史前史

烹饪,长寿的秘诀

火的驯化产生了许多后果,包括寿命的意外增加:微生物群是这种进化惊奇的核心。

安托万·丹钦(Antoine Danchin) 科学档案N 109
史前男子围着火

现在是周日和午餐时间临近。烹饪的气味会激发您的胃口:直接从烤箱里烤鸡肉,热面包……这些气味是由美拉德反应产生的,在热的作用下,几种食物化合物发生了转化。 。自大约150万年前的祖先将火驯化以来,这些分子已成为我们日常生活的一部分。然而,该化学反应不仅具有优点,因为它产生或多或少的有害物质。为了防止这种情况,我们可以依靠一个伟大的盟友,即我们一直共同开发的微生物群。与火的不利影响相关的结果可能产生了意想不到的结果:人类物种寿命的急剧延长。怎么做?说来话长…

……从观察开始。例如,人类的消化道比其他大猿的消化道短得多,甚至比反刍动物的消化道还要短。与下颚相比,下颚比我们堂兄小且不那么有力,这一特征与我们饮食上的显着差异背道而驰:基本上是猴子的蔬菜,而我们的杂食。食以其宿主摄入的大部分食物为食的肠道菌群已相应进化。

节食

在包括人类在内的灵长类动物中,必需的碳输入是由植物中的复合糖提供的。但是,由于降解我们基因组编码的这些聚合物(糖苷酶)的酶数量非常有限,因此无法直接消化。通常富含这些酶的微生物群填补了这一空白,并变得至关重要。很少有细菌家族编码大量的糖苷酶,但是 拟杆菌科 是灵长类动物肠道菌群的主要组成部分之一。

然而,与其他猿类相比,人类对微生物供应的依赖性要小得多。他是原始动物,因为他不仅杂食,而且还吃食物 熟的,在所有地方和所有文明中。这种独特的做法被几乎所有专门研究人类微生物的研究奇怪地忽略了,它极大地加快了并简化了复杂糖类的消化,因此对肠道菌群的依赖性降低了。烹饪还可以提取多种维生素,并使相对短的肠有效地发挥其功能。

因此,在人为化过程中饮食习惯的这种特定变化与相关微生物群的逐渐变化和最终显着变化同时进行,这使我们与表亲区分开来。实际上,我们的微生物多样性远低于他们的微生物多样性。

肠长动物种类

与其他动物相比,人类的消化道非常短。我们杂食的饮食习惯可以解释这一点。

©After J.Furness等人,动物科学杂志,93(2):485,2018

人类的另一种特质,即烹制食物,导致我们的物种放弃了许多其他哺乳动物珍视的进食行为:共食,即大便的消耗。当您认为这种习惯使动物能够将自己重新种入有用的微生物时,这种习惯也许令我们感到惊讶。我们还注意到,这种做法的追随者会仔细选择他们消耗的粪便。但是,这种习惯需要付出代价:不可避免地导致各种寄生虫的传播。这解释了为什么在人类中它可能已经消失了,但再次表明我们的微生物群的作用肯定不如其他动物重要。杂食,烹饪,放弃副食...让我们更深入地探讨生活方式与微生物群之间的这种共同进化。

如果我们的微生物群不太重要,那是因为人类的饮食习惯降低了我们对微生物群的依赖性。但是,我们的肠道菌群仍然有重要贡献吗?为了找出答案,让我们看看我们如何获得生存所必需的代谢物,特别是由微生物合成的:维生素B12.

有或没有辅酶?

在标签“ B”下12 是由某些细菌和古细菌独家合成的一族化合物。它们是辅酶,即酶催化活性必不可少的分子。在这种情况下,这里讨论的关键是至关重要的:蛋氨酸合酶,其产生的氨基酸蛋氨酸(通过食物供应不足),以及线粒体甲基丙二酰辅酶A变位酶(一种非常重要的解毒酶)。我们还开始发现其他活动,具体取决于B12 那会延缓衰老。

由于其细菌来源,B12 来自微生物群。最简单的假设是它是由肠道菌群产生的,而不是由小肠开始处的菌群产生的,因此可以被吸收,是吗?另一个可能的来源是食物,可以提供B12 细菌和古细菌在其他地方产生的细菌,但有什么食物?像许多细菌一样,陆地植物不会制造或使用B12,但要付出可观的代谢成本:在没有B的情况下12,植物蛋氨酸合成酶的活性很低,因此必须大量生产。它们也是细胞中最丰富的蛋白质之一。

相反,使用B12 非常有效。然而,细菌和古细菌合成这些辅酶在遗传上是非常昂贵的,因为要实现此目的需要30多个基因编码的酶。如我们所见,蛋氨酸的合成导致了在矛盾的需求之间取得平衡的显着情况,其中微生物群起着核心作用。植物已经选择脱离B12,虽然动物已经选择从其环境中提取它,但要以与微生物的必要结合为代价。进化已将某些藻类引向一条可行的中间途径,在这两种途径中都可以解决。

我们的物种放弃了许多其他哺乳动物珍视的摄食行为:

这些不同策略的结果为肠道菌群发挥了非常特殊的作用。关于人类,我们研究了生活在非常不同的条件下的一群人的微生物群的可能贡献,然后定量评估了产生B的微生物的存在12。该分析似乎很清楚,即使仅限于粪便微生物群:人类微生物群通常在产生B的细菌中也太贫乏。12 满足主人的需求。问题。我们没有足够的制B菌12 植物缺乏它。那么,如何获得这些对我们的代谢必不可少的辅酶,而这些辅酶的缺乏会对健康,衰老和认知能力产生重大影响呢?

来自非植物性食物。确实,B的主要来源12 是动物产品的消费(另一种是共食性),尤其是来自多胃哺乳动物,例如牛或羊。无疑,这是古代驯化这些动物的重要性的原因之一。由于具有大型复杂的微生物群,它们的肠结构在结构上适合大量的微生物发育,并且它们的身体(因此也包括肉)通常富含维生素B12。 B的这个例子12 如图所示,与许多其他物种不同,尽管它在许多其他方面起着重要作用,但它是食物而不是我们的微生物群,为我们提供了我们的大部分食物资源。

正如我们所说,人类在这方面是无与伦比的,因为其饮食基础是煮熟的食物。尽管有些动物知道如何使用火,例如某些掠夺性的鸟会抓住余烬来散布火,但吓land了陆生动物,这些动物很容易被捕食,是该类 是唯一将其驯化的人,早于现代人的出现。火既用于狩猎,制造工具,也用于烹饪植物或动物的食物。但是,烹饪会极大地改变有机分子,并且在不过度用力的情况下,会使它们更容易消化,同时释放必需的维生素。

烹饪的一个主要结果是,它可以减少食物来满足我们的日常需求。这场革命释放了很多时间,这些时间可以用于并非生存所必需的活动,并且有利于复杂文化的发展。此外,自从火被驯化以来,考虑到烹饪引起的化学变化,积极的基因选择过程已经发展起来。我们的肠道菌群也面临着这种化学反应!

煮熟和老化,化学性质相同

烹饪会产生由所谓的“美拉德”反应产生的原始化合物,该反应实际上汇集了多个化学反应。该反应家族于1911年发现,发生在氨基酸和某些糖类在加热下一起反应时,导致一系列反应性中间体随着蒸煮的进行而变得更加复杂。该反应负责食物的焦糖化,面包皮的质地和颜色,烤肉的金色……记住引言中的周日餐。

值得注意的是,美拉德反应的产物是美味的。这使他们在饮食习惯方面发挥了积极作用。例如,即使猴子和老鼠不做饭,他们也会喜欢它们!我们推断这些动物具有正确的味觉感受器,而且还可以从中受益。

这种看似矛盾的情况的原因是,我们在烹饪时看到的反应实际上是在各种情况下发生的,而不仅仅是在加热时发生的。由于细胞基本成分的反应性,这些是不可避免的代谢“事故”。冷时比热时慢。它们有助于产生“山鸡”的味道,长期以来皇家表便对其予以赞赏。清理动物对此非常敏感。更好的是,日本人的“鲜味”是甜,咸,酸和苦味之后的第五种味道,与美拉德反应的某些衍生物有关。

然而,这些化合物远非系统地有益。然后他们进化 通过 一系列涉及各种化学物质共有的所谓“ Amadori”重排的反应,其中某些也存在于某些天然酶促反应中。 Amadori重排产生所谓的“高级糖化”产品(称为AGE,用于 高级糖化终产物)参与多种类型的炎症反应并干扰一般的葡萄糖代谢。它们可能是肥胖和糖尿病特有的脂肪细胞和肌肉细胞中胰岛素抵抗的可能原因。

美拉德反应烹饪

美拉德反应示意性地包括糖和氨基酸的缩合,然后进行许多重排(称为“ Amadori”),导致有时有害化合物的形成。

©马修斯夫

烹调食物的其他后果很少被考虑,但同样重要。不对称分子(如氨基酸)以两种形式存在,彼此互为镜像,分别标记为L和D,前者主要存在于生物中。但是,烹饪会加速外消旋过程,也就是说,此处的分子重排将正常的L形式转化为D形式的图像,从而在两者之间取得平衡。例如,当我们知道氨基酸天门冬氨酸和丝氨酸的D-形式是神经递质时,这并非微不足道。加热还会使蛋白质变性:它们会失去正常的三维构象,并折叠成异常形式并聚集,例如,这种现象还与神经变性有关。同样,这两个反应也是在细胞内自然发生的,在没有热量的情况下,它们的反应变慢了。

因此,就提取营养而言有利的是,烹饪食物仍然产生显着的代谢负荷。更准确地说,所有这些受热加速的反应(美拉德,消旋,变性等)都会产生与衰老,自然和随时间扩散有关的化合物。换句话说,烹饪的化学与老化没有太大的不同!

因此,人类已经进化了数百万年,同时伴随着一项活动,使人类每天与衰老的化学后果产生的大量产品接触。因此,自然选择已逐渐将这种情况整合到人类基因组中,招募人员这样做是先前存在的活动,并且其作用是管理不可避免的新陈代谢事故,这完全是不可想象的。这就是人类长寿的源泉。

两只鸟和一块石头

超人类主义的时尚主张这样的观念,即人类生命短暂,太短暂,并且很容易延长生命。但是,通过将自己与其他哺乳动物甚至其他灵长类动物进行比较,我们惊讶地发现,我们的寿命已经大大超过各种参数,例如我们身体的大小或大脑的体积所暗示的寿命。 (见图xx)。 探索动物的寿命会给我们带来更多的启示:是飞行中的动物(鸟类,蝙蝠等),与它们的大小成正比,寿命最长。这种观察似乎是自相矛盾的,因为飞行所必需的代谢过程会产生高活性的氧衍生物,这些氧衍生物对有害的但普遍的“氧化应激”负责。实际上,这些化合物也与衰老有关。飞行为能够这样做的动物提供了相当大的优势,因为它们可以使它们进入世界的三维空间。因此可以理解,这种能力在进化过程中已经以收敛的方式出现了几次。但是有一个缺点:飞行需要消耗大量能量,并且立即可用。这就假定了能量代谢的独特组织,既要基于有效的储藏量,又要为实现这些储量而动员大量的氧气,甚至还要进行必要的补救过程。能量代谢产生的氧化应激的有害后果。后者的有效性是延长鸟类和其他飞行动物寿命的关键。

要吸取的教训是,潜在毒性生物化学与动物行为之间的共同进化导致出现了有效的解决方案,其后果远远超出了选择新行为的过程。就现代人类而言,其与潜在有毒的熟食的共同进化导致了排毒酶活性的募集,这种酶活性已经存在并且最初打算用于其他用途。由于熟食和老化的产品具有相同的性质,因此,这些活动意外地大大增加了链中最后一个环节即现代人的寿命。我们在这里发现了一个快乐的巧合,圣马克大教堂的这些“残骸”(d 美国古生物学家史蒂芬·杰伊·古尔德(Stephen Jay Gould)用英语解释了一种相关的财产(在这里是长寿)如何与选择其他财产(盗窃或适应烹饪食物)一起出现。

长寿取决于动物的体重

当我们对动物物种的寿命作为其体重的函数感兴趣时,我们观察到许多群体都遵循的数学关系(或多或少的幂定律) (啮齿动物,有蹄类动物,食肉动物等)。但是,有两种动物会偏离它:会飞的动物(例如蝙蝠) (蝙蝠,绿色) 还有人类两者都受益于有效的新陈代谢,以消除与盗窃或烹饪食物有关的有害产品。

 ©基于S. Maab和V. Gladyshevac,Sem。在Cell&Dev。生物学卷。 70页190-203,2017年

这种延长我们寿命的排毒活动从何而来?防止烹饪副产品毒性的第一个障碍是肠道菌群。实际上,在此方向上进行的少量分析显示了微生物群的积极作用,这种微生物群的保护作用与其预防性地代谢烹饪产生的有毒化合物的能力有关,尤其是与反应相关的糖化过程产生的有毒化合物的能力。通过美拉德。此外,所涉及的基因和微生物还可以中和植物毒物。

然而,这些基因和微生物的作用很难测量,因为它们也有助于调节针对某些微生物的免疫反应,以及控制美拉德反应和重排的AGE衍生物的促炎性质。来自Amadori。较大的分子不会通过肠上皮的屏障,但是较小的代谢物(如糖修饰的氨基酸)会通过。很少有人对老年人的微生物群进行研究,但并未针对理解新陈代谢的这一方面进行研究。因此,尚不清楚微生物群中的哪些基因与长寿相关。但是,我们知道在这些条件下鉴定出的许多细菌都具有“ deglycases”,它们可能起重要作用。

通过微生物过滤器后,除了宿主正常代谢产生的与衰老相关的类似物外,烹饪的代谢物还通过肠道上皮并进入循环系统。我们是否可以鉴定出有助于清除这些潜在有害分子的基因,从而比其他灵长类动物更长寿?

这里面临的问题是招募一个既有结构,其活动已逐渐发展为最好地满足新功能。因此,人们期望在管理熟食的代谢负担的基因集合中找到一些已知具有其他功能的基因,例如中和大量植物的毒性。尽管尼安德特人和丹尼索瓦人获得了一些基因变异,赋予了对这些有毒化合物的抗性,但大多数对烹饪产品的抗性可能已经存在于我们的共同祖先中,这仅仅是因为细胞必须处理不可避免的普遍性代谢事故,例如糖化作用是自然的一部分。

对古代基因组的分析揭示了在原始人的进化过程中明确受到正压力或负压力的基因。除了与免疫系统有关的基因外,该清单非常简短。它包括有毒代谢物的出口系统,氧化产物的修复系统,以及脱糖酶家族,这对修复被活性糖修饰的蛋白质非常重要。最后,我们找到了AGE型产品的受体,该受体触发了一系列的保护法规。最后两个例子直接与年龄相关的神经退行性疾病,帕金森氏病和阿尔茨海默氏病有关。

保护菌群

微生物菌群在减少血液中有毒衍生物的负载方面起着重要的缓冲作用,并且多项研究表明,这种专门的微生物菌群对啮齿类动物和也许非常老的人具有明显的保护作用。但是,很难将其与衰老联系起来,特别是因为饮食会随着年龄的增长而变化,并且该领域的研究结果常常是矛盾的。

但是,这里存在一般情况,我们可以对其进行概述。最大的人类寿命是例外的,要解释它,我们必须在人类动物与环境之间的关系中找到使其与表亲区分开来的东西。其中之一是,人人早早就用火煮饭。烹饪会产生美拉德化合物,其中许多与老化过程中产生的意外代谢产物相同。最初的饮食习惯和新陈代谢事故的共同演变产生了选择压力,以摆脱相应的化学负荷和功能 特设 为此,招募了先前存在的微生物,其中微生物群大量活跃地参与了第一行。这样就可以对人体中的有害化合物进行全面清洗,这偶然地延长了我们的使用寿命。

进一步发展需要新的和具体的微生物学研究,其中明确考虑了烹饪技术。它们还必须与我们的物种有关,因为使用模型动物(例如啮齿动物,甚至猿)不能对人类正在发生的事情提供认真的指示。但是,大多数研究就是这种情况。与其使用现有的方法来使其适应所提出的问题,不如反过来进行,并在其中建立和选择其模型,这是可取的。取决于提出的问题。同时,让我们充分利用我们的超长寿命……尤其是品尝美味的佳肴!

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