Текст книги "Смотри, что у тебя внутри. Как микробы, живущие в нашем теле, определяют наше здоровье и нашу личность"

2. Откуда берется наш микробиом

Если вы – родитель, то хотите для своего ребенка всего самого лучшего. Если вы – ученый, то ваши представления о том, что такое “лучшее”, будут основаны на данных наблюдений и статистического анализа и могут оказаться весьма необычными. А уж если вы – один из моих коллег, изучающий роль микромира в нашей жизни, то эти представления могут проявиться, скажем так, очень специфическим образом.

Когда мы с моей подругой Амандой ждали нашего первого ребенка, мы разработали очень подробный план его появления на свет, включавший даже доулу – профессиональную помощницу при родах (иногда очень полезно, чтобы рядом был человек, стоящий на твоей стороне, а не защищающий интересы страховой компании). Но дети, даже до своего рождения, не очень-то беспокоятся о планах родителей. Второго ноября 2011 года команда проекта “Микробиом человека”, частью которой был я, наконец отослала две фундаментальных статьи с нашими результатами в ведущий научный журнал Nature. Эта работа потребовала неимоверных усилий и от меня, и от Аманды, и мы считали, что заслужили право на праздник. Но поскольку Аманда, как-никак, была беременна, мне пришлось пить за двоих – или даже за троих, включая ребенка. Неважно. Наша дочь должна была появиться на свет только через три недели. Нам еще многое предстояло сделать до ее рождения, но все это могло подождать до утра.

Около полуночи, когда мы ложились спать, на лице у Аманды вдруг появилось какое-то странное выражение. Наклонившись и пощупав ковер у себя под ногами, она сказала: “Кажется, у меня начали отходить воды”. Она позвонила в больницу, и нам велели немедленно приезжать. Поспешно одевшись, мы прыгнули в машину, и Аманда повезла нас в больницу, которая, к счастью, была всего в нескольких километрах от нашего дома. После осмотра гинеколог подтвердил, что роды начались. “Хорошо, – сказали мы, – но можно мы быстренько съездим домой и привезем все необходимое – ползунки, одеяльце, бутылочки, которые мы купили, но не успели захватить?” – “Нет, – сказали нам, – нам, Аманда уже никуда не поедет, пока не родится ребенок”.

Таким образом, возникла проблема: я не мог сесть за руль, хотя чувствовал, что с каждой минутой трезвею. Я вызвал такси, но водитель заблудился, никак не мог найти больницу (наши места с точки зрения доступности такси – далеко не Нью-Йорк), и даже через час он был еще где-то очень далеко. Тогда я сказал ему, что отменяю заказ, и, прихватив подробный список того, что нужно было принести, пошел пешком по сугробам. Мне удалось впихнуть все пункты списка в три имеющихся у нас рюкзака и даже дотащить эти рюкзаки до больницы.

Все шло хорошо. Во всяком случае, так нам казалось. Но к исходу первых суток нашего пребывания в больнице врачи начали заметно беспокоиться. Они сказали, что у ребенка развивается дистресс-синдром. Мы проконсультировались со своей доулой, и она согласилась, что настал момент, когда мы должны перестать надеяться на природу и положиться на современную медицину. Итак, наша дочь появилась на свет в результате экстренного кесарева сечения, и двадцать минут спустя я уже держал ее на руках. Но даже современные медицинские технологии не всесильны. Поэтому, чтобы обеспечить дочь необходимыми микробами, нам пришлось взять дело в свои руки: мы нанесли на кожу новорожденной мазки из вагины ее матери, и в этих мазках содержались те микробы, в которых нуждался ребенок.

Когда мы рассказываем эту историю, у слушателей обычно возникает три вопроса. На первый мы отвечаем, что таким образом репетируем свое выступление на выпускном нашей дочери.

На второй вопрос (“А как вы это сделали?”) ответ простой: установленной процедуры не существует, но мы брали мазки обычными стерильными ватными палочками, а затем касались ими различных частей тела ребенка: кожи, ушей, рта – всех тех мест, куда должны были попасть микробы, если бы он естественным путем прошел через родовые пути.

Но что касается третьего вопроса – почему мы вообще решили это сделать, – то тут нужны более подробные объяснения.

Первые микроорганизмы вы получаете от матери, проходя через ее родовые пути. Доказано, что материнский микробиом загодя к этому готовится. В течение беременности в вагинальном микробиоме матери начинают преобладать бактерии определенного вида Lactobacillus[29]29
  R. Romero et al., “The Composition and Stability of the Vaginal Microbiota of Normal Pregnant Women Is Different from That of Non-Pregnant Women,” Microbiome 2, no. 1 (Febuary3, 2014): 4.


[Закрыть]. Микробное население кишечника тоже меняется: становится больше организмов, способных более эффективно извлекать из пищи энергию. К сожалению, эти микробы также могут способствовать возникновению воспаления, особенно в последнем триместре, – это сложный процесс, результатом которого, среди прочего, могут быть диарея и судороги.

Откуда мы знаем, что женский микробиом меняется во время беременности? Для ответа нам понадобится шприц, полный фекалий, а также наши верные помощники, вечные страдальцы – лабораторные мыши. Группа ученых из США, Финляндии и Швеции перенесла фекалии беременных женщин в организм мышей, выращенных в стерильных боксах, то есть не имеющих никаких собственных микробов. Мышей разделили на две группы: одна получила образцы от женщин, находящихся на первом триместре беременности, другая – от тех, которые были на последнем, третьем, триместре. Обе группы получали совершенно одинаковое питание. Тем не менее мыши “третьего триместра” набрали больший вес и приобрели ряд метаболических и иммунологических характеристик, которые часто наблюдаются у беременных[30]30
  O. Koren et al., “Host Remodeling of the Gut Microbiome and Metabolic Changes During Pregnancy,” Cell 150, no. 3 (August 3, 2012): 470–80.


[Закрыть].

Пересаживая мышам микробов, мы можем ответить на вопрос: являются ли изменения в популяции реакцией на беременность, или наоборот – микроорганизмы являются катализатором этих изменений. Микробные сообщества кишечника беременных изменяются таким образом, чтобы мать могла извлекать из пищи больше энергии и передавать ее плоду. Возможно также, что микроорганизмы кишечника готовятся к тому, чтобы перейти к ребенку. Мы знаем, что аналогичные процессы происходят у животных со специфическим рационом, например у коал, которым необходимы листья эвкалипта, и у летучих мышей-вампиров, питающихся кровью.

До сих пор остается неясным, есть ли микробы у плода в матке. Опубликованы работы, где наличие микробов в амниотической жидкости или в плаценте связывают с преждевременными родами[31]31
  K. Aagaard et al., “The Placenta Harbors a Unique Microbiome,” Science Translational Medicine 6, no. 237 (May 21, 2014): 237ra65.


[Закрыть]. Но эти результаты пока не получили широкого подтверждения. В настоящее время преобладает точка зрения, что у здорового плода нет никаких бактерий, – хотя, как это часто случается в науке, не исключено, что после получения новых данных эта точка зрения будет пересмотрена.

По всей вероятности, первых микробов мы получаем в процессе рождения, проходя по родовым путям, наполненным вагинальными бактериями. Несмотря на то, что микробные сообщества у разных женщин различны, во время беременности все они изменяются в одном и том же направлении[32]32
  Romero et al., “Composition and Stability of Vaginal Microbiota of Normal Pregnant Women Different from That of Non-Pregnant Women.”


[Закрыть]. И это вполне логично, если микроорганизмы, как мы полагаем, эволюционируют, чтобы обеспечить ребенку при его появлении на свет защитный слой. Это немного похоже на один из тех мультфильмов, в которых новорожденного приветствует хор бабочек и певчих птиц – только роль бабочек и птичек играют уродливые ворсистые существа, которые, барахтаясь в слизи, заползают в ребенка.

Итак, предположим, что первых микробов ребенок получает из родовых путей и вагины матери. Что происходит, если он появляется на свет иным способом? Во многих странах количество кесаревых сечений возрастает[33]33
  Michelle K. Osterman and Joyce A. Martin, “Changes in Cesarean Delivery Rates by Gestational Age: United States, 1996–2011,” NCHS Data Brief, no. 124, June 2013: 1–8; Luz Gibbons et al., The Global Numbers and Costs of Additionally Needed and Unnecessary Cesarean Sections Performed per Year: Overuse as a Barrier to Universal Coverage. Geneva, Switzerland: World Health Organization, 2010.


[Закрыть], потому что они, во-первых, позволяют избежать медицинских осложнений и, во-вторых, их проще планировать.

Мария Глория Домингес-Белло, научный сотрудник медицинского центра Лангона при Нью-Йоркском университете, изучает микробиом младенцев. В нашей совместной работе мы показали, что, в отличие от взрослых с их многочисленными специализированными микробными экосистемами, микробиомы новорожденных более или менее одинаковы. Если ребенок рождается естественным путем, его микробиом похож на вагинальное микробное сообщество матери; если в результате кесарева сечения – скорее на кожный микробиом взрослых, то есть на совершенно другое сообщество[34]34
  M. G. Dominguez-Bello et al., “Delivery Mode Shapes the Acquisition and Structure of the Initial Microbiota Across Multiple Body Habitats in Newborns,” Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 107, no. 26 (June 29, 2010): 11971–75.


[Закрыть]. Кесарево сечение ассоциируется с повышенным риском ряда заболеваний, связанных с микробиомом или/и иммунной системой, включая астму[35]35
  G. V. Guibas et al., “Conception via In Vitro Fertilization and Delivery by Caesarean Section Are Associated with Paediatric Asthma Incidence,” Clinical and Experimental Allergy: Journal of the British Society for Allergy and Clinical Immunology 43, no. 9 (September 2013): 1058–66; L. Braback, A. Lowe, and A. Hjern, “Elective Cesarean Section and Childhood Asthma,” American Journal of Obstetrics and Gynecology 209, no. 5 (November 2013): 496; C. Roduit et al., “Asthma at 8 Years of Age in Children Born by Caesarean Section,” Thorax 64, no. 2 (February 2009): 107–13; M. C. Tollanes et al., “Cesarean Section and Risk of Severe Childhood Asthma: A Population-Based Cohort Study,” Journal of Pediatrics 153, no. 1 (July 2008): 112–16; B. Xu et al., “Caesarean Section and Risk of Asthma and Allergy in Adulthood,” Journal of Allergy and Clinical Immunology 107, no. 4 (April 2001): 732–33.


[Закрыть], а также, возможно, ожирение[36]36
  M. Z. Goldani et al., “Cesarean Section and Increased Body Mass Index in School Children: Two Cohort Studies from Distinct Socioeconomic Background Areas in Brazil,” Nutrition Journal 12, no. 1 (July 25, 2013): 104; A. A. Mamun et al., “Cesarean Delivery and the Long-term Risk of Offspring Obesity,” Obstetrics and Gynecology 122, no. 6 (December 2013): 1176–83; D. N. Mesquita et al., “Cesarean Section Is Associated with Increased Peripheral and Central Adiposity in Young Adulthood: Cohort Study,” PloS One 8, no. 6 (June 27, 2013): e66827; K. Flemming et al., “The Association Between Caesarean Section and Childhood Obesity Revisited: A Cohort Study,” Archives of Disease in Childhood 98, no. 7 (July 2013): 526–32; E. Svensson et al., “Caesarean Section and Body Mass Index Among Danish Men,” Obesity 21, no. 3 (March 2013): 429–33; H. T. Li, Y. B. Zhou, and J. M. Liu, “The Impact of Cesarean Section on Offspring Overweight and Obesity: A Systematic Review and Meta-Analysis,” International Journal of Obesity 37, no. 7 (July 2013): 893–99; H. A. Goldani et al., “Cesarean Delivery Is Associated with an Increased Risk of Obesity in Adulthood in a Brazilian Birth Cohort Study,” American Journal of Clinical Nutrition 93, no. 6 (June 2011): 1344–47; L. Zhou et al., “Risk Factors of Obesity in Preschool Children in an Urban Area in China,” European Journal of Pediatrics 170, no. 11 (November 2011): 1401–6.


[Закрыть], пищевые аллергии[37]37
  T. Marrs et al., “Is There an Association Between Microbial Exposure and Food Allergy? A Systematic Review,” Pediatric Allergy and Immunology: Official Publication of the European Society of Pediatric Allergy and Immunology 24, no. 4 (June 2013): 311–20 e8.


[Закрыть] и атопические дерматиты[38]38
  J. Penders et al., “Establishment of the Intestinal Microbiota and Its Role for Atopic Dermatitis in Early Childhood,” Journal of Allergy and Clinical Immunology 132, no. 3 (September 2013): 601–7 e8; K. Pyrhonen et al., “Caesarean Section and Allergic Manifestations: Insufficient Evidence of Association Found in PopulationBased Study of Children Aged 1 to 4 Years,” Acta Paediatrica 102, no. 10 (October 2013): 982–89; F. A. van Nimwegen et al., “Mode and Place of Delivery, Gastrointestinal Microbiota, and Their Influence on Asthma and Atopy,” Journal of Allergy and Clinical Immunology 128, no. 5 (November 2011): 948–55 e1–3; P. Bager, J. Wohlfahrt, and T. Westergaard, “Caesarean Delivery and Risk of Atopy and Allergic Disease: Meta-Analyses,” Clinical and Experimental Allergy: Journal of the British Society for Allergy and Clinical Immunology 38, no. 4 (April 2008): 634–42; K. Negele et al., “Mode of Delivery and Development of Atopic Disease During the First 2 Years of Life,” Pediatric Allergy and Immunology: Official Publication of the European Society of Pediatric Allergy and Immunology 15, no. 1 (February 2004): 48–54.


[Закрыть] (разновидность экземы). Но не нужно паниковать, если вы сами или ваш ребенок пришли в этот мир при помощи кесарева сечения. Скорее всего, с вами все будет в порядке: речь идет об относительно невысоких рисках.

Тем не менее предположение о том, что проблемы со здоровьем могут быть вызваны отсутствием контакта с микробным сообществом, к которому мы адаптированы, вполне обоснованно. Примерно до начала прошлого столетия все люди, доживавшие до зрелости, при рождении проходили через родовые пути и получали свое собственное сообщество микроорганизмов. Вот почему, когда наша собственная дочь появилась на свет в результате экстренного кесарева сечения, мы покрыли ее вагинальными микробами, которых она должна была получить естественным путем. А поскольку каких-либо признанных руководств по этому вопросу не существует, мы поступили по своему разумению.

Пока что мы не знаем, повлияло ли это на нашу дочь: вы не можете получить значимые статистические результаты, если размер выборки – “один ребенок”. Но моя лаборатория при участии доктора Домингес-Белло выполняет пилотный проект, чтобы проверить этот эффект в более широких масштабах. На момент написания книги мы смогли подтвердить, что “вагинальные” и “кесаревы” младенцы сразу после рождения имеют различные микробиомы (то же самое подтвердила канадская группа ученых в аналогичном исследовании[39]39
  M. B. Azad et al., “Gut Microbiota of Healthy Canadian Infants: Profiles by Mode of Delivery and Infant Diet at 4 Months,” CMAJ: Canadian Medical Association Journal 185, no. 5 (March 19, 2013): 385–94.


[Закрыть]). Однако у нас пока нет достаточной информации, чтобы проследить, как это влияет на их здоровье в будущем.

Кроме того, очень трудно сравнивать далекие последствия кесарева сечения и естественных родов, потому что после рождения наши микробиомы быстро усложняются. В момент рождения все младенцы, проходящие через родовые пути, имеют очень похожие микробиомы. Но когда мы становимся взрослыми, разница между нами – точнее, нашими микробиомами – огромна.

Если мы, люди, можем так сильно отличаться друг от друга, то возникает вопрос: с кем же у нас больше всего сходства? С теми, кто ест то же, что и мы? С родственниками, которые живут вместе с нами? С жителями нашего города или континента? Оказывается, все эти факторы влияют на наш микробиом, и мы только стоим на пороге множества открытий, одно важнее другого.

Детство – один из наиболее важных периодов развития микробиоты человека (то есть самих микробов, в то время как слово “микробиом”, как уже говорилось, относится к совокупности генов). Профессор микробиологии Корнелльского университета Рут Лей вместе с сотрудниками моей лаборатории изучали стул одного и того же ребенка на протяжении первых 838 дней его жизни[40]40
  J. E. Koenig et al., “Succession of Microbial Consortia in the Developing Infant Gut Microbiome,” supplement 1, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 108 (March 15, 2011): 4578–85.


[Закрыть]. Мы обнаружили, что если в самом начале микробиом стул этого мальчика совпадал с влагалищным микробиомом взрослой женщины (чего и следовало ожидать, учитывая, что он родился естественным путем), то в конце он превратился в обычный кишечный микробиом взрослого человека. Какое огромное изменение между этими двумя временными вехами!

Что самое интересное, ежедневные различия между его микробными сообществами были больше, чем разница между фекальными сообществами двух здоровых людей. В некоторых случаях недельная разница была больше, чем у 250 взрослых, которых мы отслеживали в похожем проекте. Иными словами, если с точки зрения микробиологии в начале наблюдений малыш более или менее напоминал медведя (у медведей, благодаря их богатой мясом диете, очень простой кишечник), то в конце – обезьяну. Чрезвычайно интересным стал период, когда мальчика лечили антибиотиками от ушной инфекции: в это время его микробиом казался микробиомом не просто другого человека, но чуть ли не существа другого вида! Однако через несколько недель он вновь восстановился до состояния микробиома взрослого. Это к вопросу о том, как часто мы можем принимать и давать детям антибиотики.

Формирование нашего микробиома, даже в самые первые дни, зависит от диеты. Наблюдается заметная разница между результатами грудного и искусственного вскармливания. “Груднички” имеют доступ к особым микробам, содержащимся в материнском молоке, а также к особым сахарам, которые способствуют развитию полезных микробов. Затем, месяцев в шесть, когда мы начинаем есть твердую пищу, наш микробиом проходит следующую стадию развития, когда кратковременные пищевые вариации почти на него не влияют. Но в долгосрочной перспективе вы – это то, что вы едите: если брать период в один год, то наибольшее влияние на микробиом кишечника оказывает диета, от которой зависит баланс двух важнейших групп бактерий, переваривающих соответственно белок и пищевые волокна[41]41
  G. D. Wu et al., “Linking Longterm Dietary Patterns with Gut Microbial Enterotypes,” Science 334, no. 6052 (October 7, 2011): 105–8.


[Закрыть].

Эти две категории бактерий определяют малоизвестный аспект глобального разнообразия: различия в кишечных микробиомах. Все правильно: наряду с языковыми и культурными различиями народы различаются и своими микробами. У народов, которые едят много мяса, преобладает группа, которая называется бактероиды – Bacteroides (привет вам, США и Европа), в то время как в кишечнике людей, которые питаются в основном зерновыми, доминирует группа превотеллы – Prevotella[42]42
  G. D. Wu et al., “Linking Longterm Dietary Patterns with Gut Microbial Enterotypes,” Science 334, no. 6052 (October 7, 2011): 105–8.


[Закрыть].

Но на самом деле все еще сложнее. Например, микробиомы жителей США и Европы значительно различаются. Даже жителей отдельных регионов, например Дании и Испании, можно отличить друг от друга по их микробиомам[43]43
  J. Qin et al., “A Human Gut Microbial Gene Catalogue Established by Metagenomic Sequencing,” Nature 464, no. 7285 (March 4, 2010): 59–65.


[Закрыть], хотя различия между ними меньше, чем у людей из разных регионов, ведущих традиционный образ жизни. По сравнению с жителями США у сельских жителей Малави, питающихся в основном кукурузой, и фермеров Венесуэлы, чей рацион состоит главным образом из маниока, гораздо больше Prevotella – это следствие диеты с высоким содержанием клетчатки. Правда, возможно, что различия связаны также с генетикой и экологическими факторами[44]44
  T. Yatsunenko et al., “Human Gut Microbiome Viewed Across Age and Geography,” Nature 486, no. 7402 (May 9, 2012): 222–7.


[Закрыть].

Разница может проявляться и в меньших масштабах: например, в микробиоме японцев обнаружены гены морских разновидностей бактероидов, которые расщепляют в кишечнике водоросли, – возможно, таким образом они адаптировались к суши[45]45
  J. H. Hehemann et al., “Transfer of Carbohydrate-Active Enzymes from Marine Bacteria to Japanese Gut Microbiota,” Nature 464, no. 7290 (April 8, 2010): 908–12.


[Закрыть]. (Внимание: эти гены не были обнаружены у японцев, живущих в Сент-Луисе, которых изучала наша лаборатория[46]46
  P. J. Turnbaugh et al., “A Core Gut Microbiome in Obese and Lean Twins,” Nature 457, no. 7228 (Jan. 22, 2009): 480–4.


[Закрыть]; единственное, что я могу сказать по этому поводу: если вы не пробовали суши в Сент-Луисе, то я вам и не советую.)

Вы можете спросить: каким же все-таки образом пищевой рацион управляет микробиомом? Вы удивитесь, узнав, что на сегодняшний день изучению механизма этого воздействия посвящено всего несколько работ, хотя уже обнаружена связь между диетой, с одной стороны, и расстройствами пищеварения, риском возникновения инфекций и угревой сыпью (акне) – с другой.

Далее мы сталкиваемся с влиянием окружающей среды на микробиом, особенно значительным в детстве, потому что, если вам когда-нибудь приходилось наблюдать за малышами, вы наверняка видели, как они лезут куда попало, а потом суют в рот грязные пальцы. Оказывается, это не так уж плохо.

Люди, которые в детстве контактировали с разнообразными микробными сообществами – благодаря братьям и сестрам, домашним животным, жизни на ферме, – как правило, имеют более здоровую иммунную систему по сравнению с городскими жителями[47]47
  J. Genuneit et al., “The Combined Effects of Family Size and Farm Exposure on Childhood Hay Fever and Atopy,” Pediatric Allergy and Immunology: Official Publication of the European Society of Pediatric Allergy and Immunology 24, no. 3 (May 2013): 293–98.


[Закрыть]. Даже будучи взрослыми, мы делим многих микробов с другими членами семьи, в том числе четвероногими. Точно так же как микробиом позволяет определить, какой компьютерной мышью вы пользуетесь, можно по общим микробам с достаточной степенью точности проследить связь между вами и вашим партнером или вашей собакой[48]48
  S. J. Song et al., “Cohabiting Family Members Share Microbiota with One Another and with Their Dogs,” eLife 2 (April 16, 2013): e00458.


[Закрыть].

Вне зависимости от наших занятий, в дальнейшем наш микробиом мало меняется, даже когда мы стареем, он остается уникальным. Разница между микробиомами вашим и вашего соседа будет одной и той же – как в день, когда вы оба впервые отправились в детский сад, так и в тот день, когда вы оба выйдете на пенсию. Я сделал видео, иллюстрирующее ежедневные вариации микробиома двух человек – себя и Аманды. В течение шести месяцев мы оба каждый день брали у себя пробы (ради микробиома Аманде пришлось со многим примириться). Потом она остановилась, но я упорствую уже больше пяти лет.

Видео показывает, как на протяжении шести месяцев микробиомы каждого из нас сохраняют свою идентичность[49]49
  J. G. Caporaso et al., “Moving Pictures of the Human Microbiome,” Genome Biology 12, no. 5 (2011): R50.


[Закрыть] несмотря на то, что мы живем вместе и используем все чудесные возможности обменяться микробами. Микробиом каждого организма сохраняет свою уникальность, несмотря на ежедневные вариации. То, чем мы занимались на протяжении этих шести месяцев – путешествовали, ели экзотические блюда и прочее, – мало влияло на наши микробиомы в сравнении с сохраняющимися различиями между ними.

Более поздние этапы жизни человека, как правило, характеризуются большим разнообразием микробных сообществ кишечника. По крайней мере, это справедливо для здоровых пожилых людей; пониженное разнообразие микробиомов обычно ассоциируется со стационарными больными и с худшими последствиями для здоровья[50]50
  M. J. Claesson et al., “Gut Microbiota Composition Correlates with Diet and Health in the Elderly,” Nature 488, no. 7410 (August 9, 2012): 178–84.


[Закрыть]. Правда, в одном отношении последние дни нашей жизни удивительно похожи на первые: протеобактерии, такие как E. coli и ей подобные, более распространены в кишечниках стариков и младенцев. Почему так, мы пока не знаем. Возможно, протеобактерии, эти быстрорастущие сорняки микробиома, распознают ослабленный кишечник пожилых и еще не развившийся детский.

Если вам нужно будет заменить ваш микробиом, предпочтете ли вы микробы долгожителя, ребенка или своего ровесника? Возможно, что у столетних особенно здоровые микробиомы, которые и позволяют им дожить до такого преклонного возраста. С другой стороны, не исключено, что их микробы, несмотря на долгую героическую службу, уже прощально машут жгутиками и поэтому их пересадка вряд ли целесообразна.

В таком случае пересадка молодого микробиома на первый взгляд представляется удачным способом заполучить юное, энергичное, бурно развивающееся сообщество. Но что, если такой микробиом оказывает благотворное влияние только в молодом возрасте, но пагубное – в старшем? Увы, в настоящее время по этому вопросу проведено так мало исследований, что наука нам не помощник. Так что лучше пока не торопиться с фекальной трансплантацией. (Подробнее об этом читайте в главе 5.)

3. В болезни и в здравии

И как ученый, и как человек я не устаю поражаться все новым и новым открытиям, доказывающим, насколько мы зависим от своих микробов. Но больше всего меня воодушевляет вполне реальная перспектива того, что когда мы научимся лучше понимать микробиом и даже влиять на него, он может начать нас исцелять.

Мы уже сегодня устанавливаем связь между нашими микробами и целым спектром заболеваний, начиная с очевидных – инфекций и воспалительных заболеваний кишечника – до таких неожиданных в этом списке, как рассеянный склероз, аутизм и депрессия.

Стоит уточнить: тот факт, что микроб играет роль в том или ином заболевании, еще не означает, что болезнь можно излечить, избавившись от этого микроба. Более того, такие действия могут привести к необратимым последствиям. Может оказаться, что определенная диета или ингибирование фермента (это белок, который ускоряет химическую реакцию) более эффективны, чем прямое нападение на микробов. Причина такого повышенного интереса к микробиому – перспектива открытия принципиально новых способов воздействия на болезни, не поддающиеся существующим методам лечения.

Но сначала зададимся вопросом: а откуда мы знаем, что конкретные микробы связаны с определенными болезнями?

Проще всего привести в пример те случаи, когда один специфический вид микроорганизма существенно влияет на здоровье, что, в сущности, охватывает последние 150 лет исследований в области инфекционных заболеваний. Если вы заразитесь такими микроорганизмами, как сальмонелла (Salmonella), лямблия (Giardia – паразит, вызывающий лямблиоз) или микобактерия туберкулеза (Mycobacterium tuberculosis), то готовьтесь к тому, что заболеете. А потом, если будете лечиться нужными антибиотиками (или другими препаратами), можете ожидать, что выздоровеете.

Но погодите: разве мы всегда заболеваем, когда в нас попадают возбудители болезней?

Оказывается, наш риск заболеть является комбинацией факторов: подверженности воздействию, набора генов и других. Некоторые люди рождаются с природным иммунитетом к определенным болезням. Возможно, вы слышали о Тифозной Мэри, нью-йоркской кухарке начала XX века, которая была носителем бактерии, вызывающей тиф. Своей восхитительной стряпней, содержащей мельчайшие дозы ее отнюдь не восхитительных микробов, она заражала одно семейство за другим. Но сама Мэри никогда не болела. У нее был природный иммунитет к болезни, которую она носила внутри себя. Откуда он взялся? Что ж, именно в поисках ответа на этот самый вопрос мы экспериментируем на мышах: во-первых, заражать мышей мы считаем более этичным, чем людей, а во-вторых, мы умеем изменять геном мыши. Благодаря этим исследованиям мы узнали, что склонность практически ко всем видам инфекций в значительной степени зависит от генетики. В лаборатории достаточно легко можно создать мышиную версию Тифозной Мэри – животных, устойчивых не только к тифу, но и ко многим другим инфекциям. Это доказывает, что восприимчивость каждого из нас к тем или иным болезням во многом определяется нашими генами.

Постепенно мы начинаем осознавать, что таких болезней, при которых мы все подвергаемся воздействию одних и тех же микробов, а заболевают только некоторые из нас, может быть гораздо больше. Чтобы объяснить этот факт, нужны новые исследования.

А пока что предлагаю вам обзор нескольких важнейших заболеваний, в развитии которых, как мы подозреваем, играют роль микроорганизмы.

Воспалительные заболевания кишечника

Под этим названием (сокращенно – ВЗК) скрывается группа воспалительных заболеваний желудочно-кишечного тракта, в том числе таких серьезных, как язвенный колит и болезнь Крона. Общее у них – разбалансировка связей между микробной и иммунной системами. Пытаясь справиться с атакующими вас патогенными микробами, ваш организм объявляет войну всему населению ваших внутренностей, а интенсивная боль, кровотечение и частые визиты в туалет – побочные эффекты этой войны.

Один из типичных признаков этих заболеваний – увеличение распространенности некоторых бактерий. Что особенно интересно – микробы в организме пациента перестают вести себя нормально: их метаболизм отключается, они теперь едят и выделяют иные химические вещества. Пока что мы не знаем, обусловлены ли эти изменения иммунной реакцией организма, или это микробы перестают понимать, что им делать. Наша иммунная система не делит микробов на “хороших” и “плохих”; она следит за их поведением. Другими словами, иммунная система – это не ФБР в погоне за Джоном Диллинджером, это скорее охранник в банке, который открывает огонь, лишь когда один из посетителей вдруг перепрыгивает через прилавок и начинает набивать мешок деньгами.

Также пока неясно, вызываются ли воспалительные заболевания кишечника изменениями микробиома, или в генах пациентов есть что-то, что вызывает разлад в отношениях организма с кишечной микрофлорой, и изменения в микробной популяции являются просто реакцией на это возмущение. Может быть, это некая комбинация обоих факторов?

Целиакия (глютеновая энтеропатия), также относящаяся к ВЗК, включает и аутоиммунный компонент: когда люди, страдающие этим заболеванием, едят продукты из пшеницы, природные клейковинные белки пшеницы активируют иммунную систему, которая атакует слизистую оболочку тонкой кишки, вызывая ее атрофию. Целиакия впервые была описана и названа в честь древнегреческих врачевателей Аретея из Каппадокии и Целия Аврелиана, живших в I–II веках нашей эры. Но широкую известность болезнь получила только после Второй мировой войны, когда нидерландский врач Виллем-Карел Дике во время “Голодной зимы” 1944–1945 годов заметил, что в отсутствие в их рационе пшеницы его страдающие целиакией пациенты стали чувствовать себя гораздо лучше. Дике стал пионером безглютеновой диеты.

Вопрос, связана ли целиакия с микробиомом, вызывает огромный интерес, однако на сегодняшний день, несмотря на более десятка проведенных исследований, не удалось установить достоверной связи микробов с этим заболеванием. Несмотря на то, что обнаружена разница между микробиомами здоровых и страдающих целиакией людей, данные по бактериальному составу микрофлоры у больных различаются. Очевидно, это трудная задача, и нужны новые исследования, чтобы понять, вносят ли кишечные бактерии вклад в развитие целиакии, или изменения микробиома – просто отклик на безглютеновую диету пациентов.

Ожирение

До нашей поездки в Южную Америку в 2008 году я весил гораздо больше. Побродив по Тропе инков, мы с Амандой провели неделю на Амазонке, где оба слегли с диареей – не самое подходящее приключение для туриста с палаткой. Не успели мы как следует выздороветь, как все пошло по второму кругу. Мы оба лечились одинаковыми дозами одних и тех же антибиотиков, а дома вернулись к обычной диете и привычному образу жизни – такому же, как до поездки. Тем не менее в течение последующих нескольких месяцев я сбросил почти сорок килограммов, перейдя от ожирения к нормальному здоровому весу. Разница была огромной. Мне пришлось купить новые брюки, а коллеги отзывали меня в сторонку и шепотом спрашивали, не болен ли я раком или чем-нибудь еще. В отличие от меня, Аманда совсем не похудела. Я считаю, что дело в радикальном изменении моего микробиома: каждый из нас по-разному прореагировал на одну и ту же инфекцию и одинаковое лечение.

Разумеется, история одной семейной пары – еще не основание для научных выводов, но мой опыт в данном случае только подтверждает то, о чем все чаще говорят ученые. Мы получаем все больше подтверждений тому, что огромную роль в ожирении играют микробы. Нормального размера мышь, свободная от бактерий, после пересадки ей фекального микробного материала от толстой мыши сама набирает вес. Причем это происходит во всех случаях, независимо от того, обусловлено ли ожирение мыши-донора перееданием[51]51
  P. J. Turnbaugh et al., “DietInduced Obesity Is Linked to Marked but Reversible Alterations in the Mouse Distal Gut Microbiome,” Cell Host & Microbe 3, no. 4 (April 17, 2008): 213–23.


[Закрыть] или генетической мутацией[52]52
  M. Vijay-Kumar et al., “Metabolic Syndrome and Altered Gut Microbiota in Mice Lacking Toll-like Receptor 5,” Science 328, no. 5975 (April 9, 2010): 228–31.


[Закрыть].

Вы можете спросить, дают ли этот эффект микробы или какие-то другие компоненты кала? Хороший вопрос. Чтобы ответить на него, Джеффри Гордон, директор Центра изучения генома и системной биологии Университета Вашингтона в Сент-Луисе, и его сотрудники поставили перед собой такую задачу: выделить каждый из сотен штаммов бактерий одного человека; вырастить колонию каждого штамма в лабораторных условиях (без остальных к омпонентов фекального материала); потом смешать эти штаммы в тех же пропорциях, что и в исходном образце, а потом “пересадить” новому хозяину новый вес, пересадив ему эту смесь бактерий. И действительно, они смогли это сделать, доказав тем самым, что именно микробы ответственны за прибавку в весе – а вовсе не вирусы, не антитела, не химические соединения и никакие другие из содержащихся в кале веществ. Самое замечательное во всем этом – тот факт, что, выделяя бактерии худых людей, мы можем создать микробное сообщество, которое не даст мыши набрать вес, который она набрала бы в обычных условиях (то есть если бы ее поместили в одну клетку с ожиревшей мышью, подвергнув тем самым воздействию “толстых” микробов своей новой соседки)[53]53
  Ridaura et al., “Gut Microbiota from Twins Discordant for Obesity Modulate Metabolism in Mice.”


[Закрыть].

У себя в лаборатории мы пока не смогли создать микробное сообщество, которое заставило бы похудеть мышь (или человека), хотя поставили такую цель. Но в ряде еще не опубликованных работ другие группы ученых сообщают об успехе: при точечном использовании антибиотиков против бактерий, бурно размножающихся на жирных продуктах, мыши похудели – даже несмотря на то, что продолжали неправильно питаться.

Многие из модных диет сегодня направлены на совершенствование нашего микробиома. Но пока что мало свидетельств в пользу того, что это работает. Для целенаправленного воздействия мы просто еще недостаточно знаем о том, как тот или иной микроорганизм влияет на переваривание и усвоение пищи. В 2011 году ученые из Гарвардского университета опубликовали в New England Journal of Medicine[54]54
  D. Mozaffarian et al., “Changes in Diet and Lifestyle and Long-term Weight Gain in Women and Men,” New England Journal of Medicine 364, no. 25 (June 23, 2011): 2392–404.


[Закрыть] статью, в которой утверждали, что одни продукты связаны с ожирением, другие – с потерей веса. Никого не удивит, что жирная жареная картошка в большей степени, чем другие продукты, приводит к набору веса. Странно другое: два продукта, ассоциируемых с потерей веса – йогурт и орехи, – также могут иметь высокое содержание жиров. Что же происходит на самом деле? Возможно, здесь играют роль микробы. Из лабораторных экспериментов на мышах нам известно, что определенные микробы или их комбинации связаны с потерей или набором веса. Возможно ли, что существует также связь между отдельными продуктами и микроорганизмами, которые делают нас стройнее?

Имеется множество доказательств того, что наша пища меняет наш микробиом, делая его более благоприятным для одних видов микроорганизмов и менее благоприятным для других. Гэри Ву, профессор гастроэнтерологии Университета Пенсильвании, показал устойчивую корреляцию между длительным – более года – рационом и составом микробиома. Это он и его сотрудники показали, что в микробиомах людей, потребляющих много углеводов (паста, картофель, сахар), преобладают бактерии группы Prevotella. И наоборот, у людей, которые едят много белка, особенно мяса (типичная западная диета), больше бактероидов. Эти две группы бактерий помогают нам переваривать и усваивать пищу, но они развиваются на разных продуктах. Нам еще предстоит выяснить, какое влияние бактероиды оказывают на такие типичные для западного образа жизни заболевания, как ожирение и диабет, хотя некоторая корреляция уже прослеживается. Надежда на то, что, меняя рацион, мы можем вырастить в себе – и для себя – более здоровый и “худощавый” микробиом, очень заманчива. Причем некоторые изменения в диете могут довольно быстро изменить состав наших микробов.

Системный биолог из Гарварда Питер Торнбо и его коллеги нашли несколько отважных добровольцев, половина которых перешла на веганскую диету, а вторая – на мясо-сырную. Веганство почти не вызвало немедленных изменений в кишечной микрофлоре этой группы. Зато мясо-сырная диета дала плоды уже буквально на следующий день: количество бактерий, которые связывают с сердечно-сосудистыми заболеваниями, таких, как билофила вадсвортия (Bilophila wadsworthia), резко возросло[55]55
  L. A. David et al., “Diet Rapidly and Reproducibly Alters the Human Gut Microbiome,” Nature 505, no. 7484 (January 23, 2014): 559–63.


[Закрыть]. Ясно, что достаточно экстремальная диета быстро дает отрицательный эффект, однако вопрос о том, возможна ли диета, оказывающая столь же быстрое положительное воздействие, остается открытым.