Плавучесть фекалий связали с кишечной микробиотой

Американские исследователи разобрались, почему некоторые фекалии тонут в воде, а другие плавают на поверхности. По данным экспериментов на мышах, за это отвечает исключительно состав кишечной микробиоты. Отчет о работе опубликован в журнале Scientific Reports.

Фекалии 10–15 процентов людей плавают на поверхности воды, причем это не связано с каким-либо патологическим состоянием. Среди людей с функциональными расстройствами кишечника эта пропорция возрастает примерно до каждого четвертого. Исторически считалось, что плавучесть кала обусловлена высоким содержанием в нем жиров, однако в 1972 году гастроэнтеролог из Университета Миннесоты Майкл Левитт (Michael Levitt) и его студент Уильям Дуэйн (William Duane) в экспериментах со стулом 39 человек (в том числе шести пациентов со стеатореей) показали, что при удалении газов тонут даже жирные фекалии. Происхождение газовой составляющей исследователи не уточнили, и этот вопрос, имеющий потенциал клинического применения, оставался открытым до сих пор.

Чтобы разобраться в нем, сотрудники Клинике Мейо в Рочестере, штат Миннесота, под руководством Нагараджана Каннана (Nagarajan Kannan) использовали обычных C57BL/6 (B6) и гнотобиотических (рожденных и выращенных в асептических условиях, не имеющих микробиома) мышей. Некоторым из последних кишечник заселили микробиотой путем однократного внутрижелудочного введения препарата либо фекалий обычных мышей, либо одной из двух здоровых женщин, либо позволив контактировать с бактериями окружающей среды. Стерильность кала безмикробных мышей и успешную колонизацию кишечника остальных подтвердили полимеразной цепной реакцией, сканирующей электронной микроскопией и измерением концентрации бактериальной ДНК (показатель плотности микробиоты).

Проточная цитометрия показала, что количество непереваренных частиц пищевой биомассы находится в обратной зависимости от плотности кишечной микробиоты. При термогравиметрии кал безмикробных мышей отличался от остальных образцов по меньшей мере в трех температурных интервалах, пикнометрия выявила его значительное превосходство по относительной плотности. По форме, размерам и цвету стул во всех группах животных не различался.

Для оценки плавучести фекалий исследователи воспользовались разработанным ими ранее простым тестом LIFT — levô in fimo (в буквальном переводе с латыни «поднятие в навозе») test. Он заключается в помещении фрагментов кала в воду и раствор фиксажа Трампа (10 процентов формальдегида и один процент глутаральдегида) в фосфатном буфере (TFS) с последующей регистрацией их положения (на дне или поверхности) спустя минуту, час и сутки. Выяснилось, что все пробы от безмикробных мышей тонут в воде и TFS менее чем за минуту, в то время как примерно половина колонизированных бактериями образцов остается на поверхности воды и все они продолжают плавать в TFS через сутки.

Также авторы работы проводили одновременно LIFT и определение плотности микробиоты у гнотобиотических мышей до внутрижелудочной колонизации (все фекалии тонули, бактериальная ДНК практически не определялась) и после нее еженедельно в течение 12 недель. К третьей неделе при всех способах формирования микробиоты (пересадкой от мышей и людей, из нестерильной окружающей среды) концентрация ДНК в цельном стуле начала стабилизироваться на уровне более 10 тысяч нанограммов на миллиграмм, с этого времени все биообразцы плавали.

Метагеномный анализ кишечной микробиоты обычных, искусственно колонизированных гнотобиотических и их донорских мышей выявил 13 доминирующих видов газогенных бактерий из 11 родов, причем их состав у разных животных был крайне неоднородным. Наиболее распространенной оказалась метанпродуцирующая Bacteroides ovatus, связанная, как показано ранее, с повышенным риском флатуленции у людей.

Таким образом, плавучесть фекалий зависит исключительно от производимых микробиотой газов; проглоченный воздух и химический состав плотного вещества стула роли в этом не играют, заключил Каннан.

В 2019 году сотрудники Университета Тафтса сообщили, что трансплантация кала от физически крепких пожилых людей существенно увеличила силу хвата мышей. Тогда же бельгийско-нидерландская научная группа показала, что кишечная микробиота влияет на качество жизни и риск развития депрессии. В свою очередь видовой состав бактерий в желудочно-кишечном тракте зависит как минимум от 69 основных факторов, в том числе таких неочевидных как мнение о собственной массе тела и планы по ее снижению, предпочтения в сортах шоколада и прием антидепрессантов — к таким выводам пришли нидерландские, бельгийские, российские и британские ученые.

О том, какие разнообразные применения находят экскременты в живой природе, можно почитать в блоге «Это норма: об инструментальной пользе фекалий». Вопросы, связанные с трансплантологией кала подробно разбирает доктор биологических наук, профессор Михаил Гельфанд.