Одни и те же блюда коренные жители Севера едят всю жизнь без последствий, а гость нередко получает тяжёлое расстройство. Дело не в «крепости» желудка как мышцы. Внутри каждого из нас живут триллионы бактерий — микробиом кишечника, и именно они помогают расщеплять многое из того, что сам организм переварить не способен. Получается, переваривает пищу не только человек, но и целая невидимая экосистема внутри него — а она у каждого народа своя, настроенная поколениями под местную еду.
Звучит красиво, но как это доказали? Помог неожиданный пример — морские водоросли.
Учёный Хендрик Хееманн изучал морские бактерии, умеющие расщеплять особый сахар водорослей — порфиран. У человека фермента для него нет, переварить нори нам «нечем». Возник вопрос: если человек не умеет расщеплять порфиран, как же его веками без проблем едят японцы, для которых водоросли нори — повседневная еда?
Разгадка оказалась изящной: нужный ген нашли не у человека, а у кишечной бактерии Bacteroides plebeius, которая живёт у многих японцев. Бактерия когда-то «подобрала» этот ген у морских сородичей, попадавших в кишечник вместе с водорослями (так называемый горизонтальный перенос генов), — и теперь расщепляет порфиран за хозяина1. Вывод важный: к новой еде адаптируется не столько сам человек, сколько экосистема бактерий внутри него.
А что происходит у гостя, у которого такой способности нет? Всё, что не расщеплено и не всосано в тонкой кишке, доходит до толстой, где живут бактерии. Они сбраживают остаток, и получаются газы (водород, углекислый газ) и короткоцепочечные кислоты. Нерасщеплённые сахара и кислоты по осмосу удерживают воду в просвете кишки. Газ даёт вздутие и боль, лишняя вода — жидкий стул.
Так же микробиом подстраивается под клетчатку, молоко, ферментированные продукты у разных народов. И даже наши собственные гены подыграли диете: способность взрослых переваривать молоко (лактозу) закрепилась там, где издавна держали скот. Питание и пищеварение — это всегда дуэт человека и его микробов.
Ген расщепления порфирана (фермент порфираназа) обнаружен у кишечной бактерии Bacteroides plebeius — пример горизонтального переноса генов от морских бактерий к кишечным у людей, традиционно потребляющих водоросли (Hehemann et al., Nature, 2010). ↩
Откуда у японцев ген, которого нет у европейцев История началась с наблюдения, которое долго не могли объяснить: японцы усваивают морские водоросли — нори, из которых крутят суши, — заметно полнее европейцев. Человеческий геном тут ни при чём: ферментов для порфирана, главного полисахарида красных водорослей, у человека нет ни у кого.
Разгадку нашли в 2010 году, разбирая бактерию Zobellia galactanivorans, живущую на самих водорослях. У неё оказался фермент порфираназа, разрезающий порфиран. Затем тот же ген нашли в кишечных бактериях японцев — у Bacteroides plebeius, которая в море не живёт и порфиран встречает только на тарелке. В образцах кишечной микробиоты североамериканцев ген не обнаружился ни разу.
Объяснение — горизонтальный перенос генов: бактерия с водоросли попала в кишечник вместе с едой и передала свой ген местному жителю кишечника. Для бактерий это обычное дело, у них наследование не сводится к делению: ген может переехать с плазмидой, с вирусом-бактериофагом или быть подобран прямо из среды.
Цифры, которые делают разницу осязаемой В кишечнике взрослого человека порядка $10^{13}$–$10^{14}$ бактериальных клеток — величина того же порядка, что и число собственных клеток тела. Их суммарный геном содержит в сотни раз больше генов, чем человеческий: около 20 тысяч наших против нескольких миллионов бактериальных. Именно поэтому набор доступных химических превращений задаётся не столько нашей наследственностью, сколько составом этого сообщества, а он меняется вместе с едой — за дни, а не за поколения1.
Похожая картина у молока. Способность взрослого расщеплять лактозу — уже не бактериальный, а человеческий признак, мутация в регуляторной области гена лактазы. У народов с давней молочной историей — северных европейцев, многих скотоводов Африки и Аравии — она встречается у 80–100 % взрослых, в Восточной и Юго-Восточной Азии — у 3–28 %. Но скотоводство признак не гарантирует: у монголов-скотоводов его находят лишь у 12 % взрослых, у суданских динка — у 25 %. Здесь эволюция шла по человеческому геному и заняла тысячи лет; в случае водорослей всё решилось на уровне микробов и куда быстрее. Для северо-востока Сибири, где лежит Якутия, обзор 2024 года даёт частоту «гиполактазного» аллеля C около 93 % (92,9 ± 2,3 %): способность взрослых переваривать молоко там встречается заметно реже, чем в Северной Европе2. Данных именно по якутам в этом обзоре не нашлось.
О чём спорят Насколько вообще важен горизонтальный перенос в кишечнике человека — предмет дискуссии. Одни группы считают порфираназу редким исключением, другие находят следы переносов регулярно и говорят, что это рабочий механизм приспособления к новой пище. От ответа зависит и практический вопрос: можно ли «подсадить» человеку способность усваивать что-то новое, изменив микробиоту, — или наследственность бактерий устроена консервативнее, чем кажется.
Проверяемый вопрос Если способность усваивать водоросли передаётся с микробиотой, а не с генами человека, то что должно происходить с ребёнком японских родителей, выросшим в Европе на европейской кухне, — и как это проверить, не заглядывая в его геном?
David L. A. et al. Diet rapidly and reproducibly alters the human gut microbiome. Nature 505:559–563, 2014 (PMC3957428): короткая диета из одних животных или одних растительных продуктов меняла состав кишечного сообщества и работу его генов. ↩
Malyarchuk B. A. Genetic aspects of lactase deficiency in indigenous populations of Siberia. Vavilov Journal of Genetics and Breeding 28(6):650–658, 2024 (PMC11491482): частота варианта rs4988235-C, связанного с гиполактазией, 92,9 ± 2,3 % на северо-востоке Сибири. ↩
Научно-популярный туризм