Для микробов желудочно-кишечный тракт – просто прекрасное место обитания. Там влажно, полно питательных веществ, липкие стенки (микробам легко к ним прилепиться), а во многих частях вообще нет кислорода. Вам может показаться странным, что какое бы то ни было живое существо может предпочитать места, где нет кислорода, но на самом деле огромное количество видов бактерий либо предпочитают подобные места, либо вообще могут жить только в них – наша планета миллиарды лет существовала без кислорода. Микробов, живущих без воздуха, называют анаэробными, и в нашем кишечнике их полно.
В человеческом кишечнике живут 500 – 1500 видов бактерий; видовой и количественный состав в разных отделах кишечника разный. Давайте пройдемся с самого верха пищеварительной системы до самого низа: во рту микрофлора очень разнообразная и сложная – язык, щеки, небо и зубы покрыты плотным слоем бактерий, который называют биопленкой. Например, зубной налет, удаляемый с зубов дантистами – это как раз такая биопленка. Желудок, с другой стороны, – не самое лучшее место для микробов, потому что желудочный сок едкий, как серная кислота. Впрочем, несколько видов бактерий адаптировались к жизни даже в таких условиях. Еще ниже находится тонкий и толстый кишечник, где количество микробов неуклонно растет до самого конца толстой кишки. С кислородом же дело обстоит наоборот: чем дальше мы «спускаемся» по кишечнику, тем меньше там кислорода, так что в нижней части толстой кишки живут даже облигатные анаэробы (бактерии, которые в присутствии кислорода тут же погибают). Разница условий обитания в тонкой и толстой кишке определяет количество и типы бактерий, живущих на разных участках кишечника. Например, слегка кислая и богатая кислородом среда в верхней части тонкого кишечника гостеприимна к бактериям, которые выдерживают подобные условия – например, бактериям Lactobacillus, которые мы едим в йогуртах. В отличие от тонкой кишки, толстый кишечник проталкивает и перерабатывает содержимое очень медленно и вырабатывает немало слизи, что позволяет жить многим другим бактериям, в том числе и таким, которые употребляют слизь в пищу.
Еще одна характерная черта человеческой микрофлоры – различия между отдельными людьми. Примерно треть бактериальных видов живет во всех людях, но вот остальные две трети уникальны – микробиомы двух людей различаются точно так же, как отпечатки пальцев. Сходства в микрофлоре сильно зависят от рациона и образа жизни, а также, в меньшей степени, – от генов. Например, у однояйцевых близнецов (с полностью одинаковым набором генов) могут быть очень разные микрофлоры, если один из них – вегетарианец, а другой ест мясо. А вот у членов одной семьи, в том числе и мужей и жен, которые генетически родственниками не являются, микрофлоры обычно похожие, потому что они живут в одном помещении и едят одну и ту же еду. Кроме того, микрофлора человека поразительно похожа на микрофлору нескольких видов обезьян, но только тех, которые, как и мы, всеядны. У горных горилл, например, микробное население больше похоже на микрофлору панд, потому что и те, и другие целыми днями лежат и лениво жуют бамбук.
Сходства в микрофлоре двух разных людей сильно зависят от рациона и образа жизни, и лишь немного – от генов.
Муж и жена – самые близкие люди по этой классификации.
Обосновавшись в кишечнике, микробные сообщества становятся очень стабильными. Лишь очень резкие перемены, например, веганский образ жизни или переезд в совершенно другую часть мира, могут значительно изменить микрофлору. Недельный курс антибиотиков для лечения инфекции тоже подействует на вашу микрофлору, но в большинстве случаев воздействие останется временным. Обычно микрофлора принимает вид, похожий на прежний, когда вы заканчиваете курс лечения и начинаете есть, как прежде. Однако – и это довольно-таки большое «однако», – микрофлоре требуется примерно 3 – 5 лет после рождения, чтобы превратиться в стабильное сообщество, и в это время она очень нестабильна, особенно в первые несколько месяцев жизни. Любые серьезные изменения вполне могут стать необратимыми. Более того, именно ранние «колонизаторы» кишечной микрофлоры оказывают значительное влияние на то, какой микробиом у нас разовьется позже. Так что даже кратковременное событие, например, кесарево сечение, может привести к весьма долгосрочным последствием, потому что ребенок, появившийся на свет таким способом, начинает жизнь совсем не с такой микрофлорой, какую получает младенец, прошедший через материнское влагалище. Подобные значительные события в начале жизни могут иметь далеко идущие последствия для дальнейшего здоровья и болезней, как мы узнаем в следующих главах.
Школа иммунных клетокУчитывая сильную ассоциацию между изменениями в микрофлоре в раннем детстве и иммунными заболеваниями в дальнейшей жизни, можно спросить: что же такого микробы делают для нас, младенцев, что это так важно? Как уже говорилось в предыдущей главе, микробы помогают нам есть пищу, которую мы не можем как следует переварить, а также борются с бактериями, которые могут нанести нам вред. Об этой их роли мы знали не одно десятилетие, но это лишь вершина айсберга. Как только мы появляемся на свет, и нас начинают колонизировать бактерии, они запускают целую серию фундаментальных биологических процессов в организме. Один из них – развитие иммунной системы, сети клеток и органов, которые защищают нас от болезней.
До того, как ученые начали разбираться в роли микробов для иммунитета, всех врачей и ученых учили, что мы рождаемся с незрелой иммунной системой, которая проходит «тренировку» в маленьком органе под названием вилочковая железа. Там иммунные клетки, которые называются T-лимфоцитами – стратеги нашей иммунной системы, – учатся отличать друзей от врагов. Этот тренировочный лагерь длится всего лишь несколько лет, а затем вилочковая железа исчезает, и все наши иммунные клетки получают соответствующие знания. Иммунологи расшифровали сложную серию механизмов, которые показывают, как именно все это происходит, но не могли ответить на один большой вопрос: как именно вилочковой железе удается «учить» иммунные клетки, какие бактерии полезны, а какие – нет? В конце концов, раз уж мы покрыты микробами с ног до головы (а также внутри и снаружи), причем в основном безвредными, как иммунные клетки узнают разницу? Вилочковая железа не взаимодействует с бактериями – откуда она получает эту информацию? Оказывается, что этот важнейший аспект тренировок происходит не в вилочковой железе, а в кишечнике.
До нашего рождения стенки кишечника наполнены незрелыми иммунными клетками, и, как только мы появляемся на свет, и бактерии начинают заселять новый дом, эти иммунные клетки, словно по волшебству, «просыпаются». Они начинают делиться, меняют тип своей деятельности и даже перемещаются в другие части тела, чтобы там тренировать другие клетки с помощью усвоенной информации. Эксперименты с безмикробными мышами – мышами, которые рождаются и живут в среде, полностью свободной от микробов, – показали, что без микробов иммунная система остается незрелой, небрежной и неспособной к нормальной борьбе с болезнями.
Мы с ног до головы полностью покрыты микробами.
Ученые еще не выяснили, как именно микробы делают все это на молекулярном уровне, но точно известно, что большинство бактерий учат иммунные клетки «терпеть» себя, а вот некоторые бактерии – патогены, вызывающие болезни, – оказывают противоположный эффект. Это вполне логично: если бы наши иммунные клетки стали гонять все бактерии без разбора, то сразу после нашего рождения начался бы неравный воспалительный бой между небольшим числом иммунных клеток и огромным количеством бактерий. На самом деле все совсем не так: несмотря на то, что в кишечнике живет огромное количество бактерий, он остается сравнительно гармоничным и управляемым местом. Это происходит благодаря тому, что микрофлора модулирует иммунную систему, позволяя ей спокойно относиться к большинству микробов.
Многие воспалительные заболевания, например, астма, аллергии и синдром раздраженного кишечника, характеризуются излишне активным иммунным ответом. Зная то, что мы теперь знаем о важности микрофлоры в развитии иммунной системы, мы уже не удивляемся, что эти болезни диагностируются у все большего числа детей. Они по большей части являются следствием современных изменений в образе жизни, которые, в свою очередь, меняют состав микробов, контактирующих с иммунной системой. Есть причина, по которой иммунные клетки ждут микробов, которые придут тренировать их с самого рождения: именно так все происходило миллионы лет и именно так все будет всегда. Нам нужно искать способы изменить современный образ жизни так, чтобы иммунные клетки могли работать нормально.
