Еще одна фундаментальная функция микробов – помощь в регулировании обмена веществ. Люди, как и все другие животные, получают энергию из пищи, которая переваривается и впитывается в кишечнике. Бактерии не только помогают нам переварить некоторые виды еды, с которыми кишечник не может справиться самостоятельно, но еще и сами вырабатывают для нас энергию, причем довольно-таки немало. Безмикробные мыши весят значительно меньше, чем мыши, выращенные обычным способом, но после колонизации бактериями их вес увеличивается на 60 %, несмотря на то, что они едят не больше, чем обычные мыши.
Один из механизмов, благодаря которому это происходит, называется ферментацией. Представьте, что толстый кишечник – это биореактор, в котором бактерии ферментируют клетчатку, углеводы и белки, которые не были переварены и усвоены тонкой кишкой. Конечные продукты этого процесса называются короткоцепочечными жирными кислотами (КЦЖК), и три из этих кислот очень важны для различных аспектов энергетического метаболизма человека: ацетат, бутират[1] и пропионат. Клетки кишечника быстро усваивают КЦЖК и используют их в качестве источника энергии. Кроме того, КЦЖК очень быстро попадают в печень, где перерабатываются в важнейшие вещества, участвующие в расходе и хранении энергии. КЦЖК помогают определить, как и когда мы используем энергию, полученную из пищи, и, что еще важнее, будем ли мы хранить ее в виде жира. Таким образом, не стоит удивляться, что изменения в выработке КЦЖК связывают с ожирением, причем и у мышей, и у людей.
КЦЖК вырабатываются не только микрофлорой. Эти компоненты слишком важны для нашего обмена веществ, чтобы мы могли рассчитывать в их производстве только на бактерии. Тем не менее исследования, проводившиеся на пациентах, генетически неспособных вырабатывать пропионат, показали, что примерно 25 % пропионата в нашем теле производится благодаря деятельности кишечных бактерий. Следствия из этого очень важны, если учитывать, что лечение многими типами антибиотиков сильно влияет на производство КЦЖК в кишечнике. Если антибиотики давать в раннем детстве, особенно в первые месяцы жизни, риск долгосрочных изменений в обмене веществ и иммунитете из-за внезапных перемен в микрофлоре заметно повышается.
Ученые еще не разобрались во всех функциях, которые обмен веществ делегирует микрофлоре. Тренировка иммунной системы и энергетический метаболизм – два важнейших дела, которые делают для нас микробы, но совершенно ясно, что список этим не ограничивается. Новейшие исследования показывают, что микрофлора играет важную роль в неврологическом развитии (см. главу 15) и даже в здоровье кровеносных сосудов. Подобные открытия даже заставили некоторых ученых называть нашу микрофлору «новым органом» – возможно, последним человеческим органом, открытым современной медициной. Большинство этой информации появилось лишь совсем недавно, и многие загадки еще не разгаданы, но совершенно ясно, что защищать микрофлору на раннем этапе развития жизненно важно для нашего здоровья.
В следующих четырех главах мы обсудим стадии жизни, оказывающие наибольшее влияние на развитие человеческого микробиома; все эти стадии организм проходит в младенчестве и раннем детстве. Мы увидим, что некоторые действия, предпринимаемые родителями во время беременности и родов, а также рацион питания оказывают огромное влияние на микробные сообщества, живущие в детских организмах. Благодаря научной информации родители уже научились выбирать хорошие варианты воспитания детей, в частности, ограничивают прием в пищу сахара и даже время, проводимое перед телевизором. Сейчас, когда мы поняли, насколько же важен микробиом, давайте посмотрим, что мы, родители, можем сделать для здоровья наших детей, ухаживая за их микробами.
Диета пещерных людей
Новейшая диетическая мода говорит нам, что если мы будем есть так же, как наши предки из палеолита, то станем здоровее и будем дольше жить. Впрочем, эволюционные биологи с этим не согласны, потому что утверждение не основывается на современных научных знаниях. Вот некоторые утверждения, связанные с «палеодиетой»:
• Наши предки ели в основном мясо и очень мало зерен и бобовых. На самом деле у наших предков был невероятно разнообразный рацион – в зависимости от того, где они жили. Возможно, для арктических областей это утверждение верно, но вот для более умеренной погоды оно уже непригодно. Биохимический анализ окаменевших зубных тканей того периода показывает, что собиратели ели и зерна, и бобовые. К тому же мясо, которое мы едим сейчас – мясо домашнего скота, – очень сильно отличается от мяса дичи, которым питались наши предки.
• Наши предки не ели молочных продуктов. В целом это верно, но современные люди из множества районов мира, где молочные продукты едят, генетически изменили свой обмен веществ, так что могут переваривать и усваивать молочное. Иными словами, мы эволюционировали, причем за достаточно короткое время, и теперь можем есть то, что не могли есть наши предки. Наши гены изменились с тех пор, как мы кочевали по саваннам.
Современные люди просто не могут есть точно так же, как наши предки, потому что современная пища совершенно не такая, как была когда-то. Моркови, брокколи и цветной капусты тогда просто не существовало, как и лиственных растений, из которых мы делаем салаты. Все эти овощи появились уже с развитием сельского хозяйства. Впрочем, кое-что можно действительно сказать с уверенностью: типичный рацион современного человека отличается очень слабым разнообразием и высокой степенью переработки по сравнению даже с едой, которую ели всего сто лет назад.
Кроме того, лишь совсем недавно люди перестали есть только цельную и сезонную еду. Вот эти изменения рациона как раз серьезно воздействуют на здоровье, в основном – из-за эффекта, производимого на микрофлору. Да, если есть меньше рафинированных углеводов и больше овощей, вы действительно сбросите вес и почувствуете себя лучше, но это вовсе не является возвращением к нашему палеолитическому прошлому – по крайней мере, в том виде, в каком это представляется энтузиастам «палеодиет».
2. Воспитание детей и их микробов
Глава 3
Беременность: едим за двоих? Попробуйте есть за триллионы!
Микрофлора беременных: еще одна причина правильно питатьсяДве полоски на тесте на беременность для большинства женщин меняют всю жизнь. Они внезапно начинают бегать в туалет чуть ли не каждые пять минут, не могут найти ключи, держа их в руках, засыпают на работе (в 10 утра!), после обеда чувствуют себя сытыми, а всего через десять минут снова умирают от голода. Кожа и волосы меняют структуру, за год приходится покупать себе штаны трех разных размеров – в общем, беременность сильно изменяет женский организм. Всего за девять месяцев женщина переживает серию серьезнейших физиологических преображений, чтобы из единственной оплодотворенной клетки получился кричащий голодный младенец. Многие наши органы изменяют свои функции, чтобы удовлетворять биологические потребности и матери, и развивающегося ребенка. Например, печень начинает производить на 25 – 35 % больше жиров, способствуя росту плода. Жиры (их еще называют липидами) нужны для хранения энергии. Изменяя метаболизм печени в пользу производства жиров, организм беременной женщины старается обеспечить плоду достаточное количество энергии для роста, а себе – для выработки молока после родов.
Микрофлора беременной женщины, как и печень, тоже реагирует на новое состояние. Более того, эксперты считают, что это нормальная физиологическая адаптация, предназначенная для поддержки роста плода. Недавнее исследование показало, что микрофлора беременной женщины в третьем триместре поразительно напоминает микрофлору человека, страдающего ожирением (любая беременная просто мечтает услышать что-то подобное, да…) Более того, когда микрофлору мыши на последней стадии беременности пересадили безмикробной мыши, эта мышь набрала значительный вес, несмотря на то, что сама беременной не была, да и есть больше не стала. Это исследование провели в лаборатории доктора Рут Лей в Корнелльском университете Нью-Йорка; доктор Лей – одна из ведущих специалистов по микрофлоре. Она считает, что последняя стадия беременности – очень энергоемкий период, в котором организм пользуется механизмами производства энергии, находящимися в распоряжении микробиома, стимулируя набор веса для пользы матери и ребенка. Выбор времени для резкого изменения микрофлоры очень удачен: он происходит под конец беременности, когда дети набирают вес, а матери готовятся к энергоемкому грудному вскармливанию.
То же самое исследование, в котором участвовала девяносто одна беременная женщина (самое большое подобное исследование), также показало, что некоторые виды бактерий, доминировавшие в третьем триместре беременности, обнаруживались затем и в кишечнике детей месячного возраста. Это говорит о том, что еще одна причина значительных изменений в микрофлоре во время беременности – необходимость передать многие из этих бактерий новорожденным. Это очень интересная мысль: женский организм и его микрофлора во время беременности работают вместе, скорее всего потому, что им обоим выгодно рождение ребенка. С генетической точки зрения беременность и роды – единственный способ передать наши гены дальше; с микробной точки зрения, новорожденный – это новый необжитый дом, в котором микробные гены тоже будут размножаться и передаваться дальше.
