Мартин Блейзер - Жизнь после антибиотиков. Чем нам грозит устойчивость бактерий к антибиотикам и нарушение микрофлоры
Самая богатая микроорганизмами зона во рту – десневая борозда, место между зубами и деснами. Она просто кишит ими, причем многие анаэробны – не любят кислород{27}, даже погибают из-за него. Может показаться странным, что у нас во рту, где постоянно находится воздух, в котором, естественно, содержится кислород, живут бактерии, которые к нему очень чувствительны, но это так. Значит существуют особые ниши, в том числе очень маленькие, где могут жить и процветать анаэробные бактерии.
Вам когда-нибудь было интересно, почему с утра изо рта пахнет иначе, чем днем? Все потому, что во время сна вы в основном дышите носом. Воздухообмен во рту замедляется, и популяция анаэробных бактерий растет. Они вырабатывают химические вещества, в том числе летучие, которые и вызывают «утренний запах». Чистя зубы, вы удаляете частички пищи и уничтожаете целые популяции бактерий. Общее количество уменьшается, пропорции меняются. Этот цикл продолжается и в течение дня.
Микробы вызывают запахи не только во рту, но и везде, где они есть. В некоторых местах, например в подмышках и паху, концентрация очень высока, причем в популяциях доминируют микробы, производящие особенно пахучие вещества. Хотя сейчас с этим борются целые отрасли промышленности, их наличие не случайно. Начиная с насекомых, микробные запахи показывают, кто мы такие: кто – друзья, кто – родные, кто – враги, кто – любимые, кто – потенциальные партнеры по спариванию, а еще говорят, какое время лучше всего подходит для этого. Матери знают, как пахнут их дети, и наоборот. Запах очень важен, и по большей части создают его микробы. Он определяет даже привлекательность для комаров{28}! Поняв, как именно все это работает, мы сможем воспользоваться информацией, чтобы стать невидимыми или даже отвратительными для этих вредителей. Но я отвлекся.
Итак, над вашей пищей во рту поработали зубы, слюна, ферменты и дружественные бактерии. Дальше пищевод – длинная трубка, отделяющая рот и глотку от желудка. До 2004 года никто и не подозревал, что там живут бактерии – до того, как нашли богатое микробное сообщество из десятков видов{29}.
Затем еда попадает в желудок, где начинается переваривание с помощью желудочного сока и пищеварительных ферментов. Несмотря на кислую среду, бактерии живут и там, в том числе вышеупомянутая H. pylori, которая, если уж присутствует, то обычно доминирует. Другие виды встречаются в меньшем количестве. Ваш желудок производит гормоны, как железа, – например, щитовидная. Стенки содержат иммунные клетки, которые помогают бороться с инфекцией как селезенка, лимфатические узлы или толстая кишка. H. pylori играет роль в производстве желудочного сока и гормонов, в состоянии иммунной системы.
Следующая остановка – тонкая кишка, длинная трубка, содержащая основные элементы: детергенты, ферменты, транспортеры – для разложения и впитывания пищи. Именно там вы перевариваете большую часть еды. Бактерий там сравнительно мало – возможно потому, что излишняя микробная активность может помешать ключевым функциям – перевариванию и усвоению питательных веществ.
В конце концов, то, что осталось от еды, достигает толстой кишки, где бактерии живут от стенки до стенки. Там как раз располагается подавляющее большинство микроорганизмов вашего тела. Количество просто потрясает. В одном миллилитре содержимого толстой кишки (а ее объем – несколько тысяч) их больше, чем людей на Земле. Это целая вселенная микроорганизмов, плотно упакованных, химически активных, сопровождающих вас в течение жизни. Такая ситуация может показаться неизбежной сделкой: мы даем им еду и жилье, а они за это поддерживают нас. Но такое упрощение не полностью верно. Тысячи людей теряли толстую кишку и все содержащиеся в ней бактерии из-за болезней или травм, но при этом многие потом прожили несколько десятков лет вполне здоровыми. Так что, хотя этот океан бактерий очень полезен, он не жизненно необходим. (Повторюсь: этого нельзя сказать обо всем микробиоме в целом; полная его потеря скорее всего обернется катастрофой.)
Микробы в толстой кишке разлагают волокна и переваривают крахмал. В каком-то смысле все, что дошло до конца вашей тонкой кишки, будет исторгнуто из организма, потому что вы это переварить не смогли. Голодные бактерии много чего усваивают, переваривают и превращают в еду – в основном, чтобы прокормить себя. Но некоторые вещества, произведенные ими, в частности молекулы, которые называются короткоцепными жирными кислотами, все же идут в пищу нам – начиная с клеток стенки толстой кишки. Кормят хозяина своей «гостиницы».
До 15 % калорий из еды перерабатываются в толстой кишке и используются, чтобы кормить вас. Как и все микробы, ее обитатели не просто случайные гости – мы эволюционировали, помогая друг другу. У всех млекопитающих, даже тех, чьи последние общие предки жили десятки миллионов лет назад, есть заметное сходство между типами кишечных бактерий и их функциями{30}.
Там тепло и влажно; есть несколько «районов», населенных специализированными микроорганизмами. Те из них, что производят конкретные витамины, могут располагаться на маленьких пятачках, а вот те, которые перерабатывают крахмал в простые сахара, живут на более обширной территории. Есть и конкуренция. Как в городах: хорошие парковки и места в престижных школах легко не достаются. Бактерии, питающиеся одними и теми же веществами, вооружены одинаковыми ферментами и, словно львы и гепарды, охотящиеся на одну и ту же добычу, жестко конкурируют между собой. Мне кажется, многие из них хотят забраться в одни и те же мягкие слои слизи и воспользоваться одними и теми же немногочисленными укрытиями, защищенными от жестоких дождей из желудочного сока или желчи. В то же время клетки, которыми устлан желудочно-кишечный тракт, каждый день сбрасываются, так что сегодняшнее укрытие может завтра превратиться в тонущий корабль. В конце концов, когда остатки переваренной пищи покидают ваше тело в качестве фекалий, вместе с ними выходит смесь бактериальных клеток, а также старые клетки стенок кишечника. Вместе они, их фрагменты и вода составляют основную часть вашего стула.
Чтобы понять, насколько важную роль играют микроорганизмы в обмене веществ, подумайте вот о чем: почти все химические субстанции в крови – результат деятельности микробов{31}. Кроме того, бактерии переваривают лактозу, производят аминокислоты и разлагают волокна в клубнике или, например, если вы едите суши, – в водорослях.
С помощью производимых ими веществ удается сохранять стабильное кровяное давление – благодаря особым рецепторам в кровяных тельцах (и, как ни странно, в носу). Эти сенсоры засекают небольшие молекулы, создаваемые микробами, которые населяют кишечник. Реакция на них влияет на давление. Таким образом, после еды оно обычно понижается. Сможем ли мы когда-нибудь получить лекарство от гипертонии, где используются эти бактерии? Вполне вероятно.
Микробы перерабатывают лекарства. Например, миллионы людей по всему миру принимают дигоксин – вещество, добываемое из наперстянки, для лечения различных заболеваний сердца. Сколько его конкретно попадет в кровь зависит от состава микробиома человека; первая химическая обработка и усвоение{32} происходят в кишечнике. Химические различия имеют последствия. Если доза получится слишком низкой, лекарство не сработает. Если, напротив, слишком высокой, пациент может получить дополнительные проблемы с сердцем, изменение в цветовосприятии и расстройство желудка. В будущем врачам, возможно, удастся контролировать этот процесс, активизируя или угнетая кишечных микробов.
Некоторые бактерии производят витамин K, который необходим для свертываемости крови, чего не делают собственные клетки организма. Возможно, положиться на бактерии для его выработки оказалось для человеческого тела эффективнее, чем идти на дополнительные метаболические трудности, то есть вырабатывать самостоятельно. Так что наши предки выиграли конкуренцию у собратьев, которым пришлось либо самим над ним потрудиться, либо собирать из растений. В каком-то смысле можно сказать, что пращуры отдали ключевую метаболическую функцию на аутсорсинг. Мы их накормили и приютили, а они за это помогают сворачивать кровь – замечательный обмен.
Некоторые производят эндогенный «валиум». Люди, умирающие от рака печени, часто впадают в кому. Но если им дать вещество, ингибирующее бензодиазепины (в число которых и входит «валиум»), они просыпаются. Дело в том, что здоровая печень разлагает естественные бензодиазепины, вырабатываемые кишечными микробами, а вот больная печень – нет, так что «домашний валиум» поступает прямо в мозг и усыпляет больного. Другие микробы позволяют горным народам Новой Гвинеи жить на диете, 90 % которой составляет батат, в котором мало белка{33}. Подобно бактериям, живущим на корнях бобовых растений, кишечные микробы этих племен его вырабатывают из атмосферного азота в кишечнике хозяев и создают аминокислоты.
