За последние два года подход к лечению психических и нейродегенеративных заболеваний кардинально изменился. Сама болезнь стала рассматриваться не как «сбой какого-то одного факторов», а как комплексное расстройство. И подходы к лечению становятся такими же комплексными. А их первичная цель находится далеко за пределами мозга.  В случае с болезнью Альцгеймера, кето-диета работает сразу по нескольким направлениям. И вот каким именно.

Генетика, болезнь Альцгеймера и кето-диета

Новое исследование показывает, что кетогенная диета с высоким содержанием жиров и низким содержанием углеводов может защитить мозг от ранних изменений, характерных для болезни Альцгеймера, у людей с генетическим риском. Такая диета восстанавливает баланс кишечных бактерий и энергетический обмен веществ мозга.

У носителей варианта гена APOE4 наблюдается самый высокий генетический риск развития болезни Альцгеймера (БА), болезни, которую пока что можно только замедлить, но не остановить. Также, еще задолго до появления первых симптомов, у носителей APOE4 нарушается метаболизм глюкозы в мозге, меняется состав микробиома кишечника и прослеживается повышенный уровень окислительного стресса, той самой «ржавчины» клеток.

Ученые из Университета Миссури (MU), сосредоточились вокруг иной гипотезы. Может ли кетогенная диета, которая переключает источник питания организма с глюкозы на кетоны, улучшить метаболизм мозга и здоровье кишечника у молодых мышей с APOE4, которые напрямую относятся к «группе риска». Также, это не первый случай, когда кето-диету связывают с улучшением работы мозга. В частности, этот же вид диеты положительно коррелирует с состоянием человека при биполярном расстройстве.

Когда мы едим углеводы, наш мозг преобразует глюкозу в необходимое себе топливо, но у носителей гена APOE4, особенно у женщин, возникают трудности с преобразованием глюкозы в чистую энергию для мозга, и это тянет за собой спад когнитивных функций в будущем. При переходе на кето-диету вырабатываются кетоны, которые используются в качестве альтернативного источника энергии. Это способно снизить риск развития болезни Альцгеймера, сохраняя здоровье клеток мозга.

Аспирантка университета Миссури Кира Иванич, ведущий автор исследования.

Наглядный эффект кето-диеты

Исследователи взяли 59 генетически модифицированных мышей мужского и женского пола, экспрессирующих или вариант человеческого гена APOE3 (нейтральный риск), или APOE4 (высокий риск). Мышей разделили на две группы, по типу рациона: обычное питание в контрольной группе, кето-диета в экспериментальной группе. Мышей держали на измененном рационе 16 недель, начиная с 12-недельного возраста.

Затем ученые использовали метод дробовой метагеномики для измерения изменений в составе и разнообразии микробиома кишечника. А также метод целевой метаболомики мозга для количественной оценки сотен метаболитов мозга, связанных с выработкой энергии, нейротрансмиттерами и окислительным балансом.

Статистические корреляции использовались для изучения связи между специфическими кишечными микробами и химическими изменениями в мозге. Используемая кето-диета включала 75% жиров, 8,6% белков и чуть более 3% углеводов.

Первые результаты кето-диеты

У самок мышей в группе высокого риска APOE4 на обычной диете снизилось бактериальное разнообразие микробиома кишечника – это ясный маркер плохого состояния кишечника. А через 16 недель кетогенной диеты разнообразие микробиома восстановилось.

Кето-диета коррелировала с ростом количества полезных бактерий Lactobacillus и уменьшением количества потенциально вредных, таких как Bacteroides intestinalis. Эти виды Lactobacillus были связаны с более высоким уровнем полезных метаболитов мозга, в то время как Bacteroides intestinalis был связан с более низким уровнем полезных метаболитов в мозге.

У всё тех же мышей APOE4 но в контрольной выборке наблюдалось снижение уровня ключевых метаболитов мозга, включая промежуточные продукты цикла трикарбоновых кислот, а они критически важны для митохондриальной энергизации. Природу психических заболеваний в тесной связке со здоровьем митохондрий разбирал в комплексном переводе лекций Эндрю Губермана: в этом и этом материалах.

Работа митохондрий клеток напрямую сказывается на производстве и чувствительности к нейромедиаторам, таким как глутамат, ГАМК и дофамин, а также к работе антиоксидантов. Кето-диета восстановила дефициты нейромедиаторов, особенно у самок мышей в группе APOE4, нормализовав большинство метаболитов в мозге до уровней, наблюдаемых в выборке APOE3.

Кето-диета полезна, но именно когда есть расстройство

Самки мышей в экспериментальной группе APOE4 дали наиболее выраженный положительный ответ на кето-диету. У самцов мышей и мышей APOE3 тоже наблюдались изменения микробиома кишечника, но это повлекло куда менее выраженное улучшение метаболизма мозга. Это указывает на гендерную специфичность метаболической уязвимости у носителей APOE4 и большую пользу таких вмешательств, как кето-диета, для самок.

Само собой, у исследования есть свои ограничения. Наиболее очевидное – исследование на мышах, поэтому результаты пока нельзя напрямую применить к людям. Концентрации метаболитов в мозге измерялись относительно, а не в абсолютных значениях. Исследование носило корреляционный характер, демонстрируя взаимосвязи, но не доказывая причинно-следственную связь между рационом питания, микробами и биохимией мозга. Кроме того, в исследовании не проверялись поведение и когнитивные функции, поэтому мы не знаем, приводят ли улучшения метаболизма к улучшению памяти или других функций.

Тем не менее, результаты подчеркивают влияние питания на здоровье и подчеркивают важность персонализированной медицины.

Вместо того, чтобы ожидать, что одно решение подойдет всем, возможно, лучше учитывать множество факторов, включая генотип, микробиом кишечника, пол и возраст. Поскольку симптомы болезни Альцгеймера, которые, как правило, необратимы после начала, обычно проявляются после 65 лет, о сохранении здоровья мозга следует думать задолго до этого, поэтому мы надеемся, что наше исследование сможет дать надежду многим людям благодаря раннему вмешательству.

Соавтор исследования Ай-Лин Линь, профессор медицинского факультета Университета Монреаля.

Что в итоге. Если вы здоровы, ваш мозг работает отлично, и вы довольны своим рационом, то бросаться с головой в кето-диету будет опрометчиво. Мягко говоря. А вот если есть предпосылки негативных маркеров, то стоит не столько искать волшебную таблетку, сколько пересмотреть комплексное отношение к жизни.

Про образ жизни, поведенческие паттерны, действующие вещества и многое другое, что служит во благо мозгу, психике и личной эффективности – читайте в материалах Neural Hack. Подписывайтесь, чтобы не пропускать свежие статьи!

Когда я писал первые статьи, то основной акцент «биохакинга» был направлен на фокус, внимание и работу мозга. Мнение, что можно разгонять органы или функции тела по аналогии к запчастям ПК – очень соблазнительно. Но, как показывает практика, секрет не в пиковом разгоне. Суть в том, чтобы синхронизировать всё, что происходит внутри тела. И, как показывает новое исследование, эта синхронизация куда глубже, чем кажется!

Согласно с новым исследованием, наш кишечный микробиом и наши гены постоянно взаимодействуют друг с другом, обуславливая здоровое функционирование. Успешность этой синхронизации влияет на всё: от работы иммунитета до воспалительных процессов и риска возрастных заболеваний. Понимание принципов этого партнёрства способно изменить существующие методы профилактики и лечения заболеваний.

Микробиом и биохакинг

Благодаря постоянно растущему количеству исследований о микробиоме мы все больше узнаем о важности триллионов бактерий и микробов, из которых состоит наш кишечный микробиом. А также о том, как они в совокупности влияют как на физическое самочувствие, так и на психическое.

В новой работе, исследователи из Гавайского университета в Маноа (UH Mānoa) сосредоточились на связи микробиома и эпигенома. Грубо говоря, эпигеном — это химические метки на ДНК и РНК, которые включают или выключают гены, не меняя сам генетический код.

Понимая, как кишечный микробиом влияет на наши гены, мы можем разрабатывать новые способы профилактики заболеваний и укрепления здоровья, что приблизит нас к персонализированной медицине.

Соавтор исследования Алика Маунакеа, доктор философии, профессор кафедры анатомии, биохимии и физиологии Гавайского университета в Маноа.

Поскольку это обзорное исследование, ученые не проводили оригинальных экспериментов. Вместо этого они обобщили и проанализировали результаты научной литературы по микробиологии, генетике и эпигенетике.

Точечный биохакинг микробиома

Основное внимание уделялось механистическим исследованиям на животных моделях. Особый интерес представляют мыши со стерильно чистым микробиомом и мыши, колонизированные бактериями.

Также изучались лабораторные эксперименты на клетках и органоидах человека, и новые клинические испытания с использованием вмешательств, направленных на микробиом.

Все это дало ученым возможность сделать простые выводы. Во-первых, микробиом влияет на эпигенетику хозяина. Во-вторых, эпигенетика хозяина формирует микробиом.

Подробнее про генетику и микробиом

Исследователи обнаружили, что крошечные организмы, живущие в нашем кишечнике, не только помогают переваривать пищу, но и влияют на поведение генов. Это происходит НЕ путём изменения нашей ДНК, а через отправку сигналов, которые включают или выключают определённые гены. И вот как именно:

• Микробиом питает наш генный аппарат. Некоторые кишечные бактерии вырабатывают необходимые витамины, которые клетки используют как топливо для управления активностью генов. Без достаточного количества этих помощников система производства клеточной энергии работает не так гладко.

• Микробиом синтезирует химических посредников. Расщепляя пищу, микробиом производит небольшие молекулы, включая короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК), витамины и другие малые молекулы, которые перемещаются по организму и действуют как мягкие «толчки» для наших клеток, стимулируя активность одних генов и успокаивая другие.

• Микробиом обучает нашу иммунную систему. Формируя работу определённых иммунных генов, кишечные бактерии помогают организму различать полезных микробов и вредоносных захватчиков. Это помогает контролировать воспалительные процессы и предотвращать чрезмерный ответ иммунной системы.

• Микробиом более тонко настраивает воспалительный ответ. Некоторые из этих микробных сигналов помогают активировать специфические иммунные клетки, задача которых — уменьшить воспалительную реакцию. А это поддерживает здоровье и кишечника, и всего организма.

Короче говоря, кишечный микробиом работает как команда крошечных биохимических тренеров. Они не переписывают ваш генетический код, но влияют на то, как он считываются и когда отдаются определенные команды.

Двусторонняя связь между микробиомом и генами

Исследователи также обнаружили двустороннюю природу этой формы связи. То, как микробиом влияет на поведение наших генов, сам организм формирует условия, помогая выгодным колониям бактерий жить и процветать внутри нас. Это выглядит как двусторонний диалог, в котором обе стороны постоянно подстраиваются друг под друга. Как мы сами можем на это повлиять?

• Мы задаём тонус. Химические «переключатели», управляющие работой наших генов, могут сделать кишечник более или менее благоприятной средой для определённых микробов. Небольшое изменение в поведении наших клеток может склонить чашу весов в пользу одного типа бактерий.

• Наши гены формируют иммиграционную политику. ДНК некоторых людей естественным образом способствует росту конкретных бактерий. Это одна из причин, почему кишечный микробиом каждого человека уникален.

• Наш выбор имеет значение. Такие факторы образа жизни, как: питание, физические упражнения, сон и стресс, меняют эпигенетические паттерны, и эти изменения распространяются на всё микробное сообщество. Например, хронический стресс может спровоцировать химические изменения в наших клетках, что приводит к росту числа «воспалительных» бактерий.

• Мы эволюционируем вместе. С возрастом или изменением окружающей среды наш эпигенетический ландшафт меняется. Микробы реагируют на это, перестраивая свою популяцию, поддерживая динамичность и адаптивность партнёрства.

Другими словами, мы не пассивные хозяева для кишечной микрофлоры. Наш организм помогает формировать и поддерживать микрофлору, живущую внутри нас, и эта микрофлора, в свою очередь, продолжает влиять на наше здоровье.

Корреляции и каузации микробиома и образа жизни

Большинство исследований выявили корреляции, но не смогли полностью объяснить, как конкретные колонии вызывают эпигенетические изменения. Это означает, что мы до сих пор не до конца понимаем, вызывает ли наличие конкретной колонии микробов эти изменения генов, или это просто корреляции. Другие нюансы связаны с тем, что результаты получены на мышах или упрощённых клеточных культурах, которые не отражают всю сложность биологии человека. Кроме того, большинство исследований охватывало ограниченные популяции. Эпигенетические и микробиомные профили значительно различаются в зависимости от этнической принадлежности, рациона и окружающей среды. И формирую разные паттерны поведения.

Нам еще многое предстоит узнать о молекулярных деталях этого взаимодействия микробиома и эпигенома. Но этот обзор ценен тем, что подчёркивает потенциал прецизионной медицины, основанной на данных по микробиому. Параллельное картирование микробиома и эпигенома человека позволит медикам эффективнее прогнозировать риски заболеваний и разрабатывать индивидуальные методы лечения — от персонализированного питания и иммунотерапии до эпигенетически направленной терапии рака.

Кто знает? Основываясь на этих результатах, вполне возможно, что однажды ваш врач назначит вам определённые продукты питания или пробиотические штаммы, чтобы восстановить ваши эпигенетические паттерны и снизить риск хронических заболеваний. Это ли не биохакинг?

Больше подобных материалов, о мозге, функциональном продлении жизни, питании и привычках – в сообществе Neural Hack. Подписывайтесь, чтобы не пропускать свежие статьи!