Плавучесть фекалий связали с кишечной микробиотой

От других факторов это свойство экскрементов не зависит

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.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Одинаковые мутации вызвали опухоли у людей и собак

Таков результат исследования 671 собачьей неоплазии

Американские биоинформатики и ветеринары исследовали, какие мутации наиболее характерны для злокачественных опухолей у домашних собак. Секвенирование 59 генов у 671 опухолей от собак 96 пород показало, что в основе онкогенеза у людей и собак зачастую лежат одинаковые изменения в одних и тех же участках генов. Благодаря такому сходству данные, полученные при анализе лечения собак, можно будет активнее использовать в рамках доклинических исследований протоколов лечения злокачественных новообразований у человека. Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports. Онкологические заболевания относятся к ведущим причинам ненасильственной смерти у домашних и бездомных собак. Большинство из них (за редкими исключениями) не передаются от животного к животному и обусловлены мутациями в протоонкогенах и опухолевых супрессорах. Патогенез некоторых опухолей собак, в частности, ангиосаркомы, меланомы и рака молочной железы, изучен лучше: про эти опухоли известно, что в их основе лежат нарушения работы тех же генов, что при возникновении таких же человеческих опухолей. Но всеобъемлющей базы мутаций в собачьих онкогенах до настоящего времени не существовало: ведь общее количество секвенированных собачьих опухолевых геномов исчисляется несколькими тысячами. Биоинформатики и ветеринары из Университетов Джорджии и Гарварда, возглавляемые профессором Ша Ин Чжао (Shaying Zhao), провели гистологическое исследование и секвенировали часть генома (экзоны 59 протоонкогенов и опухолевых супрессоров) 671 злокачественной опухоли домашних собак, относящихся к 96 разным породам. Самыми распространенными типами опухолей оказались ангиосаркома и саркома мягких тканей (в общей же сложности ученые обнаружили 23 вида злокачественных опухолей). В 59 генах было идентифицировано 543 уникальных соматических мутации (если доля мутантной последовательности кратна 50 или 100 процентов от всей ДНК этого гена в образце, то мутация была получена клеткой еще до образования опухолевого клона. «Некруглые» доли указывают на возникновение мутации уже в рамках соматической эволюции опухолевого клона). Профиль таких мутаций был связан с гистологическим типом опухоли и ее первичным очагом, но не с породой животного. Больше всего были распространены мутации в гене TP53, обнаруженные в 22,5 процента всех опухолей и в 46 процентах сарком. В этом и еще 11 генах исследователи обнаружили 18 локусов, в которых у разных животных независимо друг от друга возникали мутации. Ученые сопоставили эти горячие точки мутагенеза с результатами секвенирования 25 тысяч геномов человеческих опухолей. Восемь из выявленных точек, в генах TP53, PIK3CA, KRAS, NRAS, PTEN и BRAF, совпали у человеческих и собачьих опухолей. Данные, представленные группой профессора Чжао, составляют на сегодняшний день самый большой набор сиквенсов собачьих злокачественных опухолей. По словам авторов, сходство генетических изменений при онкогенезе у собак и людей позволит в будущем проводить доклинические исследования на собаках в рамках процедуры регистрации протоколов лечения человеческих неоплазий. Но до окончательного понимания того, насколько генетически похожи опухоли собак и людей, еще слишком далеко, ведь исследование американских ученых включало в себя только секвенирование малой части опухолевого экзома. Чем больше лекарств для таргетной терапии появляется в арсенале врачей, тем сложнее становится диагностика в онкологии. И пока одни ученые описывают, чем «рак-меццо-форте» отличается от «рака-пиано», другие ищут новые сенсоры для ранней диагностики рака. О том, насколько эффективен собачий нос в качестве такого сенсора, читайте в материале «Запах опухоли».