Изменение диеты может коренным образом поменять условия жизни кишечных микроорганизмов. В пищеварительном тракте их триллионы, и многие могут быстро размножаться. Это означает, по крайней мере в теории, что естественный отбор также может действовать быстро, давая возможность размножиться более приспособленным микроорганизмам, а менее пригодным — затаиться или вообще исчезнуть.

Но это не единственно возможный сценарий. Живущие в пищеварительной системе микроорганизмы тоже могут адаптироваться к новым условиям, меняя экспрессию генов, чтобы активизировать новые базовые функции и отключить те, которые больше не нужны. Чтобы выяснить, по какому сценарию будут развиваться события и как серьезное изменение диеты влияет на состав кишечных микроорганизмов, несколько групп ученых провели исследования того, насколько различия в пищевых привычках людей, живущих в промышленно развитых странах, находят отражение в изменениях их микробиоты и производимых ею метаболитов. Группа Питера Тернбо из Гарвардского университета изучала срочный эффект переключения здоровых людей с привычной для них диеты на диету на растительной основе (богатую зерновыми, бобовыми, фруктами и овощами) или, наоборот, на диету с обилием продуктов животного происхождения и высоким содержанием жиров (мясо, яйца, сыры).

Кратковременный переход отдельных людей с привычной диеты на растительную или животную приводил к изменению состава их кишечной микробиоты. Эти изменения были схожи с теми, о которых мы говорили, анализируя различия микробиомов травоядных и плотоядных животных и различия микробиомов жителей США и представителей племен с доисторической диетой. Интересно, что по сравнению с диетой на растительной основе животная диета с высоким содержанием жиров сильнее влияет на базовый состав микробиоты и приводит к преобладанию определенных видов микроорганизмов. Можно предположить, что такая диета представляет собой более серьезное отклонение от прежней диеты испытуемых, чем растительные диеты. У испытуемых, которые придерживались диет на животной основе, также наблюдалось увеличение численности микроорганизмов, устойчивых к желчным кислотам (необходимых для всасывания жира в тонкой кишке) и сниженным уровням бактерий, которые усваивают сложные молекулы сахара, содержащиеся в растениях. Когда испытуемых-вегетарианцев перевели на диеты на животной основе, в их ЖКТ сократилось количество микроорганизмов, распространенных в доисторических и аграрных обществах, что подтверждает важность популяций этих микроорганизмов для усвоения растительных углеводов.

Изменяется не только состав микроорганизмов, но и их метаболическая активность. Как и ожидалось, по сравнению с растительной и базовой диета на животной основе привела к значительно более высокой концентрации продуктов ферментации аминокислот и к более низким уровням метаболитов, получаемых при ферментации углеводов (в частности, коротких цепочек жирных кислот).

Как отмечали авторы этого исследования, способность кишечной микробиоты быстро изменять свой состав и функциональные профили может быть важна для выживания человечества, так как она позволяет приспособиться к изменениям климата и сезонным изменениям корзины доступных продуктов. Вероятно, она сыграла адаптивную роль в процессе эволюции человека от самых давних наших предков до современных Homo sapiens. Способность быстро адаптироваться к легкодоступной растительной пище в периоды ограниченного поступления мяса, вероятно, позволила получить альтернативный источник калорий и питательных веществ. Эти результаты объясняют и то, почему люди могут приспособиться к быстро меняющимся лечебным и «модным» диетам (безглютеновой, Аткинса, палеодиете, веганской) без серьезных побочных явлений и, видимо, без резких изменений в настроении, эмоциях и характере реагирования на стрессовые ситуации.

Поскольку кишечная микробиота быстро адаптируется к экстремальным краткосрочным изменениям диеты, можно было бы ожидать явных различий ее состава и производимых метаболитов у жителей современных городов, придерживающихся растительных диет (веганских и вегетарианских), и их всеядных соседей. Удивительно, но исследование Гэри Ву и его группы из Университета Пенсильвании это предположение не подтвердило. Ученые на протяжении не менее шести месяцев проводили детальный анализ кишечной микробиоты и метаболитов в группах «всеядных» и вегетарианцев. В отличие от результатов предыдущих исследований состояния здоровья людей, которые родились и всю жизнь жили в разных географических регионах мира, на этот раз ученые обнаружили очень незначительную разницу в кишечной микробиоте жителей западных стран, выбравших всеядную либо веганскую диету. Различия между кишечными микробными метаболитами у представителей двух групп, измеренными в пробах крови и мочи, наблюдались, однако эти различия в основном отражали более низкое потребление веганами белков и жиров и более высокое потребление ими углеводов. Как и ожидалось, эти различия в метаболических профилях можно было бы объяснить повышенным метаболизмом продуктов растительного происхождения — сложными молекулами сахара, производимыми кишечной микробиотой у членов веганской группы, и повышенным количеством аминокислот животного происхождения и липидов, потребляемых всеядными людьми.

Кратко подведем итоги. Диета изменила у испытуемых производство микробных метаболитов без существенного изменения состава микроорганизмов, производивших эти метаболиты. Исследователи предположили, что если в существенных различиях кишечной микробиоты, которые наблюдались у разных популяций в разных частях мира, виновна диета, то для возникновения таких связанных с питанием различий может потребоваться несколько поколений или воздействие на человека в очень ранний период жизни. В противном случае влияние диеты на кишечную микробиоту не будет длительным.

Теперь нам известно, что существует множество механизмов, с помощью которых на раннем этапе можно влиять на кишечную микробиоту. Это, в частности, диета матери во время беременности и кормления младенца, воздействие микроорганизмов окружающей среды, а также вызванные стрессом коммуникации между головным мозгом и пищеварительным трактом, которые влияют на микробиомы матери и младенца. Географически наблюдаемые различия в составе микробиоты также отчасти могут быть обусловлены особенностями окружающей среды, в которой живут испытуемые: в одних условиях находятся люди, живущие в гармонии с окружающей средой в изолированных частях мира, и совсем в других — жители американских метрополий — больших городов, далеких от прямого воздействия природных сред, где еду получают из супермаркетов или ресторанов.

Несмотря на хорошую в целом адаптивность, кишечная микробиота членов оседлых племен и племен охотников-собирателей обладает способностями, которые городскими жителями уже утрачены. Даже если мы решим перейти на диету, которой придерживаются охотники-собиратели, наш организм никогда не сможет так же хорошо расщеплять растительную пищу и производить столько же полезных метаболитов, как организм этих людей. Так называемая пермиссивная микробиота производит множество короткоцепочечных жирных кислот — богатых энергией полезных молекул, которые могут препятствовать возникновению рака толстой кишки и воспалительных заболеваний и, вполне вероятно, влияют на коммуникации головного мозга и пищеварительного тракта.