Механизмы влияния микробиоты на поведение хозяина.

Вот  перевод статьи 

Is eating behavior manipulated by the gastrointestinal microbiota? Evolutionary pressures and potential mechanisms

О возможностях влияния бактерий кишечника на поведение человека. Главное, что следует помнить, читая статью, что она содержит большое количество наблюдений и результатов экспериментов, но мало выводов. Авторы признают, что нельзя делать сейчас никаких твердых выводов на основании имеющегося материала, так как тема очень большая, пока мало исследованная. Сделаны предположения, выдвинуты гипотезы, но пока можно сделать  мало бесспорных выводов, кроме того, что микробиота играет большую роль в работе организма. Мне кажется полезным посмотреть на данные, на основании которых делаются текущие рекомендации по улучшению здоровья.

Рекомендующие пробиотики люди уверены, что точно знают, каким образом их товар будет вам полезен, как продавцы пилюль счастья точно знают, что вы будете счастливы после покупки. Ученые, которые изучают вопрос, пока находятся в стадии предположений и гипотез , основанных на своем знании и наблюдениях. Но предположения могут не быть на 100 процентов верными. Например, результаты исследований, на которые ссылаются авторы статьи, свидетельствуют, что использование молочнокислых продуктов в питании вызывает нормализацию веса.

В нашей группе Кетогенная Диета не все с этим могут согласиться, многие спортсмены знают по опыту, что молочные протеины препятсвуют потере веса. Многие, кто начал использовать ВЖНУД или кето диету, не могут начать худеть, пока не минимизируют молочные продукты в диете (масло — обышно исключение). Можно заметить, что не всегда результаты исследований коррелируются с опытом реальных людей. Также я нашла в статье свединия, которые говорят, что я ошибалась в своем мнении, что бактерии в кишечнике не могут переваривать целлюлозу, оказывается, это не так. Есть люди в Африке, которые выросли на сорго, их может извлекать энергию и из целлюлозы. Возможно, лично к вам это не имеет отношения, но такие бактерии есть!

Есть ли поведение, управляемое желудочно-кишечной микрофлорой? Эволюционные давления и потенциальные механизмы

Микробы в желудочно-кишечном тракте находятся под селективным давлением, чтобы манипулировать пищевым поведением хозяина, чтобы получить от поведения хозяина больше пользы, иногда за счет интересов хозяина. Микробы могут сделать это с помощью двух потенциальных стратегий: (i) создания почти наркотическое стремление поедания (тяги) к продуктам, на которых они специализируются, или продуктам, которые подавляют своих конкурентов, или (ii) вызывать дисфорию до тех пор, пока мы не съедим продукты, желаемые микробами.

Мы рассматриваем несколько потенциальных механизмов для микробного контроля над пищевым поведением, включая влияние микробов на пути вознаграждения и насыщения, производство токсинов, которые изменяют настроение, изменения рецепторов, включая вкусовые рецепторы, и захват блуждающего нерва, который является нервной осью между кишечником и мозгом . Мы также рассматриваем доказательства альтернативных объяснений тяги к пище и нездорового пищевого поведения. Поскольку на микробиоту легко воздествовать пребиотиками, пробиотиками, антибиотиками, фекальными трансплантатами и диетическими изменениями, изменения нашей микробиоты предлагает приемлемый подход к другим труднорешаемым проблемам ожирения и тяги к нездоровой пище.

Введение.

Эволюционный конфликт между хозяином и микробами приводит к манипулированию хозяином.

Борьба против тяги к продуктам с высоким содержанием сахара и жира является частью повседневной жизни многих людей. Нездоровое питание является одним из основных факторов, влияющих на здоровье, включая ожирение 1, а также апноэ во сне, диабет, сердечные заболевания и рак. Несмотря на негативное воздействие на здоровье и выживание, нездоровые режимы питания часто трудно изменить. Сопротивление изменениям часто формулируется как вопрос «самоконтроля», и было высказано предположение, что существует множество когнитивных модулей, каждый из которых претендует на контроль над нашим пищевым поведением.

Здесь мы предлагаем другую возможность: эволюционный конфликт между хозяином и микробами в кишечнике приводит к тому, что микробы расходятся в интересах с хозяином. Микробы кишечника могут манипулировать пищевыми поведениями хозяев способами, которые повышают их выживаемость за счет пользы хозяина. Другие предположили, что микробы могут влиять на наше пищевое поведение 6-8, хотя и не в контексте конкурирующих интересов по выживанию и эволюционного конфликта.

Конфликт по поводу получения ресурсов и за распределение ресурсов может возникнуть в результате конфликта между различными генетическими интересами внутри организма. Например, генетический конфликт между генами матери и отца предположительно играет роль в необычном пищевом поведении, характеризующем генетические заболевания детства, синдром Беквита-Видеманна и синдром Прадера-Вилли. Эти синдромы характеризуются измененным аппетитом и различиями в сосании младенцев, которое может быть результатом сверхэкспрессии генов родительского или материнского происхождения, соответственно 9,10.

В генетическом конфликте родительского происхождения предполагается, что отцовские гены вызывают повышенные потребности в извлечении ресурсов у матери, а материнские импринтируемые гены имеют тенденцию противостоять этим воздействиям. Метагенный конфликт между хозяином и микробиомом можно рассматривать как расширение этой генетической конфликтной структуры, но включающей другие геномы (т.е. микробы в кишечнике) и гены, которые влияют на физиологию и поведение организма-хозяина, что потенциально может изменить поведение хозяина в питании.

Пути, которые приносят пользу микробной популяции.

Микробные гены превосходят человеческие гены 100/1 в микробиоме кишечника, что заставляет некоторых предположить, что это «микробный орган», который выполняет важные функции для хозяина, такие как сбор питательных веществ и иммунное развитие (11). Однако, как и в случае любых сложных и интимных взаимодействий, существует смесь общих и расходящихся интересов при учете возможностей взаимной выгоды (11) и манипуляций (12). Фитнес-интересы кишечных микробов также часто не сбалансированы, потому что члены микробиоты конкурируют друг с другом за среду обитания и питательные вещества. Это означает, что очень разнообразные популяции кишечных микробов могут с большей вероятностью расходовать энергию и ресурсы при конкуренции с менее разнообразным микробным населением.

Менее разнообразное микробное население, вероятно, будет иметь в своем составе разновидности, которые имеют большие размеры популяции и больше ресурсов, доступных для манипуляции хозяином. Более того, чем больше конкретная микробная популяция, тем больше у нее энергии для манипулирования хозяином посредством факторов более высоких уровней или других стратегий (см. ниже) и крупномасштабной координации этих видов деятельности (например, посредством кворумного зондирования). Поэтому мы выдвигаем гипотезу о том, что меньшее разнообразие в микробиоме кишечника должно быть связано с более нездоровым поведением в пище и большим ожирением (то есть с уменьшением физической активности хозяина). (Обращаю внимание читающих на то, что это только гипотеза, которая никак не доказана Г.Л.)

Было показано, что отдельные члены микробиоты и консорциумы этих микробов сильно зависят от состава рациона. Превотелла лучше всего питается углеводами; Диетическое волокно обеспечивает конкурентное преимущество бифидобактериям 13, а у бактериоидов предпочтение субстрата состоящего из определенных жиров 14. Некоторые специализированные микробы, например, разлагающие муцин бактерии, такие как Akkermansia mucinophila, процветают на секретируемых углеводах, обеспечиваемых клетками-хозяевами.

Другие, производющие бутират микроорганизмы, например. Roseburia spp., лучше себя чувствуют, когда они получают в рационе субстраты роста , такие, как полисахариды. Специализированные микробы, переваривающие водоросли, были изолированы у людей в Японии 15. У африканских детей, выросших на сорго, есть уникальные микробы, которые переваривают целлюлозу 16. Существует много других примеров 17. Даже для микробов с общей стратегией, как правило, лучше подходят одни комбинации некоторых питательных веществ, чем другие , И конкуренция определит, какие микробы выживают 18,19.

Микробы могут манипулировать поведением хозяина

Существует косвенное доказательство связи между тягой к пище и составом кишечной микробиоты. У индивидуумов, которые «желают шоколада», находятся другие микробные метаболиты в моче, чем у индивидуумов, индифферентных к шоколаду, несмотря на то, что они едят одинаковые диеты 20. Имеются также данные о влиянии микробов на настроение. Двойное слепое рандомизированное плацебо-контролируемое исследование показало, что настроение было значительно улучшено путем употребления пробиотика Lactobacillus casei у участников, чье настроение было первоначально на самом низком уровне 21.

Есть много других примеров микробов, влияющих на настроение и поведение их хозяев, в основном из исследований на животных (рис.1). Было показано, что бутират, короткоцепочечная жирная кислота, в значительной степени продуцируемая микробиотой, оказывает глубокое влияние на центральную нервную систему, на настроение и поведение у мышей. 22. Передача микробиоты стерильным мышам ведет к робкому поведению, когда их кормят фекалиям мышей с тревожными состояниями вызывает тревожное поведение.

Когда стерильных мышей , принадлежавших к штамму склонному к тревожному поведению, кормили фекалиями от контрольных мышей, у инокулированных мышей наблюдалось поведение, которое было более исследовательским и более похожим на поведение их фекальных доноров 23.

Кроме того, пробиотическая композиция с Lactobacillus helveticus R0052 и Bifidobacterium longum R0175 облегчала у мышей физиологический стресс 24. Этот эффект может быть изменен под воздействием диеты и воспаления 25. Кроме того, корм, содержащий Lactobacillus rhamnosus (JB-1) мышам не только уменьшает их стресс , индуцируя уровни гормона кортикостерона, но это также делает их более настойчивими: мышы, которых кормили L. rhamnosus (JB-1), плавали дольше, чем контрольные мышы, , когда их помещали в стеклянный цилиндр, заполненный 15 см воды и не имеющий выхода 26.

Этот эффект исчезал, когда экспериментаторы разрезали блуждающий нерв, предположив, что блуждающий нерв имеет влияние на микробиотные манипуляции с поведением хозяина. Напротив, разреание блуждающего нерва не влияло на плавательное поведение контрольных мышей, которым не давали L. rhamnosus (JB-1) 26. В широко цитируемом примере микробов, влияющих на поведение, Toxoplasma gondii подавляет нормальный страх крыс перед кошачьими запахами , часто в ущерб крысам, но в пользу микробам, которые попадают в организм их нового кошачьего хозяина. Сообщается, что зараженные крысы T. gondii становятся сексуально возбуждаемыми мочой кошки 27, склонность, которая способствует передаче T. gondii за счет выживания крысы.

Микробы могут вызывать дисфорию, которая изменяет пищевое поведение

Хотя некоторые Lactobacillus, по-видимому, уменьшают тревожность, колонизация кишечника с возбудителем Campylobacter jejuni усиливает тревожное поведение у мышей 28, что повышает вероятность того, что индуцированная микробами дисфория также может повлиять на поведение человека. Недавние исследования связывают безутешный плач младенческой коликами с изменениями микробиоты в кишечнике, включая снижение общего разнообразия, увеличение плотности протеобактерий и снижение числа бактериоидов по сравнению с контрольными данными 29.

Сообщается, что колики приводят к увеличению доставки энергии младенцам, что иногда приводит к ускоренному увеличению веса 30. Если у младенческого плача есть сигнальная функция, которая увеличивает родительское внимание и кормление 31,32, колики могут увеличить доставку ресурсов в кишечник и, следовательно,и микробный доступ к питательным веществам.

Один потенциальный механизм, с помощью которого дисфория может влиять на еду, включает экспрессию генов вирулентности бактерий и восприятие боли хозяином. Этот способ манипуляции правдоподобен, потому что производство токсинов вирулентности часто инициируется низкой концентрацией питательных веществ, ограничивающих рост. Обнаружение простых сахаров и других питательных веществ регулирует вирулентность и рост для различных связанных с человеком микробов 33-37.

Эти комменсалы непосредственно повреждают кишечный эпителий, когда определенные питательные вещества отсутствуют, что повышает вероятность того, что микробы манипулируют поведением через сигнализацию боли. В соответствии с этой гипотезой было показано, что белки бактериальной вирулентности активируют болевые рецепторы 38. Более того, восприятие боли (ноцицепция) требует присутствия микробиоты кишечника у мышей 39, и показано, что голодание увеличивает ноцицепцию у грызунов с помощью механизма вагусного нерва 40.

Микробы модулируют экспрессию рецептора хозяина

Один из путей манипулирования поведением в пищевом рационе хозяев заключается в изменении пищевых предпочтений хозяев посредством изменения рецепторной экспрессии. В одном из исследований было обнаружено, что у мышей без микробов были изменены вкусовые рецепторы жира на их языках и в их кишечнике по сравнению с мышами с нормальным микробиомом 41. В другом эксперименте мыши без микробов больше предпочитали сладости и имели большее количество рецепторов сладкого вкуса в желудочно-кишечном тракте по сравнению с обычными мышами 42.

Кроме того, NCFM L. acidophilus, вводимый перорально в виде пробиотика, увеличивал кишечную экспрессию каннабиноидных и опиоидных рецепторов в кишечнике мыши и крысы и имел сходные эффекты в культуре клеток эпителия человека 43. Эти результаты свидетельствуют о том, что микробы могут влиять на предпочтения в пище, изменяя рецепторную экспрессию или трансдукцию. Сообщалось об изменениях в экспрессии и активности рецептора вкуса после операции желудочного шунтирования, процедуры, которая также изменяет микробиоту кишечника и изменяет насыщение и предпочтения в пище (см. Обзор 44).

Микробы могут воздействовать на хозяев через нервные механизмы

Микробы кишечника могут манипулировать пищевым поведением путем захвата нервной системы своего хозяина. Доказательства показывают, что микробы могут оказывать драматическое воздействие на поведение через ось микробиома-кишки-головного мозга 6,45,46. Блуждающий нерв является центральным действующим лицом в этой коммуникационной оси, соединяющим 100 миллионов нейронов кишечной нервной системы в кишечнике 47 с основанием мозга в мозге. Кишечные нервы имеют рецепторы, которые реагируют на присутствие конкретных бактерий 48 и на бактериальные метаболиты, такие как жирные кислоты с короткой цепью(битураты).

Данные свидетельствуют о том, что блуждающий нерв регулирует пищевое поведение и вес тела. Например, сообщалось, что блокада или перерезка блуждающего нерва вызывают сильную потерю веса 49,50. С другой стороны, активность блуждающего нерва, по-видимому, ведет к чрезмерному поеданию пищи у сытых крыс, когда они стимулируются норэпинефрином 51. Эти результаты указывают на то, что кишечные микробы, продуцирующие адренергические нейрохимикаты (обсуждаемые ниже), могут способствовать перееданию через механизмы, связанные с активностью блуждающего нерва.

Вместе эти результаты показывают, что у микробов есть возможности манипулировать блуждающим нервным потоком, чтобы контролировать питание хозяев. Интересно, что многие манипуляции, которые, как известно, усиливают парасимпатический отток из блуждающего нерва, например, физические упражнение, йога и медитация, также считается, что они усиливают силу воли 52 , улучшают соответствие приема пищи относительно затрат энергии 53. Однако увеличение активности блуждающего нерва не всегда связано со здоровьем. Одно исследование связывает парасимпатическое действие блуждающего нерва с потерей веса у пациентов с нервной анорексией 54, что указывает на то, что сигнализация блуждающего нерва важна для регулирования массы тела и иногда может приводить к патологической анорексии.

Микробы могут воздействовать на хозяев через гормоны

Микробы продуцируют целый ряд нейрохимикатов, которые являются точными аналогами гормонов млекопитающих, участвующих в настроении и поведении 8,55-57. Более 50% допамина и подавляющее большинство серотонина в организме имеют кишечный источник 58,59. Было показано, что многие временные и постоянные жители кишечника, включая Escherichia coli, 8,55,56 Bacillus cereus, B. mycoides, B. subtilis, Proteus vulgaris, Serratia marcescens и Staphylococcus aureus 60, производят допамин. Концентрации допамина в культуре этих бактерий, как сообщается, в 10-100 раз выше, чем типичная концентрация в человеческой крови 60. B. subtilis, по-видимому, секретирует дофамин и норэпинефрин в их среде, где он взаимодействует с клетками млекопитающих.

Трансплантация микробиома от самца к незрелой самке мыши значительно и стабильно повышает уровень тестостерона у реципиента 61. В свою очередь известно, что ферменты-хозяева деградируют нейротрансмиттеры бактериального происхождения. Например, млекопитающие используют моноаминоксидазу, чтобы заглушить экзогенные сигнальные молекулы, среди других функций 62,63. Это может служить доказательством механизма, появившегося в результате естественного отбора у хозяев , возникшим, чтобы противодействовать микробным интерференциям с сигналами хозяина. Некоторые пробиотические штаммы изменяют уровни других нейрохимикатов в плазме. B. infantis 35624 повышает уровень триптофана в плазме, предшественник серотонина 64. Молочные кислоты, продуцирующие бактерии, обнаруженные в грудном молоке и йогурте, также производят нейрохимические гистамин 65 и ГАМК 66. ГАМК (тот неиротрансмитер, который активизируется при кетозисе — мое замечание Г.Л.) активирует те же нейрорецепторы, которые нацелены на препараты против беспокойства. Такие,как валиум и другие бензодиазепины.

Аппетит-регулирующие гормоны являются еще одним потенциальным средством для манипулирования пищевым поведением млекопитающих. У мышей лечение VSL # 3, диетической добавкой, состоящей из смеси штаммов Lactobacillus, уменьшает индуцирующие голод гормон AgRP (связанного с агути-протеином) и нейропептид Y в гипоталамусе 67. Было показано, что у стерильных мышей ниже уровень лептина, холецистокинина и других пептидов насыщения 41, гормонов, которые контролируют голод Многочисленные комменсальные и патогенные бактерии продуцируют пептиды, которые поразительно похожи на лептин, грелин, пептид YY, нейропептид Y, гормоны млекопитающих, которые регулируют насыщение и голод 68.

Кроме того, люди и другие млекопитающие продуцируют антитела, направленные против этих микробных пептидов, явление, которое могло развиться как контр-адаптация млекопитающих к микробным манипуляциям. Получение антител против гормонов может быть важным в поддержании верности систем передачи сигналов хозяина. Однако эти антитела также действуют как аутоантитела против гормонов млекопитающих 68. Этот аутоиммунный ответ подразумевает, что микроорганизмы способны манипулировать пищевым поведением человека (i) непосредственно пептидными мимиками гормонов, регулирующих насыщение, или (ii) опосредованно, стимулируя продукцию aутоантител, которые мешают регулированию аппетита. Реакция антител на микробные аналоги человеческих гормонов подтверждает гипотезу о том, что конфликт между хозяином и микробиотой влияет на регуляцию пищевого поведения.

Муциновые кормовые бактерии контролируют снабжение питательными веществами.

Известно, что несколько комменсальных бактерий побуждают своих хозяев предоставлять свои предпочтительные питательные вещества путем прямого манипулирования кишечными клетками. Например, Bacteroides thetaiotaomicron находится на слизистой оболочке хозяина, где  очищает N-гликированные олигосахариды, секретируемые  бокаловидными клетками в кишечнике. B. thetaiotaomicron стимулирует хозяина-млекопитающего увеличить секрецию бокаловидными клетками гликированных углеводов 69,70. Исследователи показали, что другой муцино-вскармливаемый вид A. muciniphila также увеличивает количество бокаловидных клеток и слизи при инокуляции у мышей 71. С другой стороны, Faecalibacterium prausnitzii, бактерия, не вызывающая слизистости, которая связана с B. thetaiotaomicron, ингибирует продуцирование слизи бокаловидными клетками 70. Эти виды являются доказательство того, что бактерии кишечника могут контролировать доставку себе питательных веществ, включая механизм, который является энергетически дорогостоящим для хозяина 72.

Кишечная микробиота может повлиять на ожирение

Эволюционный конфликт между кишечным микробиомом и хозяином может быть важным фактором эпидемии ожирения. В важной статье, Backhed и коллеги показали, что мыши, генетически предрасположенные к ожирению, оставались худыми, когда они были выращены без микробиоты 73. Эти стерильные мыши были трансформированы в мышей с ожирением, когда им давали корм с добавленными фекалиями от мышей с ожирением, вырашенных на обычной еде 74.

Инокуляция бактериями стерильных мышей с микробиотой от тучных людей дает аналогичные результаты. 75. Мыши, не имеющие рецепторов TLR5, страдают ожирением и имеют измененную микробиоту кишечника, гиперфагию, резистентность к инсулину и провоспалительную экспрессию генов 76. Когда фекалии этих мышей ( лишенных рецептора TLR5) давались с едой мышам дикого типа, это индуцировало тот же фенотип. Кишечные микробы тучных людей менее разнообразны, чем микробиота их худых близнецов 77, что согласуется с гипотезой о том, что более низкое разнообразие может повлиять на пищевое поведение и насыщение.

Пробиотики связаны с потерей веса

Добавление пробиотиков (то есть полезных полезных микробов) к рациону приводит к снижению потребления пищи, что согласуется с гипотезой о том, что большее разнообразие микробиоты кишечника может ограничивать микробный контроль над пищевым поведением . Сообщалось, что некоторые пробиотики Lactobacillus уменьшают жировую массу и улучшают чувствительность к инсулину и толерантность к глюкозе, хотя эти эффекты не всегда наблюдаются для всех видов Lactobacillus 78,79. Недавнее исследование показало, что пробиотик VSL № 3 привел к тому, что мыши уменьшали потребление пищи 67. Аналогичным образом пробиотик Bifidobacterium breve подавлял прирост массы у мышей, получавших диету с высоким содержанием жиров, зависимым от дозы 80.

Несколько исследований указывают на роль пробиотиков в потере веса у людей. В одном исследовании пробиотический йогурт обеспечил потерю веса, которая не была связана с изменением потребления питания или физическими упражнениями 81. Аналогичным образом, йогурт был пищей, наиболее связанной с уменьшением веса, в исследовании, которое контролировало диету и здоровье 120 000 медсестер в течение более 12 -20 лет 82. Кроме того, рандомизированное плацебо-контролируемое исследование показало, что пробиотическое лечение при беременности с использованием L. rhamnosus GG и Bifidobacterium lactis наряду с диетическим консультированием уменьшало брюшной жир через 6 месяцев после родов 83. Вместе эти результаты демонстрируют, что Пробиотики могут привести к потере веса и регулировать энергетический баланс.

Прогнозы и эксперименты

Изменение состава микробиоты изменит пищевое поведение

Пребиотики (то есть неперевариваемые соединения, которые стимулируют рост полезных микробов), пробиотики, антибиотики, фекальный трансплантат и изменения в рационе — это потенциальные способы изменения микробиоты. В дополнение к предложению о том, что трансплантация микробиоты должна приводить к адаптивному переносу пищевых предпочтений 84, мы далее прогнозируем, что инокуляция экспериментального животного микробом, который имеет специализированное питательное требование, например водоросли 15,85, приведет к предпочтению этого вида пищи.

Последовательная диета отберет специолизированных микробов и приведет к предпочтению этих продуктов

Выращивание экспериментального животного на простой диете с немногими типами пищи должено отобрать микробы, которые специализируются на этих продуктах. Наша гипотеза о микробном происхождении пищевых предпочтений предсказывает, что эти микробы будут влиять на хозяина, чтобы выбирать продукты, по которым они специализируются. Альтернативная гипотеза, что тяга к пище возникает в результате дефицита питательных веществ 86, предсказывает обратное: происходит предпочтение для новых продуктов, богатых микронутриентами, которых недоставало в предыдущей простой диете.

Пищевые предпочтения должны быть связаны с более низким парасимпатическим (блуждающим) тоном, а блокирование блуждающего нерва должно уменьшать тягу к пище

Если микробный контроль опосредуется блуждающим нервом, то микробные сигналы должны в некоторой степени влиять на физиологическую регуляцию, координируемую блуждающим нервом. Вагусный тон можно легко измерить с помощью дыхательной синусовой аритмии 87, в какой степени частота сердечных сокращений изменяется в ответ на вдох и выдох. Мы прогнозируем, что люди, испытывающие сильное желание есть, должны иметь более низкий блуждающий тон. Кроме того, возможно блокировать или отделять блуждающий нерв, который, как мы прогнозируем, подавит микробную сигнализацию через блуждающий нерв и тем самым изменит предпочтения в пище. Это согласуется с исследованиями, показывающими, что блокирование блуждающего нерва может привести к потере веса 49,50.

Разнообразие микробов должно влиять на выбор и чувство насыщениия пищей

Ожидается, что некоторые особенности микробной экологии, такие как численность их популяции, влияют на их способность манипулировать хозяином. Микробные сообщества с низким альфа (внутрисемейным) разнообразием могут быть более склонны к разрастанию одним или несколькими видами, что дает этим организмам повышенную способность производить нейрохимикаты и гормоны, изменяющие поведение хозяина. Для сравнения, в микробных сообществах с высоким альфа-разнообразием любые отдельные микробные виды будут иметь тенденцию встречаться при более низкой численности. Очень разнообразные кишечные микробиотные бактерии, как правило, более устойчивы к инвазии патогенными видами, чем менее разнообразные микробиоты 88. Кроме того, филогенетически разнообразное сообщество, скорее всего, будет сдерживать конкурирующие группы, влияние которых может противодействовать друг другу. Кроме того, в разнообразной микробной среде микробы скорее всего расходуют ресурсы на конкуренцию и сотрудничество (например, перекрестное кормление), а не на манипуляции с хозяином. Поддерживая гипотезу о том, что более разнообразная микробиота вызывает меньше импульсов есть, хирургия желудочного шунтирования имеет двоякий эффект: увеличение альфа-разнообразия в микробиоте кишечника, а такжеснижение предпочтения продуктов с высоким содержанием жира и высоким содержанием углеводов 89-91. Пишевые предпочтения стерильных мышей, инокулированных сообществами бактерий с низким или высоким разнообразием микроорганизмов, могли бы стать проверкой этого прогноза. Аналогичным образом, пробиотики, которые увеличивают разнообразие микроорганизмов у людей, как прогнозируется, уменьшат желание есть больше, чем контрольные методы лечения, которые не увеличивают разнообразие микробиоты.

Избыточная подача питания в кишечник может уменьшить разнообразие микроорганизмов

Ожидается, что помимо влияния на позывы потреблять конкретные питательные вещества, конфликт между хозяином и микробиотой будет влиять на насыщение и общее потребление калорий, поскольку оптимальное потребление энергии, по-видимому, будет различным для хозяина и для микробиоты кишечника. Избыточная энергия, поставляемая в кишечник, сверх того, что оптимально для хозяина, может обеспечить энергетические субстраты для роста микроорганизмов, позволяя некоторым видам пышно расцвести, потенциально подавляя ингибирование организмами-конкурентами и иммунной системой. По прогнозам, избыток энергии приведет к уменьшению разнообразия, что приведет к порочному циклу сокращения разнообразия, увеличению манипуляции и избытку хронической энергии. Такой механизм положительной обратной связи может привести к долговременным изменениям чувства насыщения, что причинит вред хозяину, вызвав ожирение. Ожидается, что экспериментальное увеличение разброса микробиоты кишечника изменит устойство насыщения, способствуя снижению потребления пищи хозяином 92.

Большое разнообразие микробиоты кишечника может препятствовать микробному манипулированию.

Одно из объяснений , почему полезно для здоровья иметь разнообразие кишечной микробиоты заключается в том, что кворум микробиоты(достаточное присутствие) препятствует проникновению кворума других микробов. Кворум-зондирование — это система связи между клетками, используемая многими кишечными бактериями для регулирования зависящих от плотности условных стратегий, включая выражение фактора вирулентности и изменения в росте. Например, обычный комменсаль человека и возбудитель S. aureus использует систему регулятора дополнительного гена (AGR) кворумного зондирования для регулирования токсина и других генов вирулентности. Когда S. aureus достигает высокой плотности, AGR переключается с экспрессии генов, вовлеченных в колонизацию и прикрепление к тем, что участвуют в инвазии тканей 93. Кворумное зондирование может быть одним из путей, который микробы используют для координации поведения, чтобы манипулировать поведением хозяина и увеличивать ресурс доставки питательных веществ. В интересах хозяина — предотвратить достижения бактериями пороговой плотности для экспрессии токсинов вирулентности и протеаз. С трансляционной точки зрения методы лечения, повышающие микробное разнообразие, могут помешать некоторым популяциям микробов достичь плотности, необходимой для кворума, что ограничивает их способность манипулировать поведением хозяина.

Опрос геномов хозяина и микробиоты должен выявить сигнальную гонку вооружений

Было мало проведено работы по изучению коэволюции микробиома и геномов их хозяев 11,94, и те исследования, которые были проведены, имеют тенденцию сосредотачиваться на взаимной пользе, а не на эволюционном конфликте между микробами и их хозяевами. Мы выдвигаем гипотезу о том, что была гонка геномных вооружений, в которой микробы эволюционировали генетически, чтобы манипулировать своими хозяевами (в частности, используя аналоги сигнальных молекул человека, такие как нейропептиды и гормоны), также соответствующие гены хозяев эволюционировали, чтобы предотвратить эту манипуляцию там, где действия микробиоты противоречат интересам хозяина. Сравнительный геномный анализ может выявить такие коэволюционные закономерности, и они уже определили адаптации, характерные для облигатных микроорганизмов комменсала 95,96.

Продовольственные предпочтения могут быть заразными

Одним из интригующих последствий микробно-индуцированных пристрастий является то, что предпочтения определенных пищевых продуктов могут быть заразными 97. Как фекальная, так и оральная микробиота более сходны среди сожительствующих членов семьи по сравнению с лицами, не являющимися сожителями 98. Если предпочтения в питании одного человека в домашнем хозяйстве влияют на потребление пищи всей семьей, любые специализированные микробы кишечника, адаптированные к этой диете, , как правило, будут процветать у других членов домашнего хозяйства. Хуже того, эпидемия ожирения может быть заразной в результате вызванных ожирением микробов, передаваемых от человека человеку. Исследование социальной сети, в котором приняли участие 12 067 человек, показало, что вероятность того, что человек станет страдать ожирением, увеличилась на 57%, если у друга появилось ожирение,99%. Это повышает вероятность того, что пищевые импульсы и связанное с ними ожирение не могут быть социально заразными (например, путем изменения норм) как полагают исследования в социальной сети п, но скорее действительно инфекционными . Это предложение можно было проверить экспериментальным подбором микробиома, который генерирует определенное предпочтение в еде у животных, как указано выше. Как предлагали другие, если предпочтения в отношении пищевых продуктов являются заразными, то совместное проживание этих животных, с животными, не содержащими микробов, должно привести к передаче предпочтения в отношении продуктов питания.

Альтернативные гипотезы о нездоровой пище и ожирении.

Существует ряд гипотез о распространенности ожирения и нашей тяге к нездоровой пище, включая зависимость / отсутствие силы воли, экологическое несоответствие и дефицит питательных веществ. Микробная причина не исключает других альтернатив, таких как недостаток питательных веществ. В этом разделе мы рассмотрим каждую из этих альтернативных гипотез. Мы находим, что ни одна из этих гипотез полностью не соответствует данным о импульсах есть, предпочтениях в еде и ожирении.
Недостаток силы воли недостаточен для объяснения поедания нездоровой еды. Обычная логика часто объясняе нездоровое питание недостатком силы воли. Однако переедание — это не просто вопрос умственного контроля 101; Тяга к пище в отличается от других стремлений. Многие другие пристрастия, такие как наркотики и алкоголь, требуют постоянно увеличивающихся доз для поддержания такого же эффекта изменения настроения. Это не происходит с едой. Для некоторых людей чем больше они удовлетворяют свю тягу к пище, тем больше удовольствия они получают от еды. 102. Эти результаты, а также недавняя работа, демонстрирующая различные механизмы повышения уровня саркоидоза и морфина у мышей, свидетельствуют о том, что переедание имеет другой основной механизм, чем злоупотребления наркотиками , И не согласуется с зависимостью 103.

Несоответствие современных продуктов питания с теми ограниченными ресурсами, которыми располагали наши предки, недостаточно для объяснения тяги к нездоровой еде

Предполагается, что предпочтения в питании связаны с сложным взаимодействием между генами, окружающей средой и культурой. Современная пищевая среда значительно отличается от той, на которой эволюционировали наши предки: считается, что рацион наших предков содержал продукты, в которые намного меньше соли, простых углеводов и насыщенных жиров, чем типичная западная диета 104. Это несоответствие или несоответствие экологии считается источником «болезней цивилизации», включая ожирение, рак и сердечно-сосудистые заболевания. 105. Аналогичная логика постулирует, что в прошлом дефицит калорийной пищи и критических микроэлементов также сформировал современные пищевые предпочтения .

Традиционная диета людей до эпохи сельского хозяйства основывалась на низкоуглеводной растительной пище и убитых диких животных, в которых было низкое содержанием жира. Было показано, что среди охотников-собирателей усилия по приобретению продовольствия отдают приоритет энергоемким продуктам питания, собранным по схеме, которая максимизирует получение энергии относительно затрат энергии. Эта стратегия, описанная как оптимальная теория кормления, заключается в повышении физической пригодности в среде, где энергетически плотная пища была редкой и труднодоступной 106. В соответствии с этой гипотезой, в современной пищевой среде с обильным питанием и малоподвижным образом жизни однажды адаптированные физиологические механизмы, регулирующие потребление и расходы энергии, пошли наперекосяк, что привело к перееданию и ожирению.

Несмотря на интуитивную привлекательность этой гипотезы, ряд предпочтений в отношении пищи и импульсов есть, не соответствуют ее предсказаниям. Например, одна из самых распространенных современных пристрастий связана с пищей, которую никогда не знали древние гуманоиды и которая не удовлетворяет никаким требованиям к питанию: шоколад 102. Гипотеза о том, что экологическое рассогласование объясняет болезни, вызванные диетой, также была подвергнута критике со стороны других как чрезмерно упрощенная 86.

Недостаток питательных веществ недостаточен для объяснения тяги к нездоровой пищи Подобная гипотеза предполагает, что тяга к еде возникает из-за недостатка питательных веществ 84. Например, плодовые мушки ищут определенные питательные вещества после того, как были их лишены 107. Однако эта гипотеза не объясняет многие выводы относительно тяги к еде по отношению к человеку. Пищевые импульсы наличиствуют даже в периоды обилия 108,109, и часто продукты, которые удовлетворяли бы предполагаемому дефициту питательных веществ, не являются теми, которые жаждут 110. Кроме того, голодание уменьшает тягу к пище 111-113, а не увеличивает ее, как можно было бы ожидать согласно гипотезе о нехватке питательных веществ . Такая же картина сохраняется и в отношении жажды несъедобных субстанций, таких как глина и земля. 114. Янг и коллеги подвергли систематическому обзору геофагию (землеедение) и пришли к выводу, что человеческая геофагия не обусловлена ​​дефицитом питательных веществ 114.

Выводы.

Современная биология предполагает, что наши тела состоят из разнообразия организмов, конкурирующих за пищевые ресурсы. Эволюционный конфликт между хозяином и микробиотой может привести к тяге к пище и когнитивным конфликтам в отношении выбора пищи. Ощущение самоконтроля за выборами в еде может быть частично связано с подавлением микробных сигналов, возникающих в кишечнике. Приобретенные вкусы могут быть связаны с приобретением микробов, полезных для этих продуктов. Наш обзор показывает, что одним из способов изменить пищевое поведение является вмешательство в нашу микробиоту.Обнадеживает то, что микробиота может быть изменена с помощью многих вмешательств, что облегчает перевод в клинику и усилия общественного здравоохранения. Структура сообщества микробиоты резко меняется в течение 24 часов смены диеты 14 115 или введения антибиотиков 116.

Пересадки фекалий показали эффективность при лечении целого ряда заболеваний 117. Наилучшие подходы к управлению нашей микробиотой по-прежнему остаются неисследованными. Многие исследования влияния микробов кишечника на здоровье были сфокусированы на выявлении отдельных таксонов, которые отвечают за болезни человека, подход, который в значительной степени не увенчался успехом в создании прогностических гипотез. Исследования выявили противоречивые различные группы микробов, связанные с различными заболеваниями, включая ожирение 118,119. В других областях оказалось полезным сместить уровень анализа от свойств индивидуума к свойствам населения, например, Разнообразие 120. До тех пор, пока мы не сможем лучше понять вклад и взаимодействие между отдельными микробными таксонами, может быть более эффективным сосредоточить внимание на увеличении микробного разнообразия в кишечнике.

Конкуренция между геномами может вызывать множество конфликтов, и мы предполагаем, чтобы одна важная область, влияющая на здоровье человека, заключалась в поведении микробов-хозяев при получении питательных веществ. Генетический конфликт между хозяином и микробиотой — выбор для микробов, которые манипулируют поведением хозяина, — добавляет новое измерение к текущим точкам зрения, например. Host-microbiota mutualism 11, которые могут объяснить механизмы, связанные с ожирением и сопутствующими заболеваниями.