Человеческий суперорганизм. Как микробиом изменил наши представления о здоровом образе жизни

Дитерт Родни

Эти микробы и являются первыми биологическими партнерами новорожденного младенца. К числу микробов относятся такие древние и чрезвычайно просто устроенные формы жизни, как бактерии, вирусы, микроскопические грибы и некоторые эукариотические существа (то есть организмы, чьи клетки содержат ядро, например дрожжи). Поскольку физиологические системы младенца активно созревают в течение первых 5–12 месяцев жизни, взаимодействие его организма с этими первыми микробными поселенцами оказывает сильное и продолжительное влияние на развитие органов и тканей.

Процесс «посева» микробиома завершают кожные контакты между матерью и ее ребенком, а также его грудное кормление. Организм малыша засевается при этом специфическими микробами, многие из которых отличаются от микробов, полученных им во время родов. Выхаживание недоношенных младенцев, предполагающий длительный кожный контакт между матерью и ребенком,

получило название «метода кенгуру». «Кенгуру» не только способствует формированию кожного микробиома недоношенного малыша, но, похоже, и позволяет ему быстро догнать в развитии доношенных детей. Когда младенец подрастает и источники его пищи становятся более разнообразными, его микробиом начинает меняться.

Идеальная пища для младенца – грудное молоко. Одно из исключений из этого правила – чрезмерная зараженность грудного молока токсическими веществами, способными причинить вред ребенку. Грудное молоко не только обеспечивает организм малыша специфическими иммунными факторами, защищающими его от инфекций, но и содержит особые сахара (олигосахариды), которые наш организм переваривать не может, но которые нужны нашим микробам. Состав грудного молока словно специально рассчитан на кормление микробов, только что заселивших кишечник малыша, и способствует их созреванию на ранних стадиях жизни ребенка. По сути дела, человеческое грудное молоко содержит питательные вещества, предназначенные исключительно для микробов. Этот факт как нельзя лучше свидетельствуют о том, какую огромную важность имеет микробиом для нашего организма. Кроме того, грудное молоко, по-видимому, служит источником дополнительных микробов, передаваемых матерью ребенку во время грудного кормления, а потому является своего рода пробиотическим продуктом.

Грудное молоко содержит несколько сотен видов бактерий. Эти микробы вкупе с присутствующими в нем пребиотиками (микробной пищей) способствуют нормальному созреванию кишечника младенца. Фактически грудное молоко – первый пробиотический продукт, вкушаемый малышом. Состав микробиома грудного молока зависит от нескольких факторов – в том числе от того, каким образом ребенок появился на свет (в результате естественных родов или кесарева сечения). Неудивительно, что в грудном молоке очень много лактобацилл и других бактерий, питающихся молочной кислотой. Но это только вершина айсберга. В нем содержатся и другие бактерии, например различные виды бифидобактерий (Bifidobacterium) и золотистый стафилококк (Staphylococcus aureus). Прием антибиотиков во время беременности или лактации может отразиться на концентрации бактерий в грудном молоке. Следует отметить к тому же, что молоко матерей, рожавших естественным образом, обладало бульшим видовым разнообразием бактерий и в нем присутствовало меньше видов стафилококков, чем молоко женщин, рожавших с помощью кесарева сечения. Как и другие пробиотики, содержащиеся в пище или пищевых добавках, микробы человеческого молока способны изменять метаболизм младенца и могут даже на длительное время поселиться в его кишечнике.

В свою очередь, когда кишечные микробы малыша получают свою излюбленную пищу, в результате ее расщепления они образуют метаболиты (продукты метаболизма), необходимые для нормального роста и развития ребенка. Это обстоятельство снова наводит на мысль, что грудное молоко содержит уникальные питательные вещества, предназначенные не для человеческих клеток тела младенца, а для их утилизации его микробами, которые в результате синтезируют необходимые ему витамины и прочие метаболиты. Очевидно, молочные смеси и другие суррогаты грудного молока, неспособные обеспечить вновь сформированный микробиом младенца адекватным питанием, могут изменять нормальный процесс развития этого микробиома и вызывать различные нарушения развития физиологических систем малыша. В XX столетии разработчики молочных смесей этого факта попросту не понимали: они руководствовались представлениями «старой» биологии.

Вскоре после рождения ребенка микробы заселяют и другие части его тельца, открытые для воздействия внешней среды (например, дыхательные и мочеполовые пути). Вообще говоря, о микробах пищеварительного тракта известно сегодня гораздо больше, чем о микроорганизмах других частей тела. Но этот факт отражает всего-навсего больший объем научных исследований, посвященных изучению кишечного микробиома, чем микрофлоры кожи, дыхательных путей или мочеполовой системы.

По мере роста и развития ребенка постепенно растет и созревает и его микробиом. Речь идет о настоящем партнерстве малыша с микробами, тонко приспособленными к существованию в определенных частях его тела и взаимодействиям

именно с теми клетками, из которых эти части тела состоят. Каждая стадия роста и развития ребенка сопровождается изменениями как его физиологических систем, так и микробной смеси в его теле. События, происходящие с микробиомом на этих ранних стадиях, имеют критическое значение для здоровья человека в будущем. Это связано с тем, что с момента зачатия и на протяжении первых двух лет жизни малыш очень чувствителен к так называемому перинатальному программированию активности его генов. Эти периоды (окна) развития, которые в своих ранних публикациях я назвал «критическими окнами уязвимости», представляют собой этапы развития, когда внимательная забота и кормление микробиома могут принести впоследствии максимальные дивиденды. Похоже, для каждой физиологической системы существуют специфические «критические окна уязвимости», когда она особенно чувствительна к внешним воздействиям, включая и эффекты микробиома. А это значит, что формирование хорошо сбалансированного микробиома в ранней жизни повышает шансы человека на крепкое здоровье в будущем.

Откуда мы взялись?

Мир микробов гораздо обширнее, сложнее и разнообразнее, чем мы привыкли считать. В почве и тканях некоторых растений живут бактерии, способные «фиксировать» атмосферный азот. Они могут поглощать этот газ из воздуха и превращать его в соединения (например, аммонийные), которые могут усваивать горох, соя, люцерна и другие бобовые растения, обогащая ими почву. В свою очередь, эти мутуалистические азотфиксирующие бактерии, живущие в клубеньках на корнях растений (за что их обычно называют клубеньковыми бактериями), получают от растения источник энергии – сахара.

Без преувеличения можно сказать, что сама Земля находится внутри гигантского «микробного пузыря». Как показали недавние исследования, область распространения микробов простирается до верхних слоев атмосферы с невероятно суровыми жизненными условиями. Более того, по мнению многих ученых, микробы, по-видимому, могут влиять на климат нашей планеты (а быть может, даже управлять им). Анализ недавно бушевавших на планете ураганов показал, что бактериальные сообщества в центре вращающейся воронки воздуха сильно отличаются по своему составу от обычной бактериальной флоры верхних слоев атмосферы. Ураганы – это сильные возмущения атмосферы, вызывающие резкие сдвиги в распределении атмосферных микробов по сравнению с нормой; не исключено, что события, происходящие в человеческом теле при различных «пертурбациях» микробиома, сходным образом приводят к возникновению «ураганов» в виде неинфекционных болезней.

Один из актуальных вопросов современной науки – способность микробов жить в космосе. Одну из недавно открытых бактерий, отличающуюся невероятной выносливостью, ученые дважды обнаруживали в различных установках космических агентств, которые подготавливали к отправке в космос тщательнейшим образом стерилизованные материалы. Первый из этих случаев произошел в Космическом центре Кеннеди во Флориде, второй – в Европейском космическом агентстве во Французской Гвиане. Недаром ученые присвоили этой новой бактерии название, часть которого на латинском языке означает «чистый». Имеются свидетельства, что некоторые бактерии способны выживать в суровых космических условиях. Эксперименты, проведенные на Международной космической станции, показали, что споры бактерий Bacillus pumilus, предварительно выделенных из образцов материалов ее внутренней отделки, и в самом деле сохраняли жизнеспособность после длительного пребывания в открытом космосе. Бактериальные клетки, в которые впоследствии превратились эти споры, обнаружили повышенную устойчивость к большинству повреждающих воздействий ультрафиолетового излучения.

Независимо от того, являемся ли мы суперорганизмами, возникшими здесь, на Земле, или в каких-то других местах Вселенной, ясно одно: микробы были неотъемлемой частью жизни наших древнейших предков. Необычная команда дотошных исследователей с антропологических, информационно-технологических, экологических и биохимических факультетов нескольких американских университетов изучила микробы, присутствующие в образцах экскрементов, которые были найдены во время археологических раскопок поселений древнейших человекоподобных существ. Ученые установили, что содержащиеся в этих образцах микробы во многом соответствовали микробиомам современных людей. При этом самое большое сходство было выявлено между микробиомами наших вымерших древних предшественников и современных людей, живущих в земледельческих общинах. Городской образ жизни, похоже, вызвал значительные изменения нашего микробиома, так что он стал сильно отличаться от микробиома наших самых древних из найденных до сих пор предков.