Во время экспериментов с гнотобиотическими мышами, которые с рождения содержатся в стерильных условиях и ни разу в жизни не встречаются с микробами, исследователи заметили, что ни один из образцов фекалий таких стерильных животных не плавает, а сразу тонет. И это натолкнуло их на интересную мысль.
Сотрудникам отделений экспериментальной патологии, гастроэнтерологии и лабораторной медицины американской клиники Мэйо — одного из крупнейших частных медицинских и исследовательских центров в мире — удалось найти ответ на давний вопрос: почему в одном случае кал запросто смывается водой, а в другом продолжает плавать?
Примерно до 1970-х специалисты были уверены, что это связано с количеством жира, содержащегося в фекалиях. Причем его избыток в кале (более семи граммов в сутки) — стеаторея — указывает на нарушения процессов пищеварения и всасывания. Однако, по словам ученых, кал более чем у десяти процентов даже здоровых людей плавает, и это не связано с какой-либо конкретной патологией. Предыдущие исследования показали, что разница в так называемой фекальной флотации связана и с количеством газа. Тем не менее не было ясно, почему экскременты одних людей содержат больше газа и для них характерна большая плавучесть, чем других?
Как отмечают авторы новой работы, опубликованной в журнале Scientific Reports, фекалии — прекрасный образец для изучения кишечной микрофлоры. Они представляют собой крупнейший резервуар микроорганизмов, порядка 100 миллиардов на грамм. У здорового взрослого человека кишечные газы, продуцируемые эндогенными микроорганизмами — в частности, метан, сульфид водорода, аммиак, — составляют лишь малое количество по сравнению с основной массой газов, преимущественно кислорода, азота и углекислого газа, ежедневно образующихся в кишечнике. Толстая кишка служит основным источником эндогенных газов из-за более высокой плотности микробиоты, которая ферментирует продукты, содержащие плохо перевариваемые углеводы.
Эти ферментированные газы накапливаются и периодически выделяются, но могут и задерживаться в фекальной биомассе, тем самым снижая удельный вес кала. Следовательно, на вес фекалий могут влиять образ жизни, пища, состав воды и газа, а также микрофлора кишечника.
Исследуя микробиом гнотобиотических мышей, живущих в стерильных камерах, ученые «по счастливой случайности» обнаружили, что фекалии таких лабораторных грызунов и их сородичей, колонизированных кишечными бактериями, ведут себя по-разному в воде. Оказалось, удельный вес экскрементов мышей, которые не содержались в стерильных условиях, значительно ниже, поэтому они плавали, а не тонули.
«Мы использовали эти различия для проверки новым методом, а именно — тестом levô in fimo (LIFT), чтобы отличить тонущие фекальные шарики стерильных мышей от плавающих фекальных шариков мышей, колонизированных кишечными бактериями. Вводя микроорганизмы в кишечник стерильных грызунов, нам удалось физически менять свойства фекалий с «тонущих» на «плавающие», — рассказали ученые.
Из этого они сделали вывод, что «флотация фекалий» связана с микробиомом и природой самих микроорганизмов — некоторые производят больше газа, чем другие.
Кишечник здоровой мыши содержит 37 основных родов бактерий, которые влияют на метаболизм хозяина и иммунную систему. Бактероиды (Bacteroides) — грамотрицательные анаэробные палочковидные бактерии — один из преобладающих основных родов в образцах фекалий как мышей, так и человека. И именно представители этого рода, в том числе B. ovatus и B. fragilis, производят водород и углекислый газ, а первые еще известны как провоцирующие метеоризм у людей.
«Метагеномный анализ фекалий мышей помог выявить четыре газогенных вида рода Bacteroides. Фактически мы выделяем Bacteroides ovatus как наиболее представленный в нашем анализе вид. Кроме того, мы идентифицировали Bacteroides fragilis», — уточнили исследователи.
Конечно, чтобы точнее определить различные микробные сообщества, производящие больше газов, а также понять, какое их количество становится решающим фактором для плавучести фекалий у грызунов и людей, потребуются дополнительные исследования. Кроме того, остается нерешенным вопрос: связано ли все вышеперечисленное с функциональными заболеваниями кишечника?