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

відстійника товстого кишечника. Хоча від народження той є стерильним, з часом він стає для мікробів справжніми джунглями людського тіла. 1905 року французький мікробіолог Анрі Тісьє став першим, хто дослідив формування цієї екосистеми, орієнтуючись на те, що виходить з іншого боку.

Наприкінці першого дня життя народженої звичайним шляхом дитини розсип бактерій у її випорожненнях відображує мікрофлору піхви та кишкового тракту матері. Натомість у дитини, народженої за допомогою кесаревого розтину, там міститься більш випадковий асортимент мікробів, що потрапили туди з рук акушерів і загальнолікарняного середовища. Та хоч яким є спосіб народження, на третій день немовля на грудному вигодовуванні видає майже монокультуру біфідобактерій, що продовжує домінувати аж до початку харчування твердою їжею. Кишкова ж мікрофлора немовляти на штучному вигодовуванні теж містить біфідобактерії (з невідомого джерела), але в значно менших кількостях і лише як невелику частину нестабільної суміші інших мікробів.

Так само як на шкірі та в роті немовляти, у кишечнику біфідобактерії заважають росту потенційних порушників спокою, таких як стафілококи, і допомагають відібрати перших постійних мешканців. Дослідження також показують, що велика кількість кишкових біфідобактерій сприяє підвищенню рівня захисних антитіл у крові дитини – антитіл, націлених не лише на проблемні бактерії, але й на багато видів діарейних шлунково-кишкових вірусів. Це явище може допомогти пояснити, чому в країнах «третього світу» з поганим санітарним станом води рівень смертності дітей на грудному вигодовуванні аж у шість разів менший, ніж дітей на штучному вигодовуванні. Навіть у Сполучених Штатах, де смерть дитини від діарейної хвороби залишається рідкісним явищем, епідеміологи відзначають на цілих 20 % вищий рівень виживання в дітей на грудному вигодовуванні, порівняно зі штучним, протягом перших шести місяців життя, незалежно від статків чи рівня освіти родини.

Перша хвиля кишкових мікробів також запускає дозрівання вистилки товстого кишечника. Розташовані під нею кровоносні судини підтягуються до поверхні вистилки й формують там щільну сітку крихітних капілярів, необхідних як для підтримування її здоров’я, так і рознесення поживних речовин, вивільнених резидентними бактеріями. Водночас перший дотик бактерій пробуджує мільйони кишкових стовбурових клітин. Одразу після активації ці клітини починають весь час ділитись, і їхнє розмноження постійно оновлює ніжний шар поверхневих клітин кишкової вистилки. Поверхневі ж клітини, у свою чергу, починають відпадати зі швидкістю кілька мільярдів на день. Ця неперервна заміна робить кишковий тракт стійким до уражень, що неминуче відбуваються, коли дитина починає їсти тверду їжу, з її великою кількістю природних токсинів, а також випадковими гострими предметами чи хвороботворними мікробами.

Введення в раціон твердої їжі більш-менш вирівнює кишкову мікрофлору дітей на грудному та штучному вигодовуванні, хоча, зрештою, не буває двох людей з абсолютно однаковим вмістом видів і штамів мікробів. У середньому в кишечнику зазвичай домінують десь із тридцять видів бактерій, а в менших кількостях присутні близько ста. Одними з найчисленніших та найпродуктивніших серед них є анаероби-волокноперетравлювачі, на кшталт паличкоподібних Bacteroides та Eubacteria. Причому Bacteroides, такі як B. theta, B. vulgatus та B. fragilis, складають від 20 до 30 % кишкових бактерій людини, щодня виробляючи близько літра позбавлених запаху вуглекислого газу й водню. Eubacteria заявляють про себе шляхом виробництва більш пахучого сірководню – відомого всьому світові своїм запахом тухлих яєць.

Крім того, рано чи пізно ми стаємо господарями асортименту коків – кулястих анаеробів. До них належать роди Enterococcus, Peptococcus, Streptococcus та Peptostreptococcus, що розкладають низку складних білків та жирів (глікопротеїнів і гліколіпідів) на простіші цукри та жирні кислоти, які організм здатен засвоїти. У процесі цього вони виробляють іще один характерний запах – зіпсованого вершкового масла, яким відгонить масляна кислота.

Разом Bacteroides, Eubacteria та різного роду коки вивільняють аж 30 % калорій, які людина засвоює з їжі, особливо з таких високовуглеводистих продуктів, як каші та макаронні вироби.

Іншими головними представниками кишкової мікрофлори є клостридії, деякі з них виробляють токсини, і всі можуть потім ховатись у резистентних спорах. Найбільш сумновідома Clostridium difficile має підступну звичку викликати діарею та запалення товстого кишечника, після того як курс антибіотиків усуне її конкурентів. Хоч як це дивно, більшість дітей носить у собі C. difficile, не страждаючи від жодних шкідливих впливів. До початку дорослого життя, коли цей мікроб може стали проблемним, нормальна мікрофлора вже тримає його під суворим контролем.

Меншу частину членів кишкової спільноти складають кілька видів лактобацил і розсип факультативних анаеробів, на кшталт E. coli, здатність яких виживати на відкритому повітрі дозволяє їм блукати де не слід й іноді спричиняти проблеми в таких місцях, як жіночі сечовивідні шляхи. Крім того, приблизно кожен п’ятий із нас є носієм помітної кількості метанотвірних кишкових мікробів, таких як Methanobrevibacter smithii та Methanosphaera stadtmanae. Ці метаногени харчуються воднем та вуглекислим газом, що виробляються їхніми сусідами-волокноперетравлювачами. Як і водень, метан не має запаху, але легко займається (з останньої якості ніяк не натішаться хлопчаки всього світу).

Шкіра. Рот. Ніс. Травний тракт. До 1980-х років мікробіологи вже могли похвалитися базовим розумінням того, що і де живе на людському тілі, а також першими уявленнями як про переваги, так і про небезпеки цих мешканців. Однак чого наука не могла пояснити, то це як імунна система терпить їхню присутність – особливо численного населення наших кишок. Не менш загадковим було й те, як саме наші резидентні бактерії запускають глибокі зміни, які їхня присутність явно породжує в клітинах і тканинах. Окрім задоволення наукового інтересу, відповіді на ці питання обіцяли прояснити, яким чином зрив хитромудрих домовленостей між мікробами і людиною може призводити до хвороб.

Хто тут головний?

Гастроентеролог, що став мікробіологом, Джеффрі Ґордон очолює блискучий новий Центр геномних наук Університету Вашингтона в Сент-Луїсі. Простора, освітлена промінням сонця лабораторія розташована над уславленим центром секвенування генів, одним з основних учасників проекту «Геном людини», що 2003 року повністю розшифрував послідовність 20–25 тисяч генів Homo sapiens.

«Настав час подивитися на людський геном ширше, – каже Ґордон, – усвідомлюючи, що мікробних генів наш організм, можливо, містить у сто разів більше, ніж людських». 2005 року Ґордон з колегами зі Стенфордського університету в Каліфорнії та Інституту геномних досліджень у Меріленді зібрали разом багатомільйонні гранти від приватних фондів та урядових установ, аби профінансувати їхню «Ініціативу мікробіому кишок людини» – план виділення, секвенування й аналізу сукупності мікробних генів, що роблять свій внесок у здоров’я та добробут людського тіла, а подекуди й порушення його функцій. Одним з аспектів цього колосального проекту є розробка загального профілю генетичних можливостей кишкової мікрофлори. Іншим є повне розшифрування послідовності геномів сотні основних представників бактеріальної спільноти товстого кишечника людини.

«Другий “Геном людини”» Ґордона став лише одним із понад десятка дослідницьких проектів, що розгортаються в його лабораторії повсякчас, усі з яких націлені на розуміння впливу кишкових мікробів на людське здоров’я та хвороби, і не лише в кишках, але й будь-де в організмі. Персонал його лабораторії складається з молодих та цікавих до науки аспірантів і новоспечених докторів зі знанням широкого спектра дисциплін від бактеріальної екології до рентгеноструктурного аналізу.

Інтерес Ґордона до бактерій товстого кишечника прослідковується ще з років його роботи гастроентерологом у 1970–80-х роках, коли він вивчав людські гени, що контролюють поділ клітин, завдяки якому постійно оновлюється кишкова вистилка. Ця постійна заміна (клітини відпадають, щойно