Текст книги "Микроб редко приходит один. Как микроорганизмы влияют на нашу жизнь"

Автор книги: Франк Тадеуш

Соавторы: Франк Тадеуш
сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 11 страниц)

Человеческий микробиом: друзья на всю жизнь

Сразу после рождения моей дочери Йоханны 13 лет назад я соскреб с памперса ее первый стул, поместил в специальный контейнер и отправил, как ценный груз, в лабораторию своего коллеги в Голландию.

Первородный кал – специалисты называют его меконием – с микробиологической точки зрения очень информативный материал. По нему мы можем судить, что переваривал растущий ребенок в материнской утробе: волосы и клетки, например. Можно предположить, что околоплодные воды, в которых плавает ребенок, не стерильны. А это означает: наши дети вступают в контакт с микроорганизмами задолго до того, как появляются на свет.

Наверное, природа таким образом бережно готовит малышей к жизни в суровом мире, полном микроорганизмов. Микробная ванна в материнской утробе представляет собой, возможно, некое крещение, первую естественную вакцинацию, которая укрепляет иммунную систему ребенка точно так же, как и прививки, например, от кори и ветрянки.

Человек – живая теплица

Мы живем под одной крышей с тысячами видов микробов. Этот факт не могут изменить даже самые сильные моющие и чистящие средства. Но этого и не нужно. Сравнительно недавно микробиологи начали использовать понятие «домашний микробиом». Под этим термином понимается совокупность всех микробов, окружающих нас в четырех стенах.

Есть достаточно доказательств того, что эта сеть из бактерий и других микробов оказывает значительно влияние на наше самочувствие. И, предположительно, с этими микроорганизмами мы делили пещеру или хижину уже в каменном веке.

А еще есть микробиом, который принадлежит только нам: человеческий микробиом. Это совокупность всех бактерий, архей, грибов, вирусов и паразитов, растущих, процветающих и живущих в нашем организме. Таких живых существ порядка 10 триллионов. По сути, каждый отдельный человек – это индивидуальная большая теплица.

Соотношение человеческих клеток к бактериям в нашем организме составляет примерно 1:1. С каждым походом в туалет «по-большому» соотношение ненадолго сдвигается в пользу человеческих клеток, и миллиарды микробов отправляются в унитаз. Но это длится недолго – очень скоро микроорганизмы восстанавливают свою численность благодаря способности стремительно делиться.

В человеческом организме живут около 15 тысяч микроорганизмов различных видов. Нам известна только вершина айсберга, около 20 %. Остальные 80 % мы в микробиологии классифицируем как «микробную темную материю». Так обозначают всех микробов, которых не видел еще ни один человек и о которых мы знаем только по их последовательностям ДНК.

Многие факторы влияют на наш микробиом: гены, питание, место, где мы выросли, даже наши занятия спортом и партнер, с которым мы живем. И конечно, наше отношение к гигиене. В последние годы врачи и микробиологи все чаще приходят к выводу, что эта чрезвычайно сложная община поселенцев очень полезна для нас.

Наш микробиом защищает нас от микробных атак внешнего мира, помогает пищеварению, стимулирует иммунную систему и даже производит для нас витамины. По всей вероятности, наши невидимые сожители обладают значением отдельного внутреннего органа – возможно, самым близким будет сравнение с кровью. Но только сейчас мы начали изучение этого органа.

У взрослого человека микробиом весит 300–600 граммов – примерно как 3–6 плиток шоколада.

Это бурлящее крошечной жизнью сообщество, о котором мы пока мало знаем, младенец получает с молоком матери. Например, многие из двухсот видов сахара, содержащихся в грудном молоке, ребенок не может сам переварить. Они являются кормом для важной группы микробов – для бифидобактерий.

Бифидобактерии – важнейшие строители кишечной флоры растущего ребенка. Bifidus – латинское слово, означающее «разделенный надвое» – название бактерии указывает на ее Y-образную форму.

Разумеется, грудное молоко должно в первую очередь обеспечивать младенца питательными веществами. Также очевидно, что оно защищает ребенка от инфекций и населяет его кишечник микрофлорой. Оно питает микробиом в кишечнике, с грудным молоком ребенок получает антитела и антимикробные протеины. Бифидобактерии составляют до 90 % кишечной флоры младенцев, находящихся на грудном вскармливании.

В начале 1970-х годов в обществе свирепствовал страх перед вредными веществами в материнском молоке, такими как инсектицид ДДТ. Поэтому многие родители (и моя мать тоже) не кормили детей грудным молоком. Сегодня мы знаем, что грудное молоко очень полезно для ребенка, и этот факт не подлежит сомнению.

Помощники иммунной системы

Наука лишь относительно недавно убедилась, что микробы могут приносить человеку не только вред, но и пользу. Первые исследования велись с начала 1960-х годов. До этого микробов считали вредными дармоедами, живущими за счет человеческого организма.

О микробиоме тогда ничего не знали. Немного громоздкий термин «мини-сообщество организмов» впервые появился, вероятно, в 1988 году в статье о защите растений. Ни о каких помощниках нашей иммунной системе речь тогда не шла. С тех пор многое изменилось. Теперь мы знаем, что дети при рождении получают из микрофлоры вагины и даже микрофлоры материнского кала «базовую комплектацию», которая гораздо важнее, чем любое дальнейшее приданое или первая икеевская кухня в новой квартире.

К трем годам микробиом человека уже практически сформирован. С этого времени и до последнего вздоха мы живем вместе с этим сложным сообществом микроорганизмов. Но что происходит с детьми, не получившими при рождении этой естественной вакцинации?

Установлено, что дети, появившиеся на свет посредством кесарева сечения, более склонны к аллергиям и различным заболеваниям; они больше подвержены инфекциям. И даже во взрослом возрасте у таких людей выше риск возникновения аллергий, заболевания астмой или диабетом первого типа.

Поэтому врачи в случае кесарева сечения все чаще прибегают к необычной процедуре: они щедро обмазывают новорожденных сразу после первого крика выделениями из вагины матери. Однако насколько этот «вагинальный посев» способен заменить бактериальную прививку при обычных родах – пока до конца неясно.

Микробиом – отдельный орган

Уже сегодня очевидно, что эта тема станет актуальной областью исследования. К примеру, сегодня в Германии кесарево сечение делается в каждом третьем случае. Микробиологи – и я не исключение – едины во мнении, что если кесарево сечение не требуется по медицинским показаниям, естественные роды – самое лучшее.

Пока что неясно, как будет дальше развиваться тема микробиома, вокруг которой поднялся такой ажиотаж. Исследованием человеческого микробиома занимаются и микробиология, и биология, и медицина.

Микробиом совершенно справедливо рассматривается как отдельный орган, чья структура и активность оказывают значительное влияние на здоровье человека, хотя истинные взаимосвязи во многих случаях еще до конца не прослежены. Нет ни одной болезни, при которой микробиом как-либо не изменялся бы. Уверен, что в будущем анализ микробиома станет стандартной процедурой, точно так же, как анализ крови.

В исследованиях микробиома будет большой прорыв – осталось только немного подождать.

Эксперименты на мышах показали, что при антибиотикотерапии во время беременности микробное разнообразие у мышиных эмбрионов сокращается, как после взрыва ядерной бомбы.

Давно известно, что антибиотики проносятся по нашей кишечной микрофлоре, как сильный ураган по пшеничному полю. Полезная ли бактерия, вредная ли – антибиотику решительно все равно. Нашему бактериальному «зоопарку» требуется несколько месяцев, чтобы оправиться от такого урона.

Значит ли это, что беременным следует воздерживаться от приема антибиотиков, чтобы избежать возможных последствий для ребенка и его микробиома? Конечно нет! Нужно взвесить все риски. Намного хуже отказаться от антибиотиков при наличии тяжелой инфекции. Однако данные исследований микробиома подчеркивают, что антибиотики нужно принимать обдуманно и осторожно (подробнее об этом мы будем говорить далее).

Микробиом как улика

Бесспорно, что состав и активность микробиома изменяются при ряде недомоганий. Истинные взаимосвязи зачастую неясны. Здесь мы имеем дело с классической проблемой курицы и яйца и просто не знаем, что было сначала: заболевание или изменение микробиома?

Но если предположить, что состав микробиома меняется только при заболеваниях, разве это не была бы хорошая новость для медицинской диагностики? Поняв маневры наших бактерий, мы могли бы делать выводы об определенных заболеваниях. Возможно, в будущем микробиом будут читать так же, как анализ крови.

Не менее захватывающая перспектива открывается и для других областей применения исследований микробиома. Судмедэксперты, например, мечтают о том времени, когда можно будет раскрывать преступления с его помощью. Лежащая в основе идея не лишена привлекательности: микробиом очень индивидуален и оставляет заметный след в помещении. В гостиничном номере микробные отпечатки пальцев гостей видны уже через три часа после пребывания.

Однако, как уже говорилось, слишком много факторов влияют на нашу микробную флору, поэтому она не остается неизменной – в отличие от реальных отпечатков пальцев. Насколько мне известно, этот метод пока неприменим на практике. Однако, как немецкий ученый, я без зависти вынужден признать: в США под такой проект можно было бы получить фантастическое финансирование.

Тем не менее попытка привлечь преступников к ответу достойна всяких похвал. Попытка же привлечь фанатиков здорового образа жизни сомнительными книгами о диетах для микробиома менее оправданна. Мы можем сделать много хорошего для микрофлоры нашего кишечника, это правда. Наше питание – слишком много пустых углеводов, красного мяса и мясопродуктов – предположительно не полезно для микробиома.

Много растительной пищи, балластных веществ, фруктов и овощей в придачу к рыбе и птице – так выглядит здоровое питание. Однако сегодня микробиом, это загадочное существо, слишком часто становится предметом манипуляций: мол, если будет здоров ваш микробиом, вы будете здоровы, счастливы и проживете долгую жизнь. Но это не так!

Назад в каменный век? Ни за что!

Относительно недавно ученые открыли миру индейцев яномами. Эти племена живут в джунглях Амазонки изолированно от цивилизации, как жили их предки 11 тысяч лет назад. Их размеренное существование внезапно было прервано командой американских микробиологов. Ученые вернулись домой с потрясающим открытием: кишечная микрофлора местных жителей работает, как хорошо отлаженный механизм. И все это благодаря разнообразию микробов в человеческом кишечнике, какого еще не видел свет.

Есть, как яномами, пить, как яномами, переваривать пищу, как яномами… Когда речь заходит о том, чтобы перенять образцовый стиль жизни индейцев, воображению нет предела. Но лично я не считаю, что нам всем необходимо вернуться в каменный век. Хотя мы и питаемся не оптимально, продолжительность жизни в западных странах достигла рекордно высокого уровня. И я твердо уверен, что мы не хотим вернуться к таким же показателям детской смертности, как у яномами…

Ученым иногда приходят в голову забавные идеи. И слава Богу! Если бы человеческая мысль не сходила регулярно с проторенного пути, то не было бы прогресса. Так что идея о том, что кишечник является вторым мозгом, была очень смелой. Ведь каждый знает: этот внутренний орган предназначен для пищеварения, выпускания газов и выделения отходов. Так как же можно сравнивать эту мусорную свалку нашего тела с очень сложным мыслительным аппаратом?

Однако факты таковы: в нашем кишечнике больше нервных клеток, чем в позвоночнике. И все больше ученых соглашаются с предположением, что пищеварительный тракт и головной мозг работают в связке и обмениваются информацией. Здесь снова вступают в игру наши микробы. Например, связь с мозгом осуществляется посредством стимуляции нервов в кишечнике, которые возбуждают бактерии или их метаболиты. Другое любопытное открытие, похоже, напрямую связано со способностью микробов передавать информацию в мозг.

Кишечный микробиом людей, страдающих от аутизма, депрессии и даже болезни Паркинсона, выглядит как клумба, на которой хорошенько потоптались.

Возможно, мы могли бы облегчить состояние больных, если бы снова разровняли их «кишечную клумбу»? И тогда кишечные бактерии отправили бы в мозг радостную весть: здесь, внизу, все в порядке! И жизнь снова бы вошла в нормальное русло.

Здоровый стул – вестник надежды

Медицина знает способ восстановить кишечную микрофлору, которая, казалось бы, утеряна безвозвратно. Средством выбора является трансплантация фекальной микробиоты. При этой процедуре в толстую кишку пациента вводят донорские фекалии, разведенные физраствором. На данный момент есть две методики заселить кишечник здоровой микрофлорой: ввести фекальную микробиоту ректально с помощью клизмы или с помощью вводимого через нос зонда; вторая методика опаснее, так как фекалии могут попасть в легкие.

Многие животные инстинктивно знают, что могут восстановить свою кишечную флору, отведав чужих экскрементов, поэтому спокойно поедают встречающиеся им на пути кучки. И уже в Древнем Китае людям с болезнями кишечника давали пить разведенные фекалии.

Значит, этот метод нас всех спасет?

Есть многообещающие исследования: это и экспериментальная группа аутистов, количество симптомов которых уменьшились, пусть и временно; и испытуемые с депрессией, у которых на какое-то время поднималось настроение. Но крупный прорыв еще предстоит сделать. Вопрос о причине и следствии – что было раньше: яйцо или курица? – остается открытым.

Как уже упоминалось, состав микробиома зависит от очень многих факторов. Больные аутизмом и депрессией питаются иначе, чем обычные люди, они менее контактны и значительно реже бывают среди других людей. Может быть, именно поэтому их микробиом настолько отличен?

Если так, то трансплантация фекалий здорового человека им не поможет.

Однако есть заметное исключение. Для пациентов с хроническими воспалительными заболеваниями кишечника, вызванными бактериями Clostridioides difficile (Клостридиум диффициле), трансплантация фекальной микробиоты показала себя очень эффективной.

Clostridioides difficile – ассоциированная диарея – это тяжелое воспаление кишечника, сопровождающееся кровотечениями и встречающееся прежде всего в больницах. От 20 до 40 % всех больничных пациентов имеют эту бактерию. Здоровая, разнообразная кишечная микрофлора обычно держит ее под контролем. Но когда она ослаблена из-за длительного приема антибиотиков, Clostridioides difficile берет свое и выделяет токсины, которые могут вызвать опасное воспаление кишечника, и для некоторых пациентов помощь приходит слишком поздно.

Флора здорового донора, по-видимому, может обуздать эту буйную бактерию и вернуть ее в цивильное общество. Результаты обнадеживают и доказывают, что исследования микробиома могут приносить практическую пользу.

Секс и микроб: история большой близости

При поцелуе партнеры передают друг другу около 80 миллионов бактерий. Это установили ученые из Нидерландов. К сожалению, они не сообщают, как повлияло проведенное ими исследование на желание целоваться у тех, кто обратил на это внимание.

Поначалу такой перенос микробов в ситуации, где этого не ожидаешь, может показаться омерзительным. С точки зрения микробиолога, этот малоизвестный обмен между двумя партнерами может оказать невообразимо положительный эффект.

Я заметил, что мои зубы стали намного здоровее с тех пор, как я познакомился со своей женой. Возможно, это объясняется тем, что моя предположительно агрессивная флора ротовой полости была смягчена ее менее агрессивной флорой.

Уже сегодня есть убедительные данные о том, что наш микробиом – то есть совокупность всех живущих в нас микробов – оказывает заметное влияние на наше самочувствие и на половую жизнь тоже. При этом медики и микробиологи только сейчас начали лучше понимать тесные отношения между человеком и микробом.

Например, кожа у живущих вместе партнеров частично заселена идентичными микробами. Канадские ученые в ходе одного из своих исследований смогли установить с точностью до 86 %, кто из участников эксперимента с кем вместе живет. Наибольшее совпадение культур бактерий у пар наблюдается на стопах.

Тайна женского бедра

Примечательны и различия между полами. Многообразие бактерий на коже женщин существенно больше, чем на коже мужчин. Предположительно это связано с более высоким pH женской кожи. Кожа, наш самый большой орган, в здоровом состоянии является слабокислым, что обусловлено телесными веществами – салом и потом. Менее кислую среду микробы считают более подходящей для жизни и заселяют охотнее.

Но тайна микробиологии тем самым не проясняется. Например, канадские биологи выяснили, что микробное заселение женского бедра имеет полоспецифичные черты. Причем настолько сильные, что на основе бактериальных проб этой части тела можно определить пол испытуемых со стопроцентной вероятностью.

Самые густонаселенные бактериями части человеческого тела – кишечник и ротовая полость, на третьем месте – влагалище. Как открытый орган, влагалище представляет собой желанную цель для микробов, через которую они рассчитывают проникнуть внутрь. В норме во время пубертата формируется защитная армия из молочнокислых бактерий, прогоняющих нежеланных захватчиков.

Чтобы избавиться от вражеских бактерий, бактерии-стражники производят перекись водорода (которой, как вы, наверное, знаете, осветляют волосы). Но когда стражники не справляются, в организм могут вторгнуться очень зловредные бактерии, которые называются анаэробными.

Эти бактерии не нуждаются в кислороде и могут натворить много дел в женском половом органе. Тогда влагалище оккупируют бактерии Gardnerella vaginalis (Гарднерелла вагиналис). Красивое название не соответствует их разрушительным намерениям: когда анаэробы свирепствуют во влагалище, это может привести к выделениям, нарушениям цикла, воспалению и даже бесплодию.

Ученые обнаружили, что профилактика ВИЧ у женщин с нарушенной вагинальной микрофлорой менее эффективна.

Почему вообще может нарушиться баланс вагинальной микрофлоры? Например, из-за приема антибиотиков. Эта медикаментозная шоковая терапия убивает и вредные бактерии, и полезные, в данном случае – молочнокислые бактерии, которые охраняют влагалище.

Недавно ученые нашли еще одного виновника: незащищенный секс с мужчиной. Это не касается незащищенного секса с постоянным партнером. В поле внимания исследователей попали случайные связи. Автор исследования даже назвала этот вид полового акта покушением на влагалище. Речь идет о борьбе культур.

Мнение исследователя довольно обоснованно: пенис не так сильно заселен бактериями, как влагалище, но мужской половой орган также имеет микробиом, собственную культуру микробов, которая во время секса вторгается во влагалище.

Пенис – неизученный орган

Увлеченные своим предметом ученые, и особенно микробиологи, легко упускают из виду эротику и телесные радости от встречи двух влюбленных. Есть опасность прийти к выводу, что секс и связанный с ним обмен телесными жидкостями приводит только к гигантскому обмену микробами. В каждом миллилитре спермы толпятся 10 миллионов бактерий. В каждом миллилитре влагалищного секрета содержатся примерно 100 миллионов бактерий.

Ученому сложно решить, что увлекательнее: решительный отпор, который дает вагинальная микрофлора одноразовому сексуальному партнеру, или поразительная гармония микробов у постоянных партнеров.

С микробиологической точки зрения пенис – еще недостаточно изученный орган. Но одно нам уже известно точно: под крайней плотью необрезанных мужчин гораздо больше бактерий, чем у мужчин, прошедших так называемую циркумцизию.

Под крайней плотью собираются самые настоящие маргиналы микробного мира, которые сами собой исчезают после обрезания.

Исследования показывают, что определенные бактерии играют роль комиссии по встрече ВИЧ. У обрезанных мужчин риск иммунодефицитного заболевания ниже на 50–60 %. Такие результаты получены во многих исследованиях. Для мира микробиологии это довольно-таки неожиданная новость. Обычно любое вмешательство в микробиом приводит к неутешительным последствиям. А здесь получается наоборот.

Нарушенная микрофлора половых органов вызывает воспаление как у мужчин, так и у женщин. Организм реагирует естественным образом: иммунные клетки спешат взять воспаление под контроль. Однако некоторые иммунные клетки начинают вести себя странно. Они открыто сигнализируют враждебным вирусам иммунодефицита, что хотят, чтобы на них напали. На профессиональном языке микробиологов это клетки с так называемыми рецепторами CD4.

При воспалении в интимной области и при определенных обстоятельствах может запуститься фатальная причинная цепочка: чем более воспалена микрофлора, тем больше иммунных клеток привлекается. Чем больше иммунных клеток находится в кризисном очаге, тем больше среди них сомнительных клеток с рецепторами CD4. И чем больше последних, тем проще задача у вируса иммунодефицита.

Жесткий секс микробов

Все вышесказанное ставит вопрос о сексуальном поведении самих микроорганизмов. В микробиологии они считаются асексуальными существами, которые поддерживают численность вида, не прибегая к половому акту: когда пищи достаточно, клетка делится пополам каждые 20 минут на две свои копии с идентичным генетическим материалом. Просто так, без болезненных родов и малейших усилий.

Благодаря способу размножения и его огромному темпу микробы способны быстрее других видов заселить облюбованную местность. Однако это высокоскоростное размножение содержит опасный подвох: оно довольно инцестуозно и нацелено лишь на быстрый рост. Таким образом возникает однообразная колония из бесчисленных двойников, так называемых клонов. Подобное сообщество сталкивается с эволюционной проблемой. Потому что выживание вида во многом зависит от его генетического разнообразия.

Именно по этой причине микроба не приходится просить дважды, когда на обочине дороги валяется его мертвый собрат. Он не колеблясь употребит его бренные останки, обогатив за счет него свой генетический материал. Этот образ действий называется в молекулярной биологии трансформацией.

Однако у микроорганизмов есть и более прямой способ передать свои гены, который больше всего напоминает секс. Широко распространенное в специальной литературе понятие «конъюгация» указывает, что здесь не идет речь о подвернувшейся приятной возможности.

Основным инструментом клеточного полового акта является пиль. Латинское слово «pilus» означает волос и указывает на то, что этот нитевидный придаток во много раз превышает длину тела своего хозяина. Слово «pilum» переводится как копье или метательный снаряд, оно тоже подошло бы, так как при этом акте все происходит достаточно грубо. Сексуальный партнер захватывается абордажным крюком и протыкается копьеобразным фаллосом.

Рис. 3. Такие микроорганизмы, как бактерии, тоже могут заниматься сексом, то есть обмениваться генетическим материалом. Один из примеров – конъюгация. Одна бактерия ловит другую половым пилем, они сближаются, образуют конъюгационный мостик и обмениваются ДНК. Так, например, от одной бактерии к другой передается резистентность к антибиотикам.

Плазмиды – это небольшие кольцевые молекулы ДНК, которые несут информацию о такой резистентности. Они копируются с помощью ферментов и затем переносятся в клетку реципиента, которая за счет этого становится новым донором

Доминантная бактерия использует рецепторы в конце пиля, чтобы найти полового партнера. Делается это для передачи копии крошечных кольцевых молекул ДНК, имеющихся у одноклеточных. На этой плазмиде плодородия, или F-плазмиде, хранятся частички генетического материала, которые донор навязывает клетке-реципиенту.

Откуда микроб-агрессор знает, что он нашел пригодную для конъюгации бактерию? Микробиология пока не знает ответа на этот вопрос. Известно лишь, что жертвы насильственного спаривания сами становятся охотниками, желающими инфицировать других бактерий своим генетическим материалом. Раз за разом в результате таких сексуальных нападений безвредные бактерии превращаются в яростных фурий, опасных для человека. С новым генетическим материалом они могут передавать резистентность к антибиотикам, что представляет большую опасность.

Мы все знаем, как происходят подобные изменения. Из комбинации старого и нового генетического материала могут внезапно возникнуть опасные возбудители болезней. Например, в мае – июле 2011 года по северу Германии прокатилась инфекционная волна энтерогеморрагической бактерии Escherichia coli (бактерии ЕНЕС). Тогда почти 3000 человек страдали от кровавого поноса, 53 человека умерло. Источником возбудителя были названы ростки пажитника из Египта. Растения, которое с тех пор незаслуженно избегают.

Ответственность за катастрофу, предположительно, лежит на вирусе. Он перенес, возможно где-то в Египте, генетическую информацию о мощном яде от одного известного штамма ЕНЕС на другой штамм, Escherichia coli (кишечную палочку), который хорошо «приклеивается» к человеческому кишечнику. Так возник микроб-монстр, ядовитый и агрессивный. Ужасает то, что теперь может возникнуть его разрушительный гибрид-клон. За те секунды, что вы читаете эти строки, где-то в мире бактерии могут заняться сексом и породить следующую бестию.

И здесь значительную роль играет биопленка, о которой мы говорили в предыдущей главе. В наполненной паром тесноте среды обитания микробов микроорганизмы гораздо чаще и быстрее находят подходящую пару, которой могут передать свои гены.