Джессіка Снайдер Сакс - Мікроби гарні та не дуже. Здоров’я і виживання у світі бактерій

випорожненнями. Під керівництвом Мура цьому аспірантові вдалося культивувати близько 80 % бактерій, помічених у зразках випорожнень, – просто рекордну кількість. Але Мур не мав коштів для фінансування подальшого дослідження. Тому багатство новокультивованих видів залишились неописаними й безіменними.

На мікробіологічній конференції 1965 року Мур розповів про все це Голдман. Обоє мікробіологів підозрювали, що 99 % кишкових бактерій виявляться анаеробними і що ця бактеріальна спільнота має значний вплив на здоров’я людини, як хороший, так і поганий – останній, коли окремі її представники опиняються не в тому місці, наприклад заражаючи рани та хірургічні шви. «Це було немов дві заблукалі душі знайшли одна одну, – згадує мікробіолог із Вірджинської політехніки Роберт Смайберт. – [Ми] просто сиділи там і слухали їхню розмову. Не встигли ми й оком змигнути, як вони вже вирішили, що хочуть працювати з анаеробами. Тож Пеґ залишила свої ЦКПЗ і перейшла до нас на кафедру ветеринарної медицини». За словами Смайберта, це й було початком того, що згодом стане всесвітньовідомою Лабораторією анаеробів Вірджинської політехніки.

Однак пошук грошей на дослідження малозрозумілого світу анаеробних бактерій людського тіла виявився нелегким. Першим великим проривом якраз і став грант на вивчення кишкової мікрофлори астронавтів, отриманий ними наприкінці 1971-го. Не минуло й місяця, як вони виграли ще один, більший грант від Національного інституту раку. Останні дослідження вказували на те, що відхилення кишкової мікрофлори від норми може сприяти розвиткові раку товстої кишки, і це дозволило Голдман та Муру переконати грантодавців, що наука має визначитися з поняттям цієї «норми». Одночасний старт двох масштабних досліджень задав просто божевільний темп роботи новоствореної Лабораторії анаеробів Вірджинської політехніки. Коли Мур не летів до Г’юстона, щоб забрати свіжі випорожнення астронавтів, вони з Голдман їхали до Балтимора, щоб перепочити в дешевому мотелі, чекаючи на дзвінок від судмедексперта. Адже велика частина їхнього дослідження для Інституту раку передбачала підтвердження, що кишкові мікроби, виділені простим способом – зі зразків випорожнень, – такі самі, як ті, що живуть у безпосередньому контакті з товстою кишкою людини. Просити хірурга брати кишкові зіскрібки під час порожнинних операцій не було варіантом, бо передопераційні антибіотики вбивають кишкові бактерії просто мільярдами (причому одні види знищують більше, ніж інші). Їхнім рішенням стало брати зіскрібки нещодавно померлих, але загалом здорових людей із нетрів Балтимора – переважно жертв убивств та дорожньо-транспортних пригод. Як виявилося, усі мікроби, що росли в контакті з кишковою вистилкою, можна було знайти і в людських випорожненнях.

Приблизно в той самий час робота Голдман та Мура для NASA допомогла цій космічній агенції відкинути страхи мікробного шоку, принаймні для навколоземних польотів тривалістю в місяці, а не роки. Їхні дослідження мікрофлори астронавтів дали один цікавий результат. За перші три тижні імітації польоту «Скайлаб» усі троє астронавтів пережили різке збільшення кишкової популяції воднетвірного анаероба Bacteroides thetaiotamicron (B. theta). Чисельність цього мікроба підскочила з нормальних приблизно 2 трильйонів (2 % кишкової флори) аж до 26 трильйонів (понад 25 %). За шість тижнів рівні B. theta в астронавтів Роберта Кріппена та Керол Бобко впали знову до нормальних, але в іншого члена екіпажу Вільяма Торнтона лишилися захмарними. Мур питав себе, чи не сталося за ці перші шість тижнів чогось незвичайного. У відповідь на це лікар екіпажу лише посміявся. У перші шість тижнів троє астронавтів підняли ледь не бунт через обурення постійною плутаниною зі спорядженням та недостатню, на їхню думку, співпрацю з боку Центру управління польотом. Одразу після проходження позначки в три тижні відбулася телеконференція щодо цих питань, із якої Бобко та Кріппен вийшли задоволеними, а от Торнтон залишився в гніві через нерозв’язану суперечку щодо розміру отримуваних ним порцій їжі. Мур та Голдман гадали: чи не могло це емоційне збудження якраз і викликати в нього різке збільшення чисельності B. theta? «Ми б відкинули цю ідею як притягнуту за вуха, якби не те, з чим зіткнулися пізніше», – згадує Голдман. Вони з Муром спостерігали аналогічні різкі збільшення чисельності B.theta у двох інших випадках: уперше під час вивчення раціону, коли в однієї жінки, яка була добровільним об’єктом дослідження, стався конфлікт на роботі, через який її ледь не звільнили, а вдруге в кишковій флорі 19-річної мешканки Балтимора, жертви вбивства, яку після тривалих побоїв та переслідувань застрелив чоловік.

Заінтриговані, Голдман та Мур почали шукати аналогічні зсуви у студентів в умовах стресу (збираючи зразки випорожнень в день їхніх усних іспитів), але не виявили жодних різких змін. «Мабуть, для цього треба бути дуже, дуже, дуже злим чи наляканим, – розмірковує Голдман. – Але наглядова рада нашого дослідження навряд чи дозволила б нам переслідувати студентів із ножами». У будь-якому разі різкі підвищення чисельності B. theta, що спостерігалися в розгніваних астронавтів та офісних працівників під час конфлікту, не спричиняли жодної помітної шкоди.

І в NASA, і в Інституті раку визнали їхню роботу корисною. Ще важливішим для їхніх довгострокових цілей було те, що ці подвійні дослідження дозволили Голдман та Муру виділити від 150 до 200 нових видів кишкових бактерій людини. Вони ідентифікували всі ці бактерії аж до роду, а потім зосередили свій час та гроші на завершенні фізичного й біохімічного опису дюжини найбільш поширених видів. Серед цих бактерій був і зовсім новий рід Coprococcus, представлений мікробами, що розщеплюють токсичні рослинні хімікати під назвою флюрогліцини, а також розмаїття Rumenococcus – групи, раніше невідомої в людей, але знайомої своїм сприянням худобі в перетравленні сіна.

До того часу як Голдман та Мур одружилися 1985 року, їхнє робоче партнерство принесло науці докладний огляд мікробної спільноти товстої кишки людини. За їхніми оптимістичними оцінками, їм вдалося описати понад 90 % членів цієї спільноти, причому всі основні її види. І хоча окремі ролі та взаємодії цих бактерій лишалися загадкою, стало зрозуміло, що загалом ця спільнота функціонує приблизно так, як і всередині коров’ячого рубця. По суті, наповнена бактеріями товста кишка людини є напрочуд ефективним центром біоферментації, де резидентні мікроби екстрагують калорії й поживні речовини з не перетравлюваної нічим іншим рослинної їжі, весь час віддаючи велику порцію цієї поживи своєму господареві.

Внутрішнє коло життя

Хоча двоє мікробіологів і подарували науці майже повний перепис наших кишкових бактерій, розуміння того, яким чином ці мікроби заселяють їхнє середовище існування (і навіть пристосовують це середовище до своїх потреб), усе ще приходить доволі повільно. Як і у випадку з ротовою порожниною та шкірою, заселення травного тракту людини – домівки для 99 % мікрофлори нашого тіла – починається під час народження, з лактобацил, з якими немовля вперше стикається в пологових шляхах. Коли голівка дитини з’являється на світ, вона стискає пряму кишку матері, вичавлюючи невеличку кількість випорожнень. Хоча лікарі й медсестри поспішають стерти сліди цієї неприємності, їхня гидливість може суперечити цілям природи – негайному й безпосередньому щепленню новонародженого власними кишковими бактеріями матері. Якщо так, то первинне розташування голівки новонародженого зазвичай обличчям до прямої кишки матері, а потім збереження цього положення, доки наступні перейми не вивільнять плечі та решту тіла, є не збігом, а радше результатом дії природного добору. Таке розташування гарантує, що з усіх мільярдів мікробів, з якими немовля зустрінеться в перший день свого життя, найпершими будуть ті, до яких імунна система його матері вже виробила захисні антитіла.