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.
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.
