Кишечная микробиота помогает большим пандам накапливать жир на бамбуковой диете

Китайские ученые установили, что в кишечнике больших панд в сезон поедания побегов бамбука изменяется состав бактерий и увеличается число Clostridium butyricum, продуцирующих масляную кислоту. Трансплантация мышам фекальной микробиоты панд, собранной в сезон побегов, вызвала схожую перестройку бактериального состава, что повлияло на экспрессию циркадного гена Per2 и липидный обмен грызунов.

Credit:

Пресс-релиз | Fuwen Wei | CC BY-SA

Исследовательская команда, возглавляемая учеными из Китайской академии наук, показала, что изменение микробиоты кишечника в сезон роста бамбуковых побегов позволяет большим пандам Ailuropoda melanoleuca накапливать больше жира, запасов которого хватает и на менее питательный период роста листьев.

Большие панды умиляют пухлостью, причем сохраняют свои формы и здоровье на диете из бамбуковых листьев, богатых волокнами, но не питательными веществами. Лишь с апреля по август медведи поедают молодые побеги бамбука, содержащие белки и углеводы. Именно в этот период большие панды набирают вес, а также, согласно исследованиям, изменяется состав микробиоты в их кишечниках.

Бамбуковые медведи не единственные животные, у которых обнаружены сезонные колебания кишечной микробиоты. Подобные изменения происходят у некоторых приматов, чей рацион изменяется в течение года, а среди людей — у народа хадза, проживающего в Танзании и добывающего еду охотой и собирательством.

Авторы нового исследования оценили влияние микробиоты на метаболизм больших панд, которое до сих пор оставалось мало изученным. Исследователи собрали образцы фекалий от 8 медведей, обитающих в горах Циньлин, в периоды поедания листьев или молодых побегов бамбука. Бактериальный состав кишечника панд в разные сезоны оценили при помощи метапротеомного анализа собранных образцов и сравнили с результатами метагеномного секвенирования.

Ученые обнаружили, что кишечная микробиота медведей включает роды Clostridium, Cellulosilyticum, Escherichia и Turicibacter. При этом численность рода Clostridium увеличивалась в кишечнике панд в период питания побегами. В частности, количество бактерии Clostridium butyricum и концентрация ее продукта — масляной числоты возрастали в каловых массах, полученных в сезон развития побегов.

Также исследователи обратили внимание, что белки, синтез которых был активен при поедании побегов либо листьев бамбука, вовлечены в метаболизм углеводов, аминокислот и т.д. Сами метаболические пути различались в зависимости от сезона.

Дальнейшую часть работы ученые провели на мышиной модели, поскольку эксперименты на больших пандах в природе затруднены. Для этого использовали свободных от нормальных и патогенных микроорганизмов мышей (germ-free mice): одной группе трансплантировали фекальную микробиоту больших панд в период питания листьями, второй – в период питания побегами. Третью группу — контроль — оставили без трансплантации. За неделю до и в течение трех недель после пересадки грызунов содержали на бамбуковой диете, обогащенной микроэлементами.

Различия в бактериальном составе кишечника мышей после трансплантации соответствовали сезонным изменениям в кишечнике медведей. Мыши с микробиотой больших панд, характерной для периода побегов, набрали значительно больший вес и накапливали больше жира, хотя потребляли те же количества пищи, что и грызуны из других групп.

Состав кишечных бактерий оказывал влияние на липидный обмен мышей. Так, содержание ряда фосфолипидов и линолевой кислоты в клетках печени и плазме крови было выше у мышей с микробиотой, характерной для периода потребления побегов бамбука. Схожая тенденция была обнаружена при исследовании крови панд, проживающих в неволе.

Кишечная микробиота повлияла на экспрессию генов, связанных с циркадными ритмами (Bmal1, Per2, Cry1) и метаболизмом липидов (Maff, Nrg4, Slc2a4, Wee1, Hsd3b1), в клетках печени и почек мышей. У грызунов с микробиотой панд в сезон листьев оказалась высокой активность Bmal1, с микробиотой в сезон побегов — генов Per2 и Cry1, а также генов липидного обмена. Известно, что гены циркадных ритмов играют важную роль в регуляции физиологических процессов. Интересно, что усиление экспрессии Per2 запускает синтез и накопление липидов, и к этому может быть причастна масляная кислота, продукт обмена Clostridium butyricum.

Таким образом, сезонные колебания микробиоты кишечника больших панд синхронизируют периферические молекулярные часы, что изменяет липидный обмен и позволяет животным адаптироваться к рациону с низкими содержанием жиров. Исследователи планируют составить карту микроорганизмов в кишечнике бамбуковых медведей и выяснить их значение для здоровья животного. Это очень важно, по мнению ученых, поскольку позволит лечить некоторые заболевания с помощью пробиотических организмов.

Источник

Huang G., et al. // Seasonal shift of the gut microbiome synchronizes host peripheral circadian rhythm for physiological adaptation to a low-fat diet in the giant panda. // Cell Reports, 38, 3, 2021, published 18 January 2022. DOI: 10.1016/j.celrep.2021.110203

Добавить в избранное

Вам будет интересно