Как бы ни хотелось каждому из нас иногда побыть в одиночестве, с нами везде и всегда будут они — кишечные микробы. Некоторые из них полезны, другие вредны, а третьих мы вообще не замечаем. Но главное, их очень много — не меньше, чем клеток в нашем теле. Что они там делают и нужно ли от них избавляться или, наоборот, стоит подселить кого-нибудь ещё?
ГОСТЬ ИЛИ ВРАГ?
Собрание всех микробов нашего организма называют микрофлорой, микробиомом или микробиотой. Их можно найти по всему телу: на коже и слизистых оболочках, в глазу, лёгких и даже половых органах. Но больше всего их в кишечнике — десятки триллионов штук общей массой в несколько сотен грамм. Неудивительно, что бактериям там нравится: жить среди еды — что ещё нужно для счастья? Если бы бактерии отбирали у нас пищу просто так, их можно было бы смело назвать паразитами и выгнать из организма. Но есть несколько фактов, которые наводят на мысль, что микробы живут в нас не случайно.
Во-первых, их можно обнаружить практически у всех людей (и других животных тоже). Стерильных («безмикробных») Homo sapiens вы едва ли встретите, а безмикробные животные, например мыши, живут только в лабораториях, и то не очень долго: если за ними не уследить, в них тут же поселяются бактерии.
Во-вторых, приём антибиотиков нередко приводит к печальным последствиям: ухудшается пищеварение, а на место убитых бактерий приходят другие нежелательные гости, например грибы.
В-третьих, у микробов часто находят рецепторы — молекулы, с помощью которых они прикрепляются к клеткам стенки кишечника, — а также сигнальные вещества, похожие на наши гормоны. Если микробы успели выработать такие специфические приспособления, можно предположить, что они живут с нами бок о бок уже много лет.
И, наконец, на большинство кишечных бактерий у человека не развивается иммунный ответ: они подселяются к нам уже в первые дни нашей жизни, но — ни жара, ни воспаления! Всё это заставляет думать, что микробы — не гости, а полноправные жители нашего организма.
МИРНЫЙ ДОГОВОР
Итак, мы предоставляем бактериям место в кишечнике и делимся едой. А что получаем взамен? Бактерии переваривают некоторые вещества, которые наши пищеварительные ферменты расщепить не могут, например целлюлозу. Без их помощи мы не могли бы есть свежие овощи и фрукты. Бактерии умеют не только не идёт нам на пользу: некоторые бактерии берутся за переваривание лекарств и снижают их эффективность. Микробы в кишечнике надёжно защищены от внешней среды, поэтому крепко держатся за место на его стенках. Они оберегают свою территорию от вторжения других микробов, попутно спасая нас от кишечных инфекций. Кроме того, бактерии борются друг с другом, не давая никому размножиться и занять слишком много места.
Поэтому в микрофлоре могут встречаться и патогенные бактерии, но они для нас не опасны, пока их активность сдерживают соседи. Нужно, однако, сделать так, чтобы на отважную армию бактерий не нападал наш собственный организм. Для этого бактерии снижают активность иммунитета, а иммунные клетки в свою очередь учатся распознавать частички бактерий и не реагировать на них. Оказывается, такое подавление иммунитета полезно для человека: чем спокойнее ведут себя иммунные клетки, тем меньше шанс, что они примут за врага другие клетки организма (в таких случаях развиваются аутоиммунные заболевания, такие как диабет I типа, системная красная волчанка и др.) или начнут неадекватно реагировать на безобидные вещества (так работает аллергия).расщеплять вещества, но и создавать то, чего нам не хватает, снабжая нас некоторыми витаминами (группы В и К). Впрочем, иногда это
Ворсинки на внутренних стенках кишечника увеличивают площадь поверхности, позволяя эффективнее усваивать питательные вещества
Микробы образуют плёнку на поверхности ворсинок кишечника. На одном квадратном сантиметре стенки около 3 тысяч ворсинок, а в одном кубическом сантиметре содержимого кишечника — десятки миллионов бактерий.
Сейчас в медицине распространена гигиеническая гипотеза: считается, что чем больше ребёнок в детстве контактирует с бактериями и чем разнообразнее население его кишечника, тем более здоровым он вырастет (меньше будет риск аллергии или аутоиммунных патологий). В частности, полагают, что количество аллергиков в европейских странах в последние десятилетия сильно увеличилось из-за того, что дети стали расти в «стерильных» условиях.
СКАЖИ МНЕ, КТО ТВОЙ ДРУГ
Большинство людей дают кров и пищу представителям одних и тех же основных типов кишечных бактерий: Bacteroidetes, Actinobacteria (к ним относятся, например, бифидобактерии) и Firmicutes (среди которых энтерококки и лактобактерии). Но если присмотреться внимательнее, окажется, что набор микробов зависит от множества факторов. Например, по составу микрофлоры можно отличить вегетарианца от мясоеда. Самые драматические различия обнаруживаются, если сравнивать европейских горожан с сельскими жителями развивающихся стран. В некоторых регионах Африки и Южной Америки ещё сохранились племена, образом жизни напоминающие охотников и собирателей каменного века. Они живут в хижинах, пользуются примитивными орудиями, а их рацион зависит от времени года. В сухой сезон это мясо и клубни, которые они выкапывают из земли, в сезон дождей — плоды деревьев, ягоды и мёд.
Так вот, в этих людях живут совсем другие микробы, непохожие на наших: среди них совсем нет актинобактерий, зато есть родственники патогенов (например, спирохет, вызывающих сифилис). Кроме того, в кишечнике охотников-собирателей нашли даже неизвестных науке микробов — по крайней мере сразу определить их принадлежность не удалось. И в целом разнообразие видов оказалось там гораздо выше, чем у европейцев, а точный состав менялся в зависимости от сезона. Судя по всему, охотники-собиратели сохранили микробов, которых мы потеряли в процессе эволюции и по мере развития личной гигиены.
ТИПИЧНЫЕ ПРЕДСТАВИТЕЛИ КИШЕЧНОЙ МИКРОФЛОРЫ
Бифидобактерии
Энтерококки
Лактобациллы
Кишечная палочка
Бактероиды
Пропионибактерии
БАКТЕРИИ СВЯЗАНЫ С МОЗГОМ ЧЕРЕЗ КИШЕЧНИК
Есть несколько сигнальных путей, посредством которых кишечные микробы могут управлять нашим поведением (и возможно, будут открыты и другие пути)
- ГОРМОНЫ
В стенке кишечника расположены регуляторные клетки, которые влияют на работу кишечника и выделяют в кровь гормоны. Бактерии могут непосредственно стимулировать или подавлять работу этих клеток.
- ИММУНИТЕТ
Кишечная микрофлора может подавлять работу иммунных клеток или, наоборот, заставлять их выделять провоспалительные вещества.
- ПРОДУКТЫ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ
В процессе переваривания еды бактерии выделяют разные вещества, например бутират, которые могут напрямую поступать в мозг. Там они влияют на настроение, чувство сытости и даже проницаемость гематоэнцефалического барьера (стенки между тканями мозга и кровью).
БАКТЕРИИ ДУМАЮТ ЗА НАС
Чем дольше мы изучаем кишечные бактерии, тем больше убеждаемся в их влиянии на наше поведение. Например, учёные сравнили состав микрофлоры сладкоежек и тех, кто равнодушен к сладкому. Набор бактерий оказался разным. Это навело исследователей на мысль, что тяга к сахару может быть вызвана предпочтениями не самого человека, а его кишечных микробов. Вопрос в том, как им удаётся влиять на работу мозга?
Оказалось, бактерии в процессе жизнедеятельности выделяют множество сигнальных молекул. Одни — коротко- цепочечные жирные кислоты — образуются в результате переваривания бактериями еды. Эти молекулы всасываются в кровь, а из крови уже захватываются рецепторами клеток мозга, которые сигнализируют о насыщении. Получается, чем сытнее живётся нашим микробам, тем более сытыми чувствуем себя мы сами.
Вторые — аналоги гормонов (например, тестостерона или адреналина) или нейромедиаторов (таких как дофамин и серотонин). Эти вещества действуют на специальные клетки кишечника, которые занимаются не пищеварением, а передачей сигналов, усилить или ослабить работу кишечника. И эти клетки воздействуют уже на нервные окончания в кишечнике, выбрасывая в кровь свои сигнальные вещества. Так сигнал доходит до мозга. Есть устрашающая теория, что колики у младенцев тоже вызваны микробами: острая боль заставляет ребёнка плакать, а плач побуждает родителей покормить его (а точнее, его бактерий). Так что, возможно, это вовсе не мы, а они любят ту или иную еду. И мамин суп кажется вкуснее прочих не потому, что мама хорошо готовит, а потому что в семье живут одни и те же бактерии. Не исключено также, что перепады настроения и даже психические заболевания вызваны тем, что наших микробов не устраивает качество или количество пищи (взаимосвязь с микрофлорой обнаружена в случае депрессии, шизофрении и тревожных расстройств). И это означает, что какие-то заболевания и предпочтения могут оказаться заразными. Например, здоровых мышей удалось заразить тревожностью, пересаживая им микробов от больных сородичей.
Кишечная палочка, увеличенная в 10 000 раз
ТРАНСПЛАНТАЦИЯ КИШЕЧНОЙ МИКРОФЛОРЫ
- Кал здорового донора используется как источник микрофлоры для кишечника, поражённого инфекцией.
- Кал растворяют в стерильном физиологическом растворе до однородного состояния и фильтруют.
- Кал могут вводить с помощью капсул, клизмы, эндоскопии, колоноскопии.
- Учёные разрабатывают искусственные смеси фекальных микроорганизмов, для удобства применения упакованные в желатиновые капсулы.
ЗАЧЕМ МЫ ИЗУЧАЕМ МИКРОБОВ
Новые представления о том, как кишечные бактерии влияют на здоровье человека, могут сильно продвинуть методы лечения болезней, в частности инфекционных. Самый эффективный способ борьбы с ними — антибиотики — имеет неприятные последствия: вместе с врагами гибнет мирная микрофлора, а патогенные бактерии со временем приобретают устойчивость к лекарству.
Другой способ, более безопасный, — это, наоборот, подселять в кишечник «родные» бактерии, чтобы они вытесняли патогены. Параллельно с антибиотиками распространение получили пробиотики — препараты со «здоровыми» кишечными бактериями. Их часто назначают при дисбактериозе — так называемом нарушении нормальной микрофлоры. Это очень расплывчатое понятие, ведь, как мы уже поняли, бактериальный состав кишечника различается даже у здоровых людей, что уж тут говорить про болезни. Бездумно принимать пробиотики не стоит — только в редких случаях, например при побочных эффектах от приёма антибиотиков, чтобы восполнить ряды мирной микрофлоры, или при некоторых тяжёлых воспалениях кишечника.
Но если вам всё-таки хочется поддержать своих невидимых друзей, можно подкармливать их пребиотиками — продуктами, содержащими их любимую еду. Для большинства наших бактерий это молочнокислые и квашеные продукты.
Более радикальный метод — это фекальная трансплантация. В ходе этой процедуры врачи берут кал здоровых людей, выделяют из него бактерии, упаковывают их в капсулу для проглатывания или вводят в кишечник через длинную трубку. Это не самый приятный метод, и, строго говоря, мы пока не знаем, окажется ли он эффективнее, чем антибиотики, однако его уже тестируют в клинических исследованиях против патогенной бактерии Clostridium di cile (которая начинает размножаться в кишечнике после приёма антибиотиков).
Возможно, мы научимся лечить посредством пересадки бактерий и другие заболевания. Например, есть данные, что у людей с расстройствами аутистического спектра состав микрофлоры изменён. И некоторые учёные именно этим объясняют особенности поведения аутистов: обычные бактерии способствуют социальным контактам, чтобы распространяться; если же этих бактерий нет, человек становится асоциальным. Так или иначе, в отдельных экспериментах фекальные трансплантации улучшили состояние людей с этим расстройством. Кто знает, чего ещё сможет добиться медицина с помощью наших невидимых друзей?
ГНОТОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ЖИВОТНЫЕ
Чтобы изучать влияние отдельных микробов на физиологию, учёные создают безмикробных животных. Им вводят через рот растворы антибиотиков, дают стерильные корм и воду, обрабатывают поверхность тела — словом, добиваются того, чтобы микрофлора в фекалиях отсутствовала.
Теперь такому животному можно пересадить микробов другого животного или человека, а можно заселить его организм одним-единственным видом бактерий и посмотреть на результат.
