В глубинах микробима, обитающего в нашем кишечнике, есть один необычный представитель, который производит метан. Согласно новому исследованию, проведённому в Университете штата Аризона, этот малоизвестный производитель метана может играть роль в том, сколько калорий мы получаем из пищи.
Что такое микробиом?
Вся экосистема микробов называется микробиом. У некоторых людей микробиом кишечника производит много метана, в то время как у других его практически нет.
Исследование
Исследование показало, что люди, чей микробиом кишечника производит много метана, особенно хорошо извлекают дополнительную энергию из диеты с высоким содержанием клетчатки. Это может объяснить, почему разные люди получают разное количество калорий из пищи, которая попадает в толстую кишку.
Исследователи отмечают, что диеты с высоким содержанием клетчатки не являются виновниками. Люди в целом поглощают больше калорий из западной диеты, состоящей из обработанных пищевых продуктов, независимо от производства метана. На диете с высоким содержанием клетчатки люди поглощают меньше калорий в целом, но количество варьируется в зависимости от производства метана.
Потенциал для персонализированного питания
Выводы этого исследования могут стать основой для персонализированного питания. «Эта разница имеет важные последствия для диетических вмешательств. Она показывает, что люди на одной и той же диете могут реагировать по-разному. Частично это связано с составом их микробиома кишечника», — говорит Блейк Диркс, ведущий автор исследования и аспирант в Центре биодизайна здоровья через микробиомы.
Результаты исследования
Исследование, опубликованное в журнале The ISME Journal, показало, что метаногенные микробы, производящие метан, связаны с более эффективным микробиомом и более высоким поглощением энергии из пищи.
Одной из основных задач микробиома является помощь в переваривании пищи. Микробы ферментируют клетчатку в короткоцепочечные жирные кислоты, которые организм может использовать для получения энергии. В процессе они производят водород. Слишком много водорода приостанавливает их активность, но другие микробы могут помочь поддерживать этот процесс, потребляя водород.
Метаногены и их роль
Метаногены — это микроорганизмы, потребляющие водород. По мере того как они потребляют водород, они производят метан. Они являются единственными микробами, которые производят это химическое соединение.
«Человеческий организм сам по себе не производит метан, его производят только микробы. Поэтому мы предположили, что это может быть биомаркером, сигнализирующим об эффективном микробном производстве короткоцепочечных жирных кислот», — говорит Рози Краймалник-Браун, автор исследования и директор Центра биодизайна здоровья через микробиомы.
Исследование показывает, что взаимодействия между микробами влияют на метаболизм организма. Команда обнаружила, что более высокое производство метана было связано с более высоким производством и поглощением короткоцепочечных жирных кислот в кишечнике.
Эксперимент
В эксперименте исследователи предоставили каждому участнику исследования две разные диеты. Одна диета содержала больше обработанных пищевых продуктов и мало клетчатки. Другая диета была богата цельными продуктами и клетчаткой. Обе диеты содержали одинаковую долю углеводов, белков и жиров.
Исследователи из Университета штата Аризона сотрудничали с Институтом трансляционных исследований AdventHealth, чтобы использовать уникальное оборудование для своего эксперимента. В течение шести дней каждый участник жил в герметичной комнате, похожей на отель, называемой калориметром для всего помещения, который измерял метаболизм организма и выделение метана.
Метод команды может собрать более полные данные. Он фиксирует метан, который организм выделяет с дыханием и газом, а не только с дыханием, и в течение непрерывного периода, а не в один момент.
«Эта работа подчёркивает важность сотрудничества между клиническими учёными, занимающимися трансляционными исследованиями, и микробиологами-экологами. Сочетание точных измерений энергетического баланса с помощью калориметрии всего помещения с опытом микробиологической экологии ASU сделало возможными ключевые инновации», — говорит Карен Д. Корбин, соавтор и ассоциированный исследователь в институте.
Данные из крови и образцов стула измеряли, сколько энергии участники исследования поглощали из пищи, и отслеживали активность их микробов. Команда сравнила данные людей, чей микробиом кишечника производил высокий и низкий уровень метана.
На диете с высоким содержанием клетчатки почти все поглощали меньше калорий, чем на диете с обработанными пищевыми продуктами. Но те, у кого кишечник производил больше метана, поглощали больше калорий из диеты с высоким содержанием клетчатки, чем те, у кого кишечник производил меньше метана.
Это исследование создаёт основу для будущих исследований и медицинских методов лечения. «Участники нашего исследования были относительно здоровы. Я думаю, что стоит изучить, как другие группы населения реагируют на такие диеты — люди с ожирением, диабетом или другими состояниями здоровья», — говорит Диркс.