Приготовление еды – древняя форма прикладной химии, наука, которую люди практиковали тысячи лет
Приготовление еды кардинально меняет микробиом как мышей, так и людей. Это впервые было доказано исследователями из Калифорнийского университета в Сан-Франциско и Гарвардского университета. Из их работы можно сделать важные выводы – как для оптимизации здоровья наших микробов, так и для понимания того, как приготовление пищи повлияло на эволюцию микробиома.
В последние годы все чаще говорят и пишут о важности микробиома для здоровья человека, и это не могло не попасть в поле зрения сотрудников Калифорнийского университета в Сан-Франциско. «Наша лаборатория (и некоторые другие) изучали то, как различные режимы питания – например, вегетарианский или с мясными продуктами – влияют на микробиом, – рассказывает ведущий автор исследования, доцент кафедры микробиологии и иммунологии вуза Питер Тернбо. – И мы с удивлением выяснили, что раньше никто не исследовал такой важный вопрос о том, как приготовление пищи меняет состав нашей микробной экосистемы».
Исследование, опубликованное в конце сентября в журнале Nature Microbiology, представляет собой плод 7-летнего сотрудничества Тернбо и эволюционного биолога из Гарварда Рэйчел Кармоди.
Сначала они изучали воздействие различных продуктов на микробиом мышей, скармливая группам грызунов еду из мяса и батата: одной группе выдавали сырые продукты, другой – прошедшие тепловую обработку. Ранее было доказано, что термическое воздействие влияет на нутриенты и другие биоактивные соединения как в мясе, так и в корнеплодах. Батат, как предположили ученые, по своему составу напоминает корнеплоды, которые ели наши предки.
К своему удивлению ученые обнаружили, что сырое и вареное мясо почти никак не повлияло на микробиом подопытных мышей. Обработанный батат же, напротив, существенно изменил как состав их микробиома, так и паттерны генной активности микробов и продукты их метаболизма.
Исследователи подтвердили свои выводы на более широком ассортименте овощей, поставив, по выражению Тернбо, «эксперимент, достойный какого-нибудь безумного профессора». Они скормили грызунам обычный картофель, горох, кукурузу, морковь и свеклу – как в сыром, так и термически обработанном виде.
Ключевые факторы
Все изменения в микробиоме ученые отнесли на счет двух ключевых факторов. Во-первых, млекопитающие куда хуже усваивают крахмал, содержащийся в батате, в сыром виде. После тепловой обработки – все наоборот. Тонкая кишка может впитать больше калорий, оставляя меньше еды для «голодных» микробов в других частях кишечника. «Это как и в любой экосистеме: если серьезно поменять поступающие в нее продовольственные товары, некоторые виды будут преуспевать, а другие – нет», – прокомментировала доктор Кармоди.
Во-вторых, ученые выяснили, что многие сырые продукты содержат мощные антимикробные соединения, которые могут навредить отдельным микробам. В частности, сырой батат нанес ущерб кишечной микробиоте мышей, сравнимый с тем, что могут причинить антибиотики. При тепловой обработке эти антимикробные соединения деактивируются.
Совместно с коллегами из Объединенного института генома при Минэнергетики США команда Тернбо подробно проанализировала химические изменения, вызванные тепловой обработкой каждого продукта, который они скормили своим подопытным грызунам. Они составили список соединений, которые, вероятно, объясняют то, как каждый конкретный продукт повлиял на микробиом животного.
Помимо прочего, исследователи отметили, что сыроедение вызвало у мышей снижение веса. Они заинтересовались, стало ли это следствием изменений их кишечной экосистемы. Но когда ученые трансплантировали измененные микробиомы мышам с обычным рационом, те неожиданно набрали лишний вес – исследователи все еще заняты расследованием этого парадокса.
Сложное меню
Наконец, чтобы выяснить, повлияют ли на человеческий микробиом подобные изменения в рационе, команда Тернбо скооперировалась со студентом химического факультета Гарвардского университета по имени Вайю Майни Рекдал. Он, будучи профессиональным поваром, разработал более-менее съедобное меню из сырых и обработанных продуктов для участников эксперимента.
«Это было весьма непросто», – вспоминает Рекдал. Ученые не разрешили ему вводить в меню соленья (маринованные овощи), соевый соус, суп мисо и тофу. Зато бататы приветствовались в любом виде. На завтрак, к примеру, ему удалось приготовить пудинг с семенами чиа – это блюдо можно было есть как в сыром, так и в разогретом виде. И многие, по словам Рекдала, затем просили у него рецепт пудинга. Популярностью пользовались котлеты из бобов, батата и кунжутной пасты (тахини), а также фруктовые смузи. Сам Рекдал считает приготовление еды древней формой прикладной химии, наукой, которую люди практиковали тысячи лет.
8 добровольцев в течение трех дней ели блюда из либо сырых, либо прошедших тепловую обработку продуктов, после чего представляли образцы стула исследователям. Анализ микробиома показал, что, как и у мышей, различные режимы питания серьезно повлияли на микробов, живущих в кишечнике участников эксперимента. Впрочем, сами ученые прекрасно отдают себе отчет, что выборка была маленькой, а эксперимент длился очень недолго.
О мышах и людях
Понимание того, как именно тот или иной режим питания влияет на наш микробиом, может многое рассказать о том, как микробы, живущие в нашем кишечнике, могут помочь нам сбросить вес или иным образом положительно повлиять на здоровье. По словам Тернбо, его исследование поднимает интригующие вопросы: каким образом в течение многих тысячелетий микробиом человека адаптировался к культуре приготовления и потребления пищи; как именно еда повлияла на эволюцию наших микробов и были ли они полезны для выживания человека при дефиците еды.
Если термическая обработка – по крайней мере, это справедливо для крахмала – может изменить экологию кишечника, означает ли это, что люди начали влиять на свой микробиом как только научились печь картофель? Если наши предки сначала ели все в сыром виде, а затем стали готовить еду, вполне возможно, что некоторые задачи, которыми занимался их кишечный микробиом, отпали за ненадобностью, предполагает антрополог из Университета Невады Стефани Шнорр (она не принимала участие в исследовании). В результате этого бактерии могли утратить связанные с этими задачами гены или взять на себя новые роли.
Способность обитателей кишечника меняться и приспосабливаться к новым условиям явно была полезной для наших предков – она позволяла им выжить на одних корнеплодах (или мясе) в отсутствие другой еды. По словам доктора Кармоди, микробиом способен в короткий срок – в течение суток – максимизировать все наши ресурсы по усвоению даже низкокачественных продуктов.
Взаимоотношения между человеком и его микробиомом еще не изучены до конца. Известно, что если мышам пересадить человеческую микробиоту, то они, в целом, будут здоровы. Это может означать, что носитель и его микробы не всегда подходят друг к другу как ключ и замочная скважина. Но в некоторых ситуациях – если мышь заболеет – для выздоровления потребуется ее собственный микробиом. Это намекает на некую коэволюцию организма и его микробиома, говорит доктор Кармоди.
«Мы были крайне рады тому, что выяснили, что обработка еды оказывает эффект на микробиом как мышей, так и человека. Хотя, безусловно, отличия имеются. Мы очень заинтересованы в проведении более масштабного исследования на людях, чтобы понять, как на них повлияют изменения в рационе в долгосрочной перспективе», – делает вывод профессор Тернбо.