Метаногены: археи, стоящие за метановыми газами
Не все кишечные газы производят бактерии. Группа древних одноклеточных организмов, называемых метаногенами, тихо превращает водород в метан глубоко в кишечнике человека, влияя на то, как пахнут газы, всплывают ли они и даже насколько быстро движется кишечник.
Что такое метаногены?
Метаногены — это микроорганизмы, относящиеся к домену архей, а не бактерий, эволюционно очень древняя линия, процветающая в бескислородных средах: на болотах, рисовых полях, у глубоководных источников и в пищеварительном тракте животных. В толстой кишке человека преобладающим метаногеном является Methanobrevibacter smithii, который у некоторых людей может составлять до десяти процентов всех анаэробных микробов. В отличие от бактерий, сбраживающих нашу пищу, метаногены не расщепляют углеводы напрямую. Вместо этого они выживают, потребляя побочные продукты бактериального брожения, прежде всего водород и углекислый газ, и соединяя их в метан. Это метаболическое сотрудничество, называемое синтрофией, удерживает уровень водорода низким и позволяет всему микробному сообществу работать эффективнее. Примерно от тридцати до пятидесяти процентов взрослых носят достаточно метаногенов, чтобы в их дыхании и газах определялся измеримый метан.
Как в кишечнике образуется метан
Биохимия образования метана, называемая метаногенезом, — один из древнейших энергообразующих путей на Земле. Methanobrevibacter smithii берёт четыре молекулы водорода и одну углекислого газа и через ряд управляемых ферментами этапов с участием кофактора кофермента M производит одну молекулу метана и воду. Непрерывно откачивая водород, метаногены не дают ему накапливаться; иначе высокие концентрации водорода сильно замедлили бы бактериальное брожение. В результате кишечная экосистема становится спокойнее и эффективнее. Сам метан бесцветен и не имеет запаха, поэтому богатые метаном газы — не из числа зловонных; вонь дают соединения серы, которые производят совсем другие микробы. Поскольку метан легче воздуха, но смешивается с более тяжёлыми кишечными газами, активность метаногенов влияет также на плавучесть и звучание газов.
Метаногены, запор и здоровье
Учёные всё чаще связывают обилие кишечных метаногенов с более медленным транзитом. Метан, по-видимому, действует непосредственно на гладкую мускулатуру кишечника, снижая скорость перистальтики и способствуя запору. Из этой связи возник признанный клинический паттерн — так называемый избыточный рост кишечных метаногенов, или IMO, который диагностируют, когда дыхательный тест показывает повышенный метан. IMO часто встречается у людей с синдромом раздражённого кишечника с преобладанием запора и сопровождается вздутием и ощущением неполного опорожнения. Некоторые исследования сообщают также о связях между уровнем метаногенов и массой тела, хотя данные остаются противоречивыми и далеко не окончательными. Подтверждённый IMO врачи могут лечить специальными антибиотиками, действующими как на бактерии, так и на археи, иногда вместе с изменениями в питании. Важно помнить: носить метаногенов — совершенно нормально для большой части здоровых людей, и само по себе это не означает болезни.
Как измеряют метан и управляют им
Стандартный способ выявить кишечные метаногены — водородно-метановый дыхательный тест, при котором человек выпивает сахарный раствор, а затем через заданные промежутки выдыхает в прибор. Поскольку часть метана, образовавшегося в толстой кишке, всасывается в кровь и выводится через лёгкие, концентрация в выдохе даёт удобное окно в активность архей. Управление избытком метана обычно начинается с питания: снижение сбраживаемых углеводов с помощью подхода с низким содержанием FODMAP уменьшает поступление водорода, от которого зависят метаногены. Регулярная физическая активность и достаточное питьё поддерживают здоровый транзит и тем самым косвенно ограничивают запорное действие метана. Пробиотики и некоторые растительные соединения изучаются на предмет способности влиять на популяции метаногенов, но ни одно средство не подходит всем. Для большинства людей производящие метан археи — просто естественная, пожизненная часть сбалансированного микробиома.
А вы знали?
- Метаногены относятся к домену архей — ветви жизни, настолько же отличной от бактерий, насколько животные отличаются от растений.
- Сам метан не имеет запаха, поэтому богатые метаном газы — одни из наименее пахучих.
- Высокий метан в дыхательном тесте — одна из подсказок, по которым врачи диагностируют синдром раздражённого кишечника с запором.
- Methanobrevibacter smithii часто является самой многочисленной археей из всех, живущих в теле человека.
Интересный факт
Газ метан может заставлять стул всплывать, а не тонуть, поэтому люди, производящие много метана, чаще замечают, что их стул плавает на поверхности.
Источники
- Triantafyllou K, Chang C, Pimentel M, Methanogens, Methane and Gastrointestinal Motility, Journal of Neurogastroenterology and Motility, 2014
- Samuel BS et al., Genomic and metabolic adaptations of Methanobrevibacter smithii to the human gut, PNAS, 2007
- Pimentel M et al., Methane Production During Lactulose Breath Test Is Associated with Gastrointestinal Disease, Digestive Diseases and Sciences, 2003