Читать книгу Микробы? Мама, без паники, или Как сформировать ребенку крепкий иммунитет - Бретт Финлей - Страница 5

Невидимая жизнь

Идея, что на человеке обитает бесчисленное множество микробов, невидимых глазу, появилась одновременно с первым микроскопом. Антони ван Левенгук, родившийся в 1632 году в городе Дельфт, сейчас входящем в состав Нидерландов, был ремесленником, особенно интересовавшимся производством линз. Ему захотелось поближе рассмотреть все хитросплетения тканей, которые он рекламировал, так что он стал делать шары из стекла, нагревая стеклянные трубки. Эти почти идеальные сферы позволили ему наблюдать в увеличенном виде не только нитки, но и все другие предметы. Левенгук не имел научной подготовки, но в глубине души был ученым, так что вскоре начал рассматривать в свои примитивные микроскопы самые странные вещи: воду из ручья, кровь, мясо, кофейные бобы, сперму и т. д. Он методично записывал все свои наблюдения и отправлял их в Лондонское Королевское общество, которое публиковало его интереснейшие письма.

Однажды в 1683 году Левенгук решил соскрести немного белого налета с зубов и рассмотреть его в микроскоп. Вот что он записал в дневнике:

«Невероятно большое скопление живых анималкул, плавающих ловчее, чем я когда-либо видел в жизни. Самые большие (которых было там великое множество) сгибали свои тела, продвигаясь вперед… Более того, другие анималкулы были там в таком невероятном количестве, что вся вода… казалась живой… Во всех Объединенных Нидерландах не найдется столько людей, сколько я сегодня нашел живых существ у себя во рту».

Что естественно, рассказ Левенгука о никогда ранее не описывавшемся мире, полном микроскопических «анималкул», вызвал немалый скептицизм и бурю насмешек. Лишь позже, когда британские ученые увидели «анималкул» своими глазами, они согласились, что Левенгук не бредил. Левенгук написал много писем в Королевское общество, но наибольшую славу обрел как первооткрыватель микроскопической жизни. Благодаря своим многочисленным открытиям Левенгук считается отцом микробиологии.

Впрочем, эти открытия в то время остались лишь любопытными наблюдениями, которые имели мало отношения к человеческой биологии, пока другие ученые не обнаружили, что эти «анималкулы» вызывают болезни. Это откровение случилось лишь почти двести лет спустя, когда Роберт Кох, Фердинанд Кон и Луи Пастер независимо друг от друга подтвердили, что такие болезни как бешенство и сибирская язва вызываются микробами. Кроме того, Пастер доказал, что молоко скисает из-за микробов, и разработал процесс, известный ныне как пастеризация – убийство микробов высокой температурой. Загрязнение молока микробами навело Пастера на мысль, что возможно и предотвратить попадание микробов в организм человека, и вместе с Джозефом Листером он разработал первые методы антисептики. Одно из веществ, созданных в те времена, до сих пор в ходу – листерин.

Избежать заражения любой ценой

Благодаря работам Пастера, Кона, Коха и других ученых широкая публика узнала, что болезней можно избежать, предотвратив контакты с микробами и убивая их, и началась настоящая война на уничтожение. В Лондоне, Париже, Нью-Йорке и других больших городах открылись департаменты здравоохранения. Мусор, который раньше валялся кучами на тротуарах, стали увозить и уничтожать, питьевую воду – очищать, за крысами и мышами стали охотиться, во многих городах появились канализации, а людей, подхвативших заразное заболевание, стали изолировать. Именно в те времена слово «бактерия» получило свою плохую репутацию – его однозначно стали связывать с болезнями, заражениями и чумой. Продвинемся еще на полтораста лет вперед, и нас ждет еще одно поразительное открытие: в борьбе за чистоту мира мы убили больше микробов, чем необходимо, и, по иронии судьбы, из-за этого можем серьезно подорвать себе здоровье. Почему? Потому что наши тела умеют нормально развиваться только в присутствии множества микробов. Эта революционная концепция значительно расширяет известные научные познания о полезных бактериях, населяющих организм: они помогают переваривать определенные виды пищи и вырабатывают некоторые необходимые витамины. Но лишь недавно мы начали понимать, насколько же необходимы микробы для нашего нормального развития и благополучия.

Не все микробы дружелюбны, некоторых нужно избегать и уничтожать.

Микробы: партнеры по эволюции

Последние двадцать лет изучения микробов помогли нам понять, что микробы – это не просто оппортунисты, обитающие на нас, потому что им так удобнее; они – неотъемлемая часть нас с биологической точки зрения. Чтобы лучше уложить это в голове, нужно для начала понять, что наше партнерство с микробами началось еще с появления первого вида наших предков-гоминид, и эволюционные изменения гоминид сопровождались и изменениями микрофлоры. За всю историю человечества было лишь несколько важнейших эволюционных скачков (быстрых эволюционных изменений), определивших курс развития гоминид. Что интересно, два из них непосредственно связаны с изменениями физиологии нашего желудочно-кишечного тракта и, соответственно, с нашим микробиомом.

Будучи охотниками и собирателями (этот образ жизни сопровождал людей около 2,5 миллионов лет), наши предки не строили постоянных домов, живя во временных укрытиях, и не имели практически никаких личных вещей, чтобы легко можно было перекочевать с одного места на другое. В зависимости от географического региона обитания и времени года, рацион древних людей состоял из мяса, кореньев, корнеплодов и фруктов в различных пропорциях. Затем случилось невероятно важное событие, приведшее к одному из эволюционных скачков: люди научились добывать огонь и готовить на нем еду. Сейчас-то мы все это воспринимаем как само собой разумеющееся, но термообработка сделала еду безопаснее: жар убивает болезнетворные бактерии, живущие в разлагающемся мясе. Кроме того, нагревание изменяет химический состав еды, делая ее удобной для переваривания и богатой энергией. Это внезапное увеличение уровня энергии изменило для людей все. Нашим предкам больше не приходилось часами жевать сырое мясо, чтобы получить из него достаточно калорий для поддержания сил. Вспомните, что делают наши ближайшие родственники среди животных, обезьяны, когда вы видите их в зоопарке или по телевизору. Если бы люди не научились готовить еду на огне, то нам бы тоже приходилось тратить по шесть часов в день, пережевывая по пять кило сырой пищи, чтобы получить достаточно энергии для выживания.

Из окаменелых останков людей того периода нашли только кости, так что мы не можем определить, какая микрофлора населяла кишечники древних охотников и собирателей. Однако антропологам удалось показать, что изменения образа жизни и рациона, случившиеся после того, как люди научились готовить на огне, вызвали изменения и в анатомии, в частности, в кишечнике. Когда древние люди стали усваивать больше энергии, их кишечник укоротился, а мозг, что удивительно, увеличился примерно на 20 %. Учитывая, что мы сегодня знаем о связи между кишечными микробами и развитием мозга, вполне вероятно, что кишечная микрофлора тоже сыграла роль в этом «внезапном» росте мозга. С увеличением мозга улучшилось и умение охотиться, разговаривать и общаться в целом. Иными словами, термообработка пищи сделала нас умнее – она сделала нас людьми.

Еще один эволюционный скачок случился около одиннадцати тысяч лет назад. Несколько племен людей обнаружили, возможно – случайно, что зерна, упавшие с колосьев дикой пшеницы, которую они собирали, дают новые всходы. Научившись возделывать растения, они отказались от кочевого образа жизни и перешли к оседлости. Благодаря полям и огородам маленькие племена, состоявшие максимум из нескольких десятков человек, выросли до нескольких сотен, а после этого уже зародились основы цивилизации – торговля, письменность, математика. Если бы не земледелие, мы бы до сих пор обирали с кустов все до последней ягодки, а потом шли несколько километров к следующим. Появление сельского хозяйства совпадает со строительством первых городов; именно благодаря земледелию появилась наша современная социальная структура. Эта перемена в образе жизни оказалась настолько успешной, что фермеры полностью вытеснили собирателей, и в наши дни лишь горстка племен продолжает жить собирательством и охотой.

Естественно, образ жизни, связанный с сельским хозяйством, привел к значительным переменам в рационе питания. Люди больше не обходились случайным перекусом в течение дня и редкими пирушками после охоты, потому что земледельцы обеспечивали стабильные и более-менее предсказуемые поставки еды. Так как же это повлияло на нашу микрофлору? Окультурив дикие растения и, соответственно, получая больше калорий с полей и огородов, земледельцы стали есть менее разнообразную пищу. Учитывая, что мы знаем о реакции микрофлоры на рацион питания, их микрофлора тоже, скорее всего, стала менее разнообразной. На самом деле сравнивать кишечную микрофлору народа хазда в Танзании, одного из немногих современных племен, до сих пор живущих собирательством, с микрофлорой современного фермера – все равно, что сравнивать тропический лес и пустыню с точки зрения биоразнообразия. Недостаточное разнообразие микрофлоры связано с немалым числом человеческих болезней; многие из них мы рассмотрим в последующих главах.

Земледелием человечество занимается всего одиннадцать тысяч лет (0,004 % своей истории!), но уже проявились физиологические изменения, связанные с сельскохозяйственной диетой, и некоторые из этих изменений повлияли и на наших микроскопических обитателей. Новый рацион принес с собой кариес и другие болезни зубов, вызываемые бактериями, которые не встречаются у собирателей. Наши зубы, нижние челюсти и лица уменьшились – скорее всего потому, что при таком рационе приходится меньше жевать. Некоторые эволюционные биологи считают, что в эпоху собирательства люди вели более здоровый образ жизни, а затем променяли его на продовольственную безопасность и большее число детей (как по нам – очень даже неплохая сделка!). Некоторые диетологи из этого даже сделали вывод, что ради своего здоровья все современные люди должны есть точно так же, как и охотники и собиратели, но это заявление было опровергнуто ведущими эволюционными биологами – люди уже генетически адаптировались к новым задачам, которые поставило перед организмом земледелие (см. «Диета пещерных людей»).

Два этих важнейших события в истории человечества говорят нам, что изменения образа жизни сопровождаются изменением микрофлоры, и эти перемены в микробном населении могут повлиять на здоровье как положительно (готовка еды на огне, уменьшение количества инфекций), так и отрицательно (земледелие и последовавшее за ним уменьшение микробного разнообразия). Нравится нам это или нет, но с микробами нам предстоит жить всю жизнь, в болезни и в здравии, в богатстве и в бедности.

Микробы для нас

Наши микробы – часть того, что делает нас людьми, но наш современный образ жизни и рацион, особенно в странах Запада, привели к новым изменениям в микрофлоре и нашей биологии. В последнее столетие, особенно – в последние тридцать лет, люди научились перерабатывать пищу, делая ее более вкусной, легко перевариваемой и долго хранимой, чем когда-либо раньше. Кроме того, наше стремление зачистить мир от инфекционных болезней, в том числе и с применением антибиотиков, еще сильнее изменило состав и разнообразие наших микробных сообществ. Такой двойной удар по микрофлоре привел к огромным переменам в кишечной среде и, как мы узнаем в следующих главах, во многих других аспектах нормального функционирования нашего тела.

Чтобы по-настоящему оценить, как микрофлора влияет на наше здоровье, важно будет обсудить основные биологические концепции, связанные с нашей микрофлорой и органом, в котором живет большинство наших микроорганизмов – человеческом кишечнике. Микрофлора человека состоит из бактерий, вирусов, грибков, простейших и других микроскопических форм жизни. Они живут на нашей коже, в ротовой и носовой полости, глазах, легких, мочеполовой системе и желудочно-кишечном тракте – в общем, на любой поверхности, взаимодействующей с внешним миром. Другой часто используемый термин – микробиом: он связан не только с «личностями» всех микробов, которые живут внутри нас, но и с их функциями. В человеческом организме, по оценкам, живет около 10¹⁴ микробов; как уже упоминалось, самым большим резервуаром для микробов служит желудочно-кишечный тракт, в котором бактерий примерно 10¹³. Вот это сообщество больше всего влияет на нас, носителей. Более того, когда мы в книге упоминаем термин «микрофлора», мы имеем в виду именно кишечную микрофлору, если не указано обратного. Несмотря на то, что бактерии примерно в двадцать пять раз меньше человеческих клеток, они составляют немалую часть нашего веса. Если избавиться разом от всей микрофлоры, то мы потеряем примерно полтора килограмма – примерно столько же весит наша печень или мозг! Один кусок человеческого кала на 60 % состоит из бактерий, причем количественно их там больше, чем людей на нашей планете. Как вам, боящиеся грязи и бактерий, люди?

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.