В попытке исследовать эволюцию микрофлоры кишечника собак, учёные проанализировали метагеном 13 собак. Которые жили около 3600-3450 лет назад. Их останки были найдены в процессе археологических раскопок бронзового века в Солароло (Италия), где располагалась высокоорганизованная сельскохозяйственная община.
Микрофлора собак из Солароло была похожа на микрофлору современных собак, но она также имела некоторые общие черты с микрофлорой диких волков, являясь своего рода промежуточным звеном между ними.
Собаки из Солароло были всеядны, об этом свидетельствуют следы крахмалосодержащих сельскохозяйственных продуктов в их кишечнике.
Интересно, что микрофлора кишечника собак из Solarolo была особенно обогащена последовательностями, кодирующими альфа-амилазу, и дополнялась низким числом копий гена амилазы хозяина. Эти находки позволяют предположить, что собаки эпохи неолита могли отреагировать на переход к рациону, богатому крахмалом, расширением функциональных возможностей микрофлоры (микроорганизмов в кишечнике), отвечающих за катаболизм крахмала, компенсируя таким образом замедленную реакцию организма.
Катаболизм крахмала — это совокупность ферментативных процессов в живом организме, направленных на расщепление (распад) крахмала на мономеры — молекулы глюкозы.
Так, в дополнение к ограниченной способности организма переваривать клетчатку, микрофлора кишечника собак стала способна ферментировать сложные пищевые полисахариды, включая крахмал, целлюлозу и ксиланы, которые в неизмененном виде попадают в толстую кишку. В результате жизнедеятельности микрофлоры образуется широкий спектр микробиологических метаболитов, включая короткоцепочечные жирные кислоты (КЖК), в основном ацетат, пропионат и бутират. Хорошо известно, что короткоцепочечные жирные кислоты (SCFA) играют многофункциональную роль в физиологии хозяина, являясь в первую очередь источником энергии, а также действуя как сигнальные молекулы, которые регулируют метаболический и иммунологический гомеостаз хозяина.
Таким образом, адаптивный сценарий комплементарности между животным и его микрофлорой кишечника заключается в опосредованном освоении новых функциональных процессов, которые позволяют живому организму извлекать больше энергии в виде короткоцепочечных жирных кислот (SCFA) из сложных пищевых субстратов, расширяя доступную диетическую нишу для вида.
Этот механизм, который был важен для эволюционной истории определенных симбиотических отношений между животными и микробами, вероятно, также сыграл важную роль в сопутствующих экологических сдвигах на протяжении всего процесса одомашнивания собак.
По сравнению со своими дикими собратьями, одомашненные животные демонстрируют существенные различия в структуре микробиома кишечника и это, вероятно, является результатом адаптивной реакции на изменения в рационе питания, образе жизни и физиологии
Устойчивый взаимообмен между собаками и людьми связан с многочисленными экологическими изменениями; наиболее примечательным из них является широкое распространение сельского хозяйства во многих частях света на протяжении всего периода неолита. Интересно, что последовательность этих экологических изменений сформировала определенные участки генома собаки, в результате чего появились 18 предполагаемых групп, которые отличают большинство современных собак от волков. В частности, у большинства современных пород собак наблюдается экстремальное увеличение числа копий гена амилазы (AMY2B) в качестве адаптивной реакции на переход от хищнической диеты волков к всеядной диете современных домашних собак, содержащей крахмал.
Согласно самым последним исследованиям, это обогащение генами амилазы, вероятно, произошло задолго до первоначального одомашнивания, после появления сельского хозяйства в Европе эпохи неолита.
Действительно, у древних собак европейских охотников-собирателей эпохи мезолита все еще наблюдается низкое число копий гена амилазы. Это подтверждает гипотезу о том, что отбор на увеличение числа копий AMY2B у европейских собак произошел через несколько тысяч лет после широкого внедрения сельскохозяйственной диеты на основе крахмала.
В связи с этим возникает вопрос: А могла ли микрофлора кишечника во время неолитического перехода временно восполнить задержку в адаптации генома хозяина, обеспечив дополнительный пул генов амилазы, что позволило собакам быстро адаптироваться и использовать преимущественно растительный рацион, который был собакам доступен благодаря их общению с человеком?
В попытке дать некоторое представление об этом процессе, учёные проанализировали компоненты микрофлоры кишечника из собачьих экскрементов бронзового века, найденных в Солароло (Равенна), Италия. Стоянка Солароло бронзового века исследуется с 2005 года, что дает детальную картину размеров поселения, древнего рациона питания и управления ресурсами. Предположительно, на этом месте проживало несколько сотен человек, экономика которых была основана на сельском хозяйстве и разведении животных. Собаки по поселению ходили свободно, потребляя отходы и остатки еды, которые сбрасывались с подвесных этажей свайных жилищ. Не исключено, что привилегированное отношение к собакам способствовало разделению пищи (и комнаты) с людьми-компаньонами.
Этот постулируемый сценарий делает собак из Солароло хорошими кандидатами для изучения роли микрофлоры кишечника в облегчении адаптации собак к резким изменениям в рационе питания и образе жизни, произошедшим в переходный период неолита.
Микрофлора желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) кошек и собак всё чаще рассматривается как метаболически активный орган, неразрывно связанный со здоровьем питомцев.
Пища служит субстратом для микрофлоры ЖКТ кошек и собак и играет важную роль в формировании состава и метаболизма микрофлоры ЖКТ.
Микрофлора, в свою очередь, способствует перевариванию питательных веществ и выработке постбиотиков.
Постбиотики — это неживые бактериальные продукты или продукты метаболизма пробиотических микроорганизмов, которые обладают биологической активностью в отношении организма-хозяина.
Следовательно, владельцы домашних животных играют важную роль в формировании микрофлоры своих кошек и собак с помощью корма, который они выбирают. Корма для домашних животных содержат типичные питательные вещества, такие как углеводы, белки и жиры, но всё чаще производители включают в них ингредиенты, воздействующие на микрофлору кишечника, например пребиотики и пробиотики.
В заключении стоит отметить, что ключевая роль нормальной микрофлоры кишечника заключается в обеспечении колонизационной резистентности. Это механизм защиты организма от чужеродных микроорганизмов и контроля размножения собственных микробов в несвойственных для них местах.
При нарушении колонизационной резистентности происходит серьёзный дисбаланс в составе естественной микрофлоры. Отдельные популяции микроорганизмов начинают активно разрастаться, колонизируя кожные покровы и слизистые оболочки. Параллельно расширяется зона распространения условно-патогенных микробов — как аэробных, так и анаэробных. Они могут перемещаться во внутренние органы, что приводит к развитию гнойно-воспалительных процессов и даже сепсиса.
Кроме того, при нарушении баланса микрофлоры усиливается обмен генами антибиотикорезистентности и факторами патогенности между различными бактериальными сообществами, что значительно осложняет лечение возможных инфекций.
В кишечнике собак, как и у других животных, живёт особая микрофлора. Основу этой микрофлоры составляют микроорганизмы, которые не нуждаются в кислороде для жизни и не способны образовывать споры.
Исследования показывают, что в здоровом кишечнике соотношение между микробами, которые живут без кислорода (анаэробы), и теми, кому кислород необходим (аэробы), составляет примерно тысяча к одному. То есть анаэробов в кишечнике намного больше.
Среди постоянных жителей кишечника особенно важны:
- Бифидобактерии и лактобактерии — полезные бактерии, помогающие пищеварению
- Бактероиды — важные участники процесса переваривания пищи
- Энтерококки — ещё одни помощники в работе кишечника
- Эшерихии (кишечные палочки) — необходимые для нормального функционирования кишечника
- Дрожжеподобные грибы — тоже являются частью здоровой микрофлоры
Все эти микроорганизмы работают вместе, поддерживая здоровье желудочно-кишечного тракта и помогая животному правильно переваривать пищу.
Список литературы:
- The gut microbiome buffers dietary adaptation in Bronze Age domesticated dogs. July 2021
iScience 24(8):102816 - Microbial Regulation of Host Physiology by Short-chain Fatty Acids Bart van der Hee Jerry M. Wells.
- Dietary Variability During Bronze Age in Central Italy: First Results A. Varalli,J. Moggi-Cecchi,A. Moroni,G. Goude
- Animals in a bacterial world, a new imperative for the life sciences Margaret McFall-Ngai mjmcfallngai@wisc.edu, Michael G. Hadfield mjmcfallngai@wisc.edu, Thomas C. G. Bosch
- Dog domestication and the dual dispersal of people and dogs into the Americas.
- Borriello S.P. Microbial flora of the gastrointestinal tract. – In: Microbial Metabolism in the Digestive Tract (ed M.J.Hill), 1986.
- Luckey T.D. Overview of gastrointestinal microecology.// Die Nahrung, 1987, vol. 31
- Moreau M.C. The modulating effects of fermented milks on the host’s immune responses.// Abstr. XXI Intern. Congress Microb. Ecol. Disease. – Paris, 1996.
- Van der Waaij D. Evidence of immunoredulation of the composition of intestinal microflora and its practical consequences.// Eur. J. Clin. Microbiol. Infect. Dis., 1988.
