Кишкові бактерії-сімбіонти відчувають порушення біологічних ритмів господаря, і можуть нагородити його за це надмірною вагою і діабетом.
Життя на Землі здавна підлаштовувалося під регулярну зміну дня і ночі, і тому у переважної більшості живих організмів, від найпростіших до найскладніших, є так звані циркадні, або добові ритми. Ці ритми складаються з регулярних змін в активності генів, біохімічних, фізіологічних і поведінкових реакціях. Спеціальний біологічний годинник звіряє стан організму з часом доби, і, коли день змінює ніч, саме біологічний годинник дає команду одним генам замовкнути, а іншим, навпаки, почати працювати.
Людина легко може піти проти власного добового ритму, для цього досить пізно лягати і пізно вставати, або ж взагалі вести нічний спосіб життя. Однак регулярна «непокора» біологічним годинникам має свою ціну - вважається, що так можна отримати найширший спектр хвороб, від нервових розладів до діабету з ожирінням. Оскільки мозок активно регулює обмін речовин, а стан самого мозку залежить від чергування періодів сну і пильнування, то можна зрозуміти, як засмучений графік сну впливає на обмін речовин і роботу травної системи. Але ми перетравлюємо їжу не самі по собі, а за допомогою симбіотичних бактерій. Чи може засмучений циркадний ритм впливати на їхню життєдіяльність?
Дійсно, у багатьох людей із захворюваннями, спровокованими порушенням біологічних ритмів, виявляли різні аномалії і в травній мікрофлорі. Дослідники з Інституту Вейцмана (Ізраїль) під керівництвом Ерана Елінава (Eran Elinav) вирішили докладніше вивчити зв'язок між шлунково-кишковою мікрофлорою і циркадними ритмами її господаря. Для початку вони проаналізували, що за бактерії мешкають у травній системі у мишей, що живуть у нормальному добовому циклі - для цього зразки мікрофлори збирали день і ніч кожні 6 годин. Виявилося, що мікроби-сімбіонти, дарма що знаходяться в темряві кишечника, по-різному працюють протягом доби. Вночі (коли самі миші найбільш активні) бактерії займалися розщепленням поживних речовин, ремонтували свою ДНК і енергійно росли і розмножувалися. Днем (коли миші спали) мікроби виконували поточні внутрішньоклітинні роботи: знищували токсини, обробляли зовнішні хімічні сигнали і будували додаткові джгутики, що допомагають їм пересуватися. Крім того, залежно від часу доби змінювався і видовий склад мікрофлори.
Але, якщо у мишей був мутований один з генів, що визначають роботу біологічного годинника, то і бактерії переставали реагувати на зміну дня і ночі. Зміни в активності і в складі популяції мікрофлори робилися хаотичними, неупорядкованими. Якщо бактерій від мутантних мишей пересаджували звичайним, у яких з біологічним годинником все було в порядку, то і до бактерій поверталося «почуття часу доби».
Але як мікрофлора може відчувати час доби з глибин господарського кишечника? Сигналом може бути прийом їжі: адже всі тварини харчуються в певний час доби. Людина, наприклад, як і інші денні звірі, в нормі їсть вдень, що до мишей, то вони, як нічні тварини, їдять ночами. Дійсно, якщо нормальних мишей в експерименті годували вдень, то активність і видовий склад їх мікрофлори змінювалися, намагаючись підлаштуватися під новий графік. Крім того, у тварин з порушеним добовим ритмом розвивалося ожиріння і з'являлися перші ознаки діабету другого типу.
Ці результати частково підтвердилися в невеликому експерименті на людях. Автори роботи порівняли стан мікрофлори у двох людей, які живуть за нормальним добовим розкладом, і двох осіб, які прилетіли з США до Ізраїлю і тому відчувають сильний джетлаг (або синдром зміни часового поясу). Переліт, як виявилося, не пройшов для кишкових бактерій безслідно, в них виявилися ті ж зміни, що і в мікрофлорі мишей з мутантним геном добового циклу. Стан шлунково-кишкових мікробів у добровольців з джетлагом був схожий на те, що відбувається з мікрофлорою у хворих на діабет і ожиріння. Але, як тільки людина звикала до нового часового поясу, в норму приходили і його бактерії. Якщо бактерії з кишечника людей, які зробили переліт, пересаджували здоровим мишам, то тварини починали набирати вагу, у них збільшувався рівень цукру в крові і зростала частка жирової тканини. Результати експериментів опубліковані в журналі Cell, коротко про них пише портал ScienceNOW.
Тобто, як бачимо, навіть короткочасне порушення звичного добового ритму призводить до нехороших змін у шлунково-кишковій мікрофлорі, що вже говорити про тих, хто за боргом служби змушений працювати в нічну зміну. Втім, як йдуть справи у людей, можна буде з усією впевненістю сказати тільки після додаткових досліджень і з набагато більшою кількістю добровольців.
Спілкування на рівні біологічного годинника між різними організмами, насправді, не така вже й новина. Рік тому зоологи з Університету Вісконсіна в Медісоні (США) опублікували статтю, в якій розповідали, як симбіотичні бактерії головоногих молюсків виконують у своїх господарів роль каплиців - активність генів добового ритму у деяких кальмарів, як виявилося, підпорядковується сигналам бактерій, що живуть у біолюмінесцентних органах. Однак у разі кишкової мікрофлори, мабуть, мова йде про набагато глибшу взаємодію добових ритмів між симбіонтом і господарем, від якого залежить благополуччя обох сторін.