Аланна Коллен - 10% Human. Как микробы управляют людьми

В течение пяти лет работы над ПМЧ молекулярные микробиологи пережили некое подобие золотого века, вроде того, что случился в классической натуралистике: тогда, в XVIII и XIX веках, ученые открывали множество видов птиц и млекопитающих и присваивали им научные названия, заполняя законсервированными в формалине тушками шкафы и целые кабинеты. Теперь оказалось, что человеческое тело — целая сокровищница новых, доселе неведомых науке штаммов и видов, причем многие из них обнаруживались лишь в организме одного-двух добровольцев из всех, кто участвовал в эксперименте. Выяснилось, что не существует какого-то постоянного, единого для всех набора микробов: напротив, лишь очень немногочисленные штаммы бактерий являются общими для всех людей. Сообщество микробов у каждого человека так же уникально, как отпечатки пальцев.

Хотя у штаммов внутри каждого из нас есть свои неповторимые особенности, по большому счету это одни и те же микробы. При этом бактерии вашего кишечника имеют куда больше сходства с бактериями в кишечнике вашего соседа, чем с вашими собственными, но живущими, скажем, на пальцах. Кроме того, несмотря на различия между нашими микробными сообществами, они выполняют одни и те же функции. То, что для вас делает бактерия А, для вашего лучшего друга может делать бактерия Б.

От прохладных засушливых равнин кожи на предплечьях до теплых и влажных лесов в паху и кислотной, бедной кислородом среды в желудке — все части нашего тела предлагают жилье тем микробам, которые способны там выжить. Даже в пределах одной среды обитания в разных ее нишах поселяются разные скопления видов. Наша кожа — общей площадью два квадратных метра — содержит столько же сообществ организмов, сколько ландшафты Северной и Южной Америки, только в миниатюре. Биоценоз богатой салом кожи лица и спины отличается от биоценоза сухой и огрубелой кожи локтей не меньше, чем тропические леса Панамы — от скал Большого каньона. Если кожу лица и спины населяют в основном виды, принадлежащие к роду пропионобактерий ( Propionibacterium ), которые питаются жиром, выделяемым из тесно расположенных сальных желез, то для кожи локтей и предплечий характерны куда более пестрые сообщества микробов. «Сырые» зоны, включая пупок, подмышки и промежность, становятся домом для видов коринебактерий ( Corynebacterium ) и стафилококков ( Staphylococcus ), которые любят повышенную влажность и питаются азотистыми соединениями из потовой жидкости.

Эта вторая, «микробная кожа» служит дополнительным защитным слоем для внутренних органов, укрепляя санитарный кордон, образованный клетками собственно кожи. Бактерии-чужаки, имеющие, возможно, недобрые намерения, стремятся проникнуть в эти тщательно охраняемые приграничные области нашего тела — но стоит им лишь попытаться это сделать, как их атакуют химическим оружием отряды местных пограничников. Пожалуй, наиболее уязвимы для вражеского вторжения мягкие ткани рта: им приходится противостоять слишком многочисленным войскам захватчиков, которые коварно пробираются внутрь с пищей или воздухом.

Исследователи, работавшие над проектом «Микробиом человека», взяли из ротовых полостей добровольцев не по одной пробе микробов, а по девять — из разных мест. Эти девять участков, часть из которых находилась всего в паре сантиметров друг от друга, оказались заселены заметно различавшимися между собой сообществами микробов; всего во рту было обнаружено около 800 видов бактерий, среди которых преобладали стрептококки, а также представители нескольких других групп. Стрептококки имеют дурную славу, потому что многие их виды являются возбудителями болезней — от «стрептококкового воспаления» горла, или острого фарингита, до некротического фасциита, поражающего поверхностные и подкожные ткани. Однако другие виды стрептококков способны приносить пользу, прогоняя злонамеренных чужаков прочь от уязвимого входа в организм. Конечно, нам расстояния между разными местами обитания микробов во рту могут показаться ничтожными, но не стоит забывать, что для самих микробов это широкие равнины и высокие горные хребты, и климат их различается так же, как, например, климат севера Шотландии и юга Франции.

Представьте себе резкий климатический перепад между ртом и ноздрями. Вязкое озерцо из слюны на грубой подстилающей породе сменяется щетинистым лесом с почвой из слизи и пыли. Ноздри — как можно догадаться, вспомнив об их функции «ворот» в легкие, — служат убежищем для самых разнообразных групп бактерий, насчитывающих около 900 видов, среди которых многочисленные колонии пропионобактерий, коринебактерий, стафилококков и моракселл ( Moraxella ).

Если продвинуться от горла дальше, к желудку, то здесь огромное разнообразие видов, проживающих во рту, внезапно сходит на нет. Чрезвычайно кислая среда желудка убивает многих микробов, попадающих туда вместе с пищей, и нам точно известно только об одном-единственном виде бактерий, который постоянно живет там у некоторых людей, а именно — хеликобактер пилори ( Helicobacter pylori ), чье присутствие способно стать как благословением, так и проклятьем. Дальнейшая экспедиция вглубь пищеварительного тракта обнаруживает все более высокую плотность и большее разнообразие микробов. За желудком начинается тонкая кишка, где пища быстро переваривается при помощи наших собственных ферментов и всасывается в кровоток. Впрочем, там обитает немало микробов; в начале этого семиметрового «шланга» на каждый миллилитр содержимого кишечника приходится около десяти тысяч особей, а в конце — там, где тонкая кишка переходит в толстую, — их число вырастает аж до десяти миллионов на миллилитр.

Прямо за стеной питомника, обустроенного в аппендиксе, располагается самая густонаселенная метрополия микробов. Это заповедный уголок микробного ландшафта внутри человеческого организма — похожая на теннисный мячик слепая кишка, придатком которой и является аппендикс. Здесь находится эпицентр микробной жизни, где триллионы микроскопических особей, относящихся как минимум к 4000 разных видов, благоденствуют на частично переваренной пище, которая уже прошла одну стадию экстракции питательных веществ в тонкой кишке. Теперь твердые кусочки — растительные волокна — достаются микробам, чтобы те осуществили второй этап процесса.

В ободочной кишке (она составляет большую часть длины толстой кишки и поднимается вверх вдоль правого бока нашего туловища, затем поворачивает и проходит поперек под грудной клеткой, после чего уходит вниз вдоль левого бока), плотность микробов насчитывает уже триллион особей на миллилитр, и все они живут в складках и ямках кишечных стенок. Здесь они подбирают кусочки съеденной нами пищи и преобразуют их в энергию, а продукты жизнедеятельности микробов всасываются в клетки, образующие стенки ободочной кишки. Не будь кишечных микробов, эти клетки просто истощались бы и отмирали — и если большинство клеток нашего тела питается сахаром, разносимым кровью, то основным источником питания для клеток ободочной кишки служат именно продукты жизнедеятельности микрофлоры. Влажная, теплая, «болотистая» среда внутри ободочной кишки, местами полностью лишенная кислорода, не только снабжает живущих там микробов остатками нашей пищи, но и образует слой слизи, богатый питательными веществами, которые могут прокормить микробов в голодные времена.