gali keisti mūsų nuotaiką. Daugiau apie tai skaitykite kituose skyriuose.

Taigi, kai kitą kartą sėsite prie stalo, atsiminkite, kad valgote ne vien už save, bet ir už trilijonus mažyčių gyvūnėlių, knibždančių jūsų žarnose. Galite pastebėti, kad valgote net nebūdamas alkanas, nes šios bakterijos visą laiką prašosi pamaitinamos. O šiuolaikiniame pasaulyje, kuriame maisto netrūksta, visai lengva patiekti bakterijoms tai, ko jos nori, nors jums pačiam to ne visada reikia.

Informacija apie knygą ir jos autorių

Knygoje „Susipažinkite – tai jūs“ – pažangiausių mokslinių duomenų ir šmaikštumo dermė. Iš šios kasdiene kalba parašytos knygos skaitytojai sužinos, kaip genetika, epigenetika, mikrobiologija ir psichologija sąveikauja tarpusavyje nulemdamos mūsų asmenybę bei mūsų veiksmus.

Mokslininkas ir mokslo populiarintojas Billas Sullivanas įgijo ląstelių ir molekulinės biologijos daktaro laipsnį Pensilvanijos universitete. Šiuo metu jis – Indianos universiteto Medicinos mokyklos farmakologijos ir mikrobiologijos profesorius, infekcinių ligų ir genetikos specialistas, paskelbęs arti šimto mokslo darbų, atradęs ir patentavęs antiparazitinį vaistą.

Ne vieną apdovanojimą pelnęs mokslininkas, dėstytojas ir mokslo populiarintojas kviečiamas kaip ekspertas dalyvauti CNN sveikatos laidose, jo straipsnius skelbia tokie leidiniai kaip „Scientific American“, „Cosmos“, „The Scientist“, tinklalaidėje „The Naked Scientists“ ir „PLOS SciComm“ tinklaraščiuose.

Studentai jį vadina „smagiu vyruku su marškinėliais” ir ne kartą yra išrinkę Billą Sullivaną geriausiu dėstytoju.