Роб Данн - Дикий мир нашего тела. Хищники, паразиты и симбионты, которые сделали нас такими, какие мы есть
При повторении опытов Рейнирса в современных пластиковых стерильных камерах подопытные животные чувствуют себя относительно неплохо. Однако здесь есть одно немаловажное «но». Стерильные свинки нуждаются в дополнительном питании, чтобы поддерживать такой же вес, как свинки – носители разнообразных микробов. Стерильных свинок нужно кормить более питательной и полезной пищей, чем обычных животных. Кишечная микрофлора морских свинок, как и микробы, обитающие в организмах термитов (и, как выяснилось, в наших организмах тоже), вырабатывают ферменты, которые отсутствуют у хозяина. Эти ферменты расщепляют поступающие в кишечник субстанции на питательные и легкоусваиваемые вещества, в частности такие, которые связаны между собой в сложные углеводы растительного происхождения – так называемую клетчатку. Например, бактерия Bacteroides thetaiotaomicron выделяет более 400 ферментов, способных расщеплять растительную клетчатку на простые сахара. Подобных ферментов нет ни в вашем, ни в моем организме. Если еды не хватает, то бактерии отчасти могут восполнить этот дефицит. Благодаря микробам в кишечнике морских свинок (и в нашем тоже), и мы, и они способны извлекать из пищи на тридцать процентов больше калорий, чем если бы у нас не было этих бактерий. Это справедливо в отношении любого вида пищи. Микробы способствуют ее более полному усвоению, извлекая из нее больше питательных веществ и калорий, – нравится нам это или нет.
Вторая причина высокой смертности стерильных морских свинок заключается в дефиците некоторых витаминов, в частности витаминов группы В и витамина К. Без микробов позвоночные (то есть и мы, и морские свинки) неспособны их вырабатывать. Витамин К играет важную роль в системе свертывания крови, и, собственно, называется так по первой букве слова «коагуляция» (во всяком случае, в немецком или русском написании). Взрослея, мы накапливаем в организме запасы витамина К, который получаем из растительной пищи и от наших микробов. На свет мы рождаемся с дефицитом витамина К, так как наш кишечник на тот момент стерилен. Грудное молоко не восполняет этот дефицит, так как оно содержит очень мало витамина К. Исторически сложилось так, что главную роль в накоплении витамина К в детском организме играет быстрая колонизация кишечника микроорганизмами. Если младенцу не удается достаточно быстро заполучить микробов в свой кишечник, возникает риск геморрагической болезни новорожденных. У таких новорожденных кровь не свертывается, что может привести к смертельно опасному кровотечению. Для профилактики этого серьезного заболевания всем новорожденным в США и Великобритании сразу после появления на свет делают инъекцию витамина К. В странах, где такая инъекция не предусмотрена законодательством, геморрагическая болезнь новорожденных распространена больше, особенно среди детей, рожденных с помощью кесарева сечения (так как эти новорожденные не контактируют с микроорганизмами родовых путей матери при появлении на свет). Точно так же, как у детей, у которых микробы еще не колонизовали кишечник, риск дефицита витамина К высок среди детей и взрослых, получающих антибиотики, так как они уничтожают кишечную флору, тем самым угнетая ее способность продуцировать жизненно необходимый витамин[49].
Теперь мы на время отвлечемся от морских свинок и современных младенцев и вспомним о ранних человекообразных, таких как Арди и ее потомки. Попробуем разобраться, были ли микробы только патогенными (как считал Рейнирс), или в качестве симбионтов могли приносить организму предка человека определенную пользу. Мы уже знаем, что микробы продуцировали витамин К в случае его нехватки в пище, но не менее важно и то, что микробы также помогали организму извлекать из съеденной пищи больше калорий – на целых тридцать процентов. Значительная часть этих дополнительных калорий откладывалась про запас в виде жира – очень, кстати, полезного в те далекие времена. Другими словами, микробы по большей части находились с организмами наших далеких предшественников во взаимовыгодном симбиозе. В голодные годы именно бактерии спасали первых человекообразных от смерти. Например, если для того, чтобы собрать достаточное количество еды без микробов требовалось десять часов, то с микробами рабочий день укорачивался до семи, а то и шести часов. Микробы позволяли нашим предкам более эффективно использовать съеденную пищу. Такой симбиоз характерен не только для приматов, но и для множества других видов, этому виду сосуществования десятки миллионов лет. Но преимущества симбиоза с микробами заключаются не только в этом; они также регулировали заболеваемость инфекционными болезнями. Теперь настало время вспомнить Ниту Зальцман, Эми Кросвелл и их мышей.
Как вы помните, Зальцман и Кросвелл наблюдали мышей, которым давали разные комбинации антибиотиков. Кроме того (об этом я еще не упоминал), ученые вводили некоторым мышам патогенные бактерии, вызывающие сальмонеллез. Цель исследования заключалась в том, чтобы узнать, воспрепятствует ли исходная микрофлора мышиного кишечника заражению сальмонеллами, то есть является ли кишечная флора своего рода защитной системой. У бактерий, изначально живущих в кишках мышей, не меньше причин сопротивляться сальмонеллам, чем у самих животных. Мышиный кишечник – это родной дом бактерий, где для них всегда найдется хлеб с маслом (в данном случае консервированный мышиный корм). Итог опыта: мыши, получавшие антибиотики, заболели после заражения сальмонеллами, а животные, антибиотики не получавшие, – не заболели. На фоне введения антибиотиков сальмонеллам было легче через пищевод и желудок проникнуть в полость кишечника, вероятность воспаления которого в этом случае также была выше. Как только в кишечнике мышей восстанавливалась природная микрофлора, сальмонелла больше не могла проникнуть в организм. Очевидно, что бактерии-симбионты конкурируют с сальмонеллами за место под солнцем и изгоняют их прочь. Другими словами, антибиотики убивают привычную бактериальную флору (будь то в нашем или мышином кишечнике) и облегчают вторжение чуждых микробов. Если внедрившиеся бактерии смертельно опасны, то их жертва (опять-таки неважно, мышь или человек) может погибнуть.
Самая близкая экологическая аналогия тому, что наблюдали Кросвелл и Зальцман, – это применение пестицидов в борьбе с огненными муравьями. Огненные муравьи (Solenopsis invicta) в начале ХХ века были случайно завезены из Аргентины – сначала в США, а затем и в другие страны. Когда эти тропические насекомые распространились в Алабаме, было принято решение обработать пораженные площади огромным количеством пестицидов. Как и ожидалось, пестициды уничтожили огненных муравьев, но не пощадили и местных. В долгосрочной перспективе оказалось, что уничтожение муравьев-эндемиков имело очень неприятные последствия. В тех областях, где применили пестициды, местные муравьи восстанавливали свою популяцию очень медленно, чего нельзя сказать об огненных, которые начали стремительно размножаться. Того же мы можем ожидать от полчищ «чужих» бактерий, которые, дождавшись своего часа, дружно атакуют очищенный антибиотиками кишечник.
Но работа Кросвелл и Зальцман – это еще не конец истории. Помимо сотен тысяч бактерий, населяющих наш кишечник, есть еще и микробы, которые живут у нас на коже, в волосах и полости рта. Мы с ног до головы покрыты живыми организмами. Даже в наших легких живут микроскопические грибы. Эти микроорганизмы пока плохо изучены, но уже ясно, что они (как минимум некоторые из них) помогают нам защищаться от дополнительной инфекции. В наши дни эта проблема стала острее, чем прежде, так как теперь у нас есть антибиотики – оружие, без разбора уничтожающее все бактерии подряд. Множество проведенных за последние годы исследований не выявили каких-то преимуществ от добавления антибиотиков к моющим средствам, мылу и другой бытовой химии. Но зато мы знаем, что применение таких средств имеет множество недостатков. Возможно, тщательно дезинфицируя руки с помощью антибактериальных средств, вы увеличиваете свои шансы заразиться инфекционным заболеванием – уничтожая «хорошие» бактерии, вы оставляете вакуум, который с удовольствием заполнят бактерии «плохие».
Чем же в современном мире все это грозит нашему кишечнику? По злой иронии судьбы, мы теперь больше похожи на морских свинок Рейнирса или на лабораторных крыс, чем на нашего потенциального предка Арди. По крайней мере, в развитых странах мы не испытываем недостатка в пище, а кроме того, мы сделали все возможное и невозможное, чтобы очистить наш мир от микробов и сделать его хотя бы отчасти стерильным. Разница заключается не только в том, что, в отличие от морских свинок, мы по-прежнему покрыты живыми микробами. Но при этом мы не получаем сбалансированное по калорийности и составу питание, какое получали лабораторные грызуны. В развитых странах участие микробов в извлечении дополнительных калорий из еды может стать просто катастрофой. Более того – у тех, кто страдает ожирением, в кишечнике живут более эффективные микроорганизмы. Это касается не только человека, но и мышей, крыс и свиней[50]. В частности, обитающие в их кишечнике микробы способны лучше расщеплять сложные сахара и жиры. В одном эксперименте ученые перенесли микробов из кишечника толстых крыс в кишечник худых крыс, у которых в результате тоже развилось ожирение. Способность микробов эффективно расщеплять углеводы и жиры стала для нас вредной, ибо мы, современные люди, не страдаем от недостатка еды. С другой стороны, в государствах, где подавляющее большинство жителей голодают (а таких стран гораздо больше, чем вы думаете), способность микробов извлекать из пищи дополнительные калории приносит людям ощутимую пользу. Если вам посчастливится заполучить бактерии, умеющие эффективно расщеплять углеводы и жиры, то эти бактерии в случае наступления голода смогут спасти вам жизнь. Если же, получив этих микробов, вы будете ежедневно питаться чипсами, сыром и белым хлебом, то вам почти наверняка грозит нешуточное ожирение. Разница между жизнью современного человека и жизнью наших далеких предков изменила и роль микробов, живущих в наших кишечниках. В прошлом эти микробы делали нас выносливее, а теперь делают нас толще, но при этом, возможно, спасают нас от некоторых инфекционных болезней, вызываемых другими бактериями.
