Мартин Блейзер - Охотники за микробами. Как антибиотики, санация и дезинфекция ослабляют иммунитет и приводят к развитию новых заболеваний [litres]

Элегантная работа, проделанная моим давним другом и коллегой Джеффом Гордона из университета Вашингтона в Сент-Луисе, помогла нам лучше понять собственные результаты. Джефф – один из титанов науки о микробиоме, уже многие годы исследует развитие и функции желудочнокишечного тракта. Его группа изучала мышей с делецией гена, отвечающего за производство лептина, гормона «накорми-меня», который помогает регулировать аппетит и отвечает за принятие мозгом решения: хранить энергию или расходовать. У мышей с нарушением выработки лептина, так называемых ob/оb-мышей, развивается сильнейшее ожирение. Был поставлен вопрос: отличается ли их микробный состав от микробиоты здоровых грызунов? [4, см. с. 167] Да. У каждого типа своя микробная популяция.

Затем Джеффу стало интересно, выполняют ли микробы разные метаболические роли. Он поместил содержимое кишечника жирных ob/ob мышей и здоровых животных в кишечники безмикробных мышей. У этих более тонкие стенки с меньшим количеством клеток, так что они не набирают вес так быстро. Но когда их превращают в «обычных» [5, см. с. 167], снова подсаживая микробы, как это влияет на их рост? Открытие стало мировой сенсацией: микробы, пересаженные от жирных мышей, заставили безмикробных быстрее набирать вес в сравнении с теми, кто получил микробы от здоровых грызунов.

Но стоит кое-что обдумать: у мышей в экспериментах Джеффа был генетический дефект, который, собственно, и сделал их жирными. Именно гены были первичной причиной, а изменение микробной популяции – вторичной. Хотя команда очень красиво охарактеризовала влияние микробов и их функций на ожирение, я считал, что они не добрались до главной причины. Кроме того, безмикробные мыши, которые дают нам очень элегантную систему для тестирования конкретных гипотез об иммунитете и обмене веществ, – полностью искусственные создания. Впрочем, несмотря на то, что естественных безмикробных мышей и людей не существует, мы все равно можем узнать многое о фундаментальных принципах взаимодействия микробов и носителей.

Я сам считал, что вызванные антибиотиками пертурбации в составе микробов-обитателей сравнительно здоровых особей – это главное событие, влияющее на изменения в обмене веществ. (Точное доказательство сможем получить лишь не ранее чем через два года.)

Затем мы спросили, что получится, если объединить СТК и диету с высоким содержанием жиров. Как мы все знаем, рационы наших детей в последние десятилетия стали намного богаче калориями благодаря сладким напиткам и жирной еде. Они сейчас употребляют больше калорий, чем одно-два поколения назад. Известно, что мыши становятся крупнее на более калорийной диете, но как повлияет на эту тенденцию СТК: усилит, ослабит или вообще никак себя не проявит?

Лори назвала этот эксперимент FatSTAT, и результаты опять-таки вышли интереснейшие. Как и ожидалось, мыши на жирной диете выросли больше, чем на нормальной. Но добавление антибиотиков привело к значительным изменениям.

Мы сымитировали методику выращивания сельскохозяйственных животных на современных фермах. Самцы от этого сочетания (жирная диета плюс антибиотик) выросли еще на 10 %, набрав и мышечную массу, и жир. Но самой поразительной оказалась разница в жировой массе: от жирной диеты с антибиотиками самцы набрали на 25 % больше жира, а вот самки – на поразительные 100 %. На жирной диете они набрали 5 граммов, а на диете с антибиотиками – 10. Количество удвоилось! Это немало, учитывая, что всего грызуны весят 20–30 граммов.

Итак, антибиотик действует, диета с высоким содержанием жиров тоже, но вот сумма их эффектов оказалась больше, чем сумма отдельных частей: они образуют синергию. Для самок воздействие медикаментов стало триггером для превращения большего числа дополнительных калорий в жир, а вот у самцов росли и мышечная, и жировая масса. Мы еще не знаем, в чем причина такой разницы между полами. Тем не менее наблюдения согласуются с идеей, что современная высококалорийная диета сама по себе еще не объясняет эпидемию ожирения и что определенную роль в ней могут играть и антибиотики.

Мы задали еще один простой вопрос, предложенный нам диссертационным комитетом Лори. Достаточно ли давать курс антибиотиков всего лишь несколько недель, чтобы обеспечить прибавку в весе? Этот вопрос важен для будущего наших детей. Если набор веса обусловлен долгосрочным приемом антибиотиков, то, может быть, для детей это не так важно. Очень немногие принимают их всю жизнь. Но вот если проблему вызывает даже краткосрочное воздействие, то, возможно, мы найдем причину нынешней эпидемии. Большинство получают сравнительно краткосрочные курсы при лечении отита и простудных заболеваний, особенно в раннем детстве.

В марте 2011 года Лори начала эксперимент DuraSTAT; свое название он получил потому, что мы определяли, насколько прочным (durable) окажется эффект от краткого воздействия лекарств. Лори разделила мышей на четыре группы: без антибиотиков (контрольная группа); СТК в течение первых четырех недель; СТК в течение первых восьми недель; СТК в течение всего эксперимента. Всех в возрасте шести недель посадили на диету с высоким содержанием жира, чтобы выявить разницу. В первую очередь Лори сосредоточилась на самках, помня результаты эксперимента FatSTAT.

Грызуны, получавшие антибиотики в течение всего эксперимента (двадцать восемь недель), набрали вес по сравнению с контрольной группой, как и ожидалось. Но эффект от их приема в течение четырех или восьми недель оказался таким же. Мыши, получавшие пенициллин, набрали на 10–15 % больше веса и на 30–60 % жира по сравнению с контрольной группой. Иными словами, воздействия СТК в раннем детстве оказалось достаточно, чтобы изменить развитие организма на всю жизнь. Результаты DuraSTAT были не такими же, как у FatSTAT, но условия эксперимента были разными, так что напрямую их сравнивать нельзя. Главные показатели – внутри каждого эксперимента. Это важный научный вопрос; исследователи нередко заходят в тупик, сравнивая один эксперимент с другим, хотя условия разные, и эти различия не всегда отмечаются. Но для нас тенденции были одинаковыми: СТК в начале жизни необратимо менял развитие мышей.

После этого мы решили изучить сам микробном. Лори добросовестно собирала фекальные шарики, иногда ежедневно, у каждой мыши. В распоряжении были тысячи маленьких пластиковых пробирок в больших белых ящиках – один шарик на пробирку, сто пробирок на ящик. Чтобы набрать хотя бы фунт, потребовалось бы восемнадцать тысяч шариков. Но они дорогого стоили из-за секретов, хранившихся в них.

Лори секвенировала сотни образцов, чтобы определить, какие ДНК в них содержатся, и узнать структуру микробных сообществ – в том числе, сколько там «рабочих, обслуживающих таксофоны», «таксистов» и «таксидермистов».