Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

Чем опасен джетлаг у бактерий

Кишечные бактерии-симбионты чувствуют нарушения биологических ритмов хозяина, и могут наградить его за это избыточным весом и диабетом.

Жизнь на Земле издавна подстраивалась под регулярную смену дня и ночи, и потому у подавляющего большинства живых организмов, от самых простых до самых сложных, есть так называемые циркадные, или суточные ритмы. Эти ритмы складываются из регулярных изменений в активности генов, биохимических, физиологических и поведенческих реакциях. Специальные биологические часы сверяют состояние организма со временем суток, и, когда день сменяет ночь, именно биологические часы дают команду одним генам замолчать, а другим, наоборот, начать работать.

Бактерии на стенке кишечника мыши. (Фото Weizmann Institute of Science.)
Бактерии на стенке кишечника мыши. (Фото Weizmann Institute of Science.)
Бактерии рода Clostridia, обычные обитатели пищеварительной системы. (Фото Argonne National Laboratory / Flickr.com.)
Бактерии рода Clostridia, обычные обитатели пищеварительной системы. (Фото Argonne National Laboratory / Flickr.com.)

Человек легко может пойти против собственного суточного ритма, для этого достаточно поздно ложиться и поздно вставать, или же вообще вести ночной образ жизни. Однако регулярное «неповиновение» биологическим часам имеет свою цену – считается, что так можно получить самый широкий спектр болезней, от нервных расстройств до диабета с ожирением. Поскольку мозг активно регулирует обмен веществ, а состояние самого мозга зависит от чередования периодов сна и бодрствования, то можно понять, как расстроенный график сна влияет на обмен веществ и работу пищеварительной системы. Но мы перевариваем пищу не сами по себе, а с помощью симбиотических бактерий. Может ли расстроенный циркадный ритм влиять на их жизнедеятельность?

Действительно, у многих людей с заболеваниями, спровоцированными нарушением биологических ритмов, обнаруживали разные аномалии и в пищеварительной микрофлоре. Исследователи из Института Вейцмана (Израиль) под руководством Эрана Элинава (Eran Elinav) решили подробнее изучить связь между желудочно-кишечной микрофлорой и циркадными ритмами её хозяина. Для начала они проанализировали, что за бактерии обитают в пищеварительной системе у мышей, живущих в нормальном суточном цикле – для этого образцы микрофлоры собирали день и ночь каждые 6 часов. Оказалось, что микробы-симбионты, даром что находятся в темноте кишечника, по-разному работают в течение суток. Ночью (когда сами мыши наиболее активны) бактерии занимались расщеплением питательных веществ, ремонтировали свою ДНК и энергично росли и размножались. Днём (когда мыши спали) микробы выполняли текущие внутриклеточные работы: уничтожали токсины, обрабатывали внешние химические сигналы и строили дополнительные жгутики, помогающие им передвигаться. Кроме того, в зависимости от времени суток менялся и видовой состав микрофлоры.

Но, если у мышей был мутирован один из генов, определяющих работу биологических часов, то и бактерии переставали реагировать на смену дня и ночи. Изменения в активности и в составе популяции микрофлоры делались хаотическими, неупорядоченными. Если же бактерий от мутантных мышей пересаживали обычным, у которых с биологическими часами всё было в порядке, то и к бактериям возвращалось «чувство времени суток».

Но как микрофлора может чувствовать время суток из глубин хозяйского кишечника? Сигналом может быть приём пищи: ведь все животные питаются в определённое время суток. Человек, например, как и прочие дневные звери, в норме ест днём, что до мышей, то они, как ночные животные, едят по ночам. Действительно, если нормальных мышей в эксперименте кормили днём, то активность и видовой состав их микрофлоры менялись, пытаясь подстроиться под новый график. Кроме того, у животных с нарушенным суточным ритмом развивалось ожирение и появлялись первые признаки диабета второго типа.

Эти результаты отчасти подтвердились в небольшом эксперименте на людях. Авторы работы сравнили состояние микрофлоры у двух человек, живущих по нормальному суточному расписанию, и двух человек, прилетевших из США в Израиль и потому испытывающих сильнейший джетлаг (или синдром смены часового пояса). Перелёт, как оказалось, не прошёл для кишечных бактерий бесследно, в них обнаружились те же изменения, что и в микрофлоре мышей с мутантным геном суточного цикла. Состояние желудочно-кишечных микробов у добровольцев с джетлагом было похоже на то, что происходит с микрофлорой у больных диабетом и ожирением. Но, как только человек привыкал к новому часовому поясу, в норму приходили и его бактерии. Если же бактерии из кишечника людей, совершивших перелёт, пересаживали здоровым мышам, то животные начинали набирать вес, у них увеличивался уровень сахара в крови и возрастала доля жировой ткани. Результаты экспериментов опубликованы в журнале Cell , коротко о них пишет портал ScienceNOW.

То есть, как видим, даже кратковременное нарушение привычного суточного ритма приводит к нехорошим изменениям в желудочно-кишечной микрофлоре, что уж говорить про тех, кто по долгу службы вынужден работать в ночную смену. Впрочем, как обстоят дела у людей, можно будет со всей уверенностью сказать только после дополнительных исследований и с гораздо большим числом добровольцев.

Общение на уровне биологических часов между разными организмами, на самом деле, не такая уж новость. Год назад зоологи из Университета Висконсина в Мэдисоне (США) опубликовали статью, в которой рассказывали, как симбиотические светящиеся бактерии головоногих моллюсков выполняют у своих хозяев роль часовщиков – активность генов суточного ритма у некоторых кальмаров, как оказалось, подчиняется сигналам бактерий, живущих в биолюминесцентных органах. Однако в случае кишечной микрофлоры, видимо, речь идёт о намного более глубоком взаимодействии суточных ритмов между симбионтом и хозяином, от которого зависит благополучие обеих сторон.

Автор: Кирилл Стасевич

Источник: nkj.ru

Статьи по теме