Джастін Зонненбург - Здоровий кишечник. Контроль ваги, настрою та здоров’я

class="b">Tremblaya princeps – це бактерія, що живе всередині садового шкідника. Цей мікроб особливий, бо має один з найменших геномів з мінімальною кількістю генів, потрібних для життя. Науковців цікавлять малі геноми, які є хорошою відправною точкою для створення з нуля мікробів, що виконують корисні завдання, зокрема очищення нафтових плям в океані або перетворення кукурудзяного бадилля на пальне. Після того як геном Tremblaya princeps секвенували, стало очевидно, що цій бактерії бракує головних генів, потрібних навіть для найосновніших клітинних функцій. Річ у тому, що всередині Tremblaya princeps живе інша бактерія під назвою Moranella endobia, яка й містить відсутні гени. Tremblaya princeps виробила надзвичайно розумну стратегію: замість підтримки всіх генів, потрібних їй для життя, вона асимілює гени іншої бактерії – Moranella endobia, що дає змогу обом взаємовигідно існувати.

Природа давно виявила те, що багато хто з нас не розуміє й досі: ключ до успіху в конкурентному середовищі – це делегування та співпраця!

Відносини між Tremblaya princeps та Moranella endobia дуже подібні до нашого союзу з кишковою мікробіотою: ми даємо бактеріям дім, доручаємо їм необхідні функції та підтримуємо більш раціональний геном. Проблема в тому, що ми змушені піклуватися про головні бактерії, які виконують життєво важливі завдання.

Ми сподіваємося, що гени мікробіому заповнять прогалини нашого геному. Розщеплення широкого різноманіття клітковини з рослинного матеріалу, який ми споживаємо, потребує величезного набору генів, що забезпечують наші кишкові мікроби. Симбіотичні відносини з цими бактеріями впродовж усієї історії людства зробили нас залежними від хімічних сигналів, які вони посилають до різних систем усередині організму протягом нашого життя. Ці сигнали свідчать, що наш кишковий тракт правильно функціонує, наша імунна система активно (але не надмірно) бореться з хворобами і що наш метаболізм підтримує гомеостаз. Людський геном отримує користь від 3—5 мільйонів генів мікробіоти без витрат на їхнє підтримання.

Погана репутація бактерій

Якщо мікробіота така важлива для людського здоров’я, чому ми дізналися про неї лише щойно? Ще донедавна галузь медичної мікробіології була зосереджена тільки на «поганих» бактеріях, також відомих як патогени. Патогенні мікроби спричиняють такі хвороби, як холера, туберкульоз та бактеріальний менінгіт, і відповідають за страждання та смерть безлічі людей упродовж усієї історії. Нескладно зрозуміти, чому медичні дослідження були так зосереджені на розумінні цих бактерій та боротьбі з ними. У середині XIX століття відомий мікробіолог Луї Пастер почав експериментально вивчати ідею, що мікроорганізми спричиняють псування та ферментацію їжі – процес, який перетворює молоко на йогурт або виноградний сік на вино. До Пастера наукова думка стверджувала, що псування молока спричиняє якась сутність, що спонтанно виникає в ньому. Завдяки своїм експериментам Пастер довів, що псування та ферментація виникають унаслідок дії не якоїсь примари, а чогось конкретного в навколишньому середовищі. І це були мікроби.

Його робота допомогла підтвердити теорію мікробного походження хвороб. Пастер вважав, що бактерії можуть не тільки псувати молоко, а й спричиняти в людей захворювання. Ця теорія була на той час новим явищем, оскільки в науці панувала думка, що хвороби спричиняють міазми – смердючі отруйні випари від гниття органічних речовин. Ця віра у шкідливі міазми стала поштовхом до покращення санітарно-гігієнічних умов.

Середина XIX століття в Лондоні – час нових правил особистої гігієни. Родини, які прагнули позбутися негігієнічних нічних горщиків, радо вітали революційний винахід змивного туалету. Але зі змиванням відходів постали нові проблеми. Лондон тоді ще не мав достатньо розвиненої каналізаційної системи, а тому нічні горщики спорожняли у вигрібні ями по всьому місту. Туди також зливалася вода з туалетів, яка швидко почала перетікати в Темзу – джерело питної води для багатьох мешканців Лондона. До середини XIX століття паралельно зростав рівень каналізаційних відходів у Темзу і смертності людей від холери.

Криза досягла свого апогею надзвичайно спекотного літа 1858 року. Через високі температури та бродіння стоків у Темзі Лондон зіткнувся з величезною проблемою міазмів, відомою як Великий сморід. Запах був такий нестерпний, що багато людей намагалися не виходити з домівок, ніби перебуваючи під домашнім арештом бактерій. Оскільки через сморід збільшилися випадки холери, було легко припустити, що цей смертельний недуг спричинили саме «міазми» з Темзи. Холера – це хвороба, яку спричиняє бактерія Vibrio cholerae, хоча на той час це було поки невідомо. Vibrio cholerae поширюється дуже стрімко. Головний симптом – діарею – розносить мікроб, особливо там, де стоки змішуються з питною водою. У Лондоні середини XIX століття люди, які брали воду нижче за течією від Темзи, хворіли на холеру майже вчетверо більше, ніж ті, хто брав воду вище. Сморід був лише ознакою поганої гігієни, а не причиною поширення холери, як вважали місцеві мешканці. Але запах нечистот та легкість зараження були так тісно пов’язані, що здавалося, ніби хворобу спричиняє саме гидотний запах.

Зрештою Великий сморід став такий нестерпний, що люди були змушені покращити санітарно-гігієнічні умови навколо Темзи. Очищення системи водопостачання зменшило кількість Vibrio cholerae, а отже, і поширення холери.

Цей випадок у Лондоні відтворює боротьбу з невидимими ворогами – бактеріальними патогенами, які спричиняли біль, страждання та смерть. Але лише впродовж 1880-х років німецький науковець Роберт Кох продемонстрував, що саме бактерії є збудниками сибірської виразки, холери та туберкульозу. Його новаторський метод, відомий як постулати Коха, і досі вважають стандартом установлення, який саме патоген є збудником хвороби. За своє відкриття Кох отримав Нобелівську премію, а також посаду директора Інституту гігієни в Берлінському університеті. Його наукові дослідження нарешті поклали край теорії міазмів та започаткували медичну мікробіологію. У наступні 150 років учені-мікробіологи вивчали бактерії, що спричиняють недуги. Інфекційні хвороби – найбільші вбивці людей у світовій історії. Антибіотики були розроблені як безпосередній результат нашого розуміння, що, знищуючи бактерії, можна зупинити багато інфекційних захворювань та рятувати життя. Нескладно зрозуміти, чому бактерії здобули таку погану репутацію і чому людство перейшло до покращення санітарно-гігієнічних умов.

Лише на початку XX століття науковці почали усвідомлювати розміри колонії бактерій, що живуть у нашому кишечнику. В одному з найбільш недооцінених відкриттів XX століття Артур Кендалл зазначив: «Ці експерименти вказують на те, що людина містить у своєму кишковому тракті цілу популяцію бактерій».

Попри розуміння, що всередині нас живуть бактерії, ніхто до кінця не усвідомлював, що саме вони роблять чи впливають на наше здоров’я і яким чином. Патогенні бактерії спричиняють чимало гострих захворювань, тоді як кишкові бактерії мають порівняно незначний, тривалий вплив на здоров’я людини. Тому гроші зазвичай витрачалися на дослідження відомих «поганих» бактерій. Лише нещодавно науковці почали усвідомлювати величезне значення кишкових мікробів для всього нашого організму.

Перефразовуючи спостереження Артура Кендалла, можна сказати, що людина не просто має в кишковому тракті популяцію бактерій – людина сама є продуктом цієї популяції.

Початок епохи мікробіоти

Упродовж 1960—1970-х років група мікробіологів за участю Ебігейл Сельєрс вивчала бактерії людського кишечника. Можна лише здогадуватися, чому ці науковці вирішили зосередитися на цих начебто нешкідливих кишкових мешканцях, а не більш помітних хвороботворних бактеріях. Але, на щастя, їх зацікавили саме звичайні кишкові мікроорганізми. Ще задовго до того, як виявили, що ці бактерії пов’язані з людським здоров’ям, Сельєрс зосередилася на вивченні