Джессика Сакс - Микробы хорошие и плохие. Наше здоровье и выживание в мире бактерий

Бифидобактерии в кишечнике младенца, как и на его коже и в ротовой полости, препятствуют росту микробов, способных вызвать неприятности, таких как стафилококки, и помогают отобрать первых постоянных поселенцев. Кроме того, исследования показывают, что обилие кишечных бифидобактерий способствует повышению уровня защитных антител в крови ребенка – антител, мишенями которых служат не только потенциально опасные бактерии, но и многие разновидности вызывающих понос желудочно-кишечных вирусов 36. Этот факт помогает объяснить, почему смертность выкармливаемых грудью младенцев в странах третьего мира с плохим санитарным состоянием воды в целых шесть раз ниже, чем смертность младенцев, растущих на искусственном питании 37. Даже в США, где смерть младенца от вызывающей понос инфекции остается редким явлением, эпидемиологи отмечают на 20 % более высокую выживаемость в течение первых шести месяцев жизни у младенцев, вскармливаемых грудью, по сравнению с получающими искусственное питание – независимо от доходов и уровня образования родителей 38.

Первая волна кишечных микробов вызывает также созревание выстилки толстой кишки. Расположенные в глубине кровеносные сосуды протягиваются к поверхности кишечной стенки и образуют там густую сеть тонких капилляров, необходимых для поддержания здоровья кишечной стенки, а также для поглощения питательных веществ, высвобождаемых кишечными бактериями 39. При этом первое же соприкосновение с бактериями вызывает пробуждение миллионов стволовых клеток кишечника. После активации клетки начинают нескончаемо делиться, и их размножение позволяет постоянно обновлять нежный поверхностный слой выстилки кишечника. Сами эти поверхностные клетки в свою очередь начинают отпадать с частотой несколько миллиардов клеток в день. Непрерывная замена клеток делает кишечный тракт устойчивым к повреждениям, неизбежно возникающим при переходе к питанию твердой пищей, в которой в изобилии содержатся природные токсины, а время от времени попадаются и острые предметы или болезнетворные микробы.

Начало питания твердой пищей более или менее выравнивает различия между бактериальными сообществами младенцев, вскармливаемых грудью и растущих на искусственном питании, хотя в мире и нет двух людей, у которых в кишечниках обитали бы абсолютно одни и те же виды и штаммы бактерий. В среднем около тридцати видов становятся доминантами, а сотня или около того присутствуют в небольшом количестве. К самым многочисленным и продуктивным из них относятся палочковидные представители бактероидесов ( Bacteroides ) и эубактерий ( Eubacteria ). Первые, такие как B. theta iotaomicron (B. theta), B. vulgatus и B. fragilis, составляют от 20 до 30 % кишечных бактерий человека и каждый день выделяют около литра лишенных запаха углекислого газа и водорода. Микроорганизмы из рода Eubacteria заявляют о себе, выделяя более пахучий сероводород, имеющий знакомый всему свету запах тухлых яиц.

Кроме того, рано или поздно мы становимся хозяевами определенного набора кокков – шарообразных анаэробных бактерий. К ним относятся представители родов Enterococcus, Peptococcus, Streptococcus и Peptostreptococcus, сбраживающие определенный набор сложных белков и жиров (гликопротеинов и гликолипидов) до более простых сахаров и жирных кислот, которые наш организм способен усваивать. Попутно они выделяют еще одно пахучее вещество – маслянную кислоту с ее характерным запахом испорченного масла.

В совокупности виды из родов Bacteroides и Eubacteria и разнообразные кокки высвобождают до 30 % калорий, потребляемых человеком с пищей, особенно из богатых углеродами продуктов, таких как кукурузные хлопья или макароны 40.

Еще один важный компонент кишечной микробиоты составляют клостридии. Некоторые из них производят токсины, и все они умеют пережидать неблагоприятные условия в виде спор. Самая печально известная из них, Clostridium difficile, обладает отвратительной склонностью вызывать понос и воспаление толстой кишки после курса антибиотиков, устраняющего конкурентов этой бактерии. Как ни странно, C. difficile живет в кишечниках большинства детей, не вызывая у них никаких неприятных последствий. К зрелому возрасту, когда этот микроб может стать источником неприятностей, нормальная микрофлора обычно держит его под жестким контролем.

К представителям меньшинств в сообществе кишечных бактерий относятся полдюжины разновидностей лактобактерий и небольшое число факультативных анаэробов, таких как кишечная палочка, чья способность выживать на открытом воздухе позволяет ей забредать куда не следует и иногда вызывать неприятности в таких местах, как женские мочевые пути. Кроме того, примерно у каждого пятого из нас в достаточном количестве, чтобы их можно было обнаружить, живут метаногенные кишечные микробы, такие как Methanobrevibacter smithii и Methanosphaera stadmanae. Эти метаногены питаются водородом и углекислым газом, которые выделяются их соседями, переваривающими пищевые волокна. Как и водород, метан не имеет запаха, но легко воспламеняется (последнему свойству этих газов не устают радоваться мальчишки всего мира).

Кожа. Рот. Нос. Пищеварительный тракт. К концу восьмидесятых годов прошлого века микробиологи уже могли похвастаться базовыми представлениями о том, кто где обитает на человеческом теле, а также зачаточными знаниями как о пользе этих обитателей, так и о связанных с ними опасностях. Чего наука пока не могла объяснить, это как иммунная система терпит их присутствие – особенно в случае перенаселенного государства, живущего у нас в кишечнике. Другая, не меньшая, загадка – как именно населяющие наш организм бактерии запускают те глубокие изменения, которые их присутствие явно вызывает в наших клетках и тканях. Ответы на эти вопросы обещали не только удовлетворить чисто научный интерес, но и открыть, каким образом нарушения хитроумной дипломатии, определяющей взаимоотношения микробов и людей, могут приводить к болезням.

Джеффри Гордон, бывший гастроэнтеролог, ставший микробиологом и специалистом по кишечной микрофлоре, возглавляет процветающий новый Центр геномных исследований Университета Вашингтона в Сент-Луисе. Обширное, освещенное полосками солнечного света помещение лаборатории этого Центра располагается над прославленным университетским Центром секвенирования (прочтения ДНК-букв) генов – одним из главных участников проекта “Геном человека”: в его рамках к 2003 году были секвенированы все те 20 или 25 тысяч генов, которые читаются как Homo sapiens.

“Теперь пора взглянуть на человеческий геном шире, – говорит Гордон, – принимая во внимание, что наш организм содержит, по-видимому, в сотню раз больше микробных генов, чем человеческих”. В 2005 году Гордон и его коллеги из Стэнфордского университета в Калифорнии и Института геномных исследований в Мэриленде вложили средства, выделенные по нескольким многомиллионным грантам (как частными фондами, так и государственными учреждениями), в осуществление своей инициативы “Микробиом человеческого кишечника” – проекта, в рамках которого им предстоит выделить, секвенировать и проанализировать всю совокупность микробных генов, задействованных в поддержании здоровья и жизнедеятельности человеческого организма, а иногда и в возникновении неполадок в его работе. Один из аспектов этого огромного проекта состоит в том, чтобы подготовить характеристику генетических способностей кишечной микрофлоры. Другой – в том, чтобы полностью секвенировать геномы сотни самых многочисленных бактерий, обитающих в толстой кишке человека.