Аланна Коллен - 10% Human. Как микробы управляют людьми

Это определило дальнейший ход рассуждений. Избыток водорода в дыхании указывает на то, что кишечные бактерии занимаются расщеплением пищи. Однако расщеплять лактозу на глюкозу и галактозу должны ферменты, вырабатываемые самим организмом. Если бактерии выделяют водород, значит, им достается очень много еды; можно предположить, что к ним поступают какие-то другие молекулы, не подвергшиеся расщеплению в тонкой кишке. Брэнд-Миллер знала, что немалую часть грудного молока составляет набор веществ, которые называются олигосахаридами. Эти молекулы считались бесполезными, так как в человеческом организме нет ферментов для их расщепления. И тут ее с мужем посетила догадка: а что, если эти олигосахариды должны кормить не самого младенца, а его кишечных бактерий?

Олигосахариды — это углеводы, состоящие из коротких цепочек простых сахаров ( олиго — в переводе с греческого значит «мало», «немного»). В женском грудном молоке их содержится огромное количество — в сумме около 130 различных видов. Их там гораздо больше, чем в молоке любого другого биологического вида: например, в коровьем молоке присутствует всего несколько видов олигосахаридов. В пище взрослых людей нет ничего, что содержало бы такие молекулы. Однако они вырабатываются в грудных железах беременных и кормящих женщин. Здесь, очевидно, и стоит искать ответ на вопрос об их предназначении: если железы производят какое-то вещество, значит, оно служит каким-то целям?

Чтобы проверить гипотезу, Брэнд-Миллер и ее муж провели эксперимент. Они измерили количество водорода, выдыхаемое младенцами: сначала после того, как им давали с водой глюкозу, а потом — после того, как к воде добавлялись очищенные олигосахариды. После глюкозы водорода не становилось больше: это указывало на то, что она усваивалась в тонком кишечнике, а не расщеплялась кишечными бактериями. А вот после смеси с олигосахаридами уровень водорода значительно увеличился: значит, эти вещества «проскакивали» через тонкую кишку и кормили не самого младенца, а его кишечную микрофлору.

Сейчас уже известно, что олигосахариды выступают важным инструментом, заставляющим полезные виды микробов «прорастать из семян» зачаточной кишечной микрофлоры младенца. У младенцев, находящихся на грудном вскармливании, преобладают лактобациллы и бифидобактерии. В отличие от человеческого организма бифидобактерии производят ферменты, которые способны расщеплять исключительно олигосахариды. При этом продуктами их жизнедеятельности становятся чрезвычайно важные короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК) — масляная кислота (бутират), уксусная (ацетат), а также особенно ценная для младенцев молочная кислота (лактат). Все они питают клетки толстой кишки и играют чрезвычайно важную роль в развитии иммунной системы ребенка. Проще говоря, олигосахариды из грудного молока нужны младенцам для того же, для чего взрослым людям нужны волокна из растительной пищи.

Однако олигосахариды, содержащиеся в грудном молоке, не только служат пищей для бактерий. В первые дни и недели жизни младенца его кишечная микрофлора крайне проста и крайне неустойчива. Численность колоний разных штаммов бактерий то повышается, то снижается. Это делает микробное сообщество уязвимым при возникновении опасности. Достаточно одного-единственного патогенного штамма — например, Streptococcus pneumonia , — чтобы посеять смуту в рядах полезных видов и истребить множество штаммов. В таких случаях олигосахариды помогают очистить территорию от противника. Прежде чем вредоносная бактерия причинит какой-либо ущерб, она должна пристать к стенке кишечника при помощи специальных пилей (или фимбрий), имеющихся на поверхности любой бактерии. К этим пилям и прикрепляются олигосахариды, лишая патогенные виды способности закрепиться в кишечнике ребенка. Известно, что среди общего числа видов (около 130) десятки «специализируются» на нейтрализации конкретных патогенов: они подходят к их пилям с такой же точностью, с какой ключ подходит к своему замку.

С течением времени состав грудного молока меняется в соответствии с потребностями растущего младенца. Сразу после рождения из материнской груди выделяется еще не настоящее молоко, а густое молозиво — концентрированная смесь иммунных клеток, антител и множество олигосахаридов (примерно четыре чайные ложки на каждый литр). По мере того как младенческая микрофлора стабилизируется, содержание олигосахаридов в молоке снижается. Когда ребенку исполняется четыре месяца, их доля составляет уже менее трех чайных ложек на литр молока, а к первому дню рождения малыша их будет меньше одной чайной ложки.

О важности содержания олигосахаридов в молоке нам могут поведать наши старые знакомые — коалы (да и другие сумчатые). У большинства сумчатых имеется два соска, которые спрятаны внутри сумки. В течение всего периода вскармливания детеныш коалы пользуется лишь одним из них. Если вслед за одним детенышем появляется на свет второй, то каждому достается по соску. Но что самое примечательное, к разным соскам поступает разное молоко, как бы специально приготовленное для каждого из детенышей в соответствии с их возрастными нуждами. Новорожденному достается молоко с высоким содержанием олигосахаридов и низким содержанием лактозы, а детенышу постарше — молоко другого состава, в котором уже заметно меньше олигосахаридов, но гораздо больше лактозы. Когда детеныш выбирается из сумки, содержание олигосахаридов в предназначенном для него молоке становится еще ниже.

Такое дифференцированное производство молока «на заказ» наглядно опровергает предположение, что олигосахаридов становится меньше просто потому, что организм матери утрачивает способность их вырабатывать. Скорее можно говорить о том, что сумчатые приспособились обеспечивать потомство молоком, состав которого в точности отвечает потребностям их меняющегося микробного сообщества. Природа сделала выбор в пользу молока, полезного для микробов, потому что сами эти микробы полезны для млекопитающих.

Олигосахариды — не единственный ингредиент, наличие которого в грудном молоке вызывало вопросы. Десятилетиями сердобольные кормящие матери отдавали излишки собственного молока в хранилища донорского молока при больницах. Такие хранилища помогают выкормить детей, чьи родные матери не могут кормить грудью, — например, если ребенок родился преждевременно или настолько слабым, что не мог взять грудь самостоятельно, а потом у матери пропало молоко. Однако эти хранилища молока постоянно ставили врачей в тупик: донорское молоко всегда заражено бактериями. Многие микробы попадают туда с кожи соска и груди, и какой бы стерилизации ни подвергали донорскую грудь перед сцеживанием, от микробов в грудном молоке не удавалось избавиться полностью.