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

Поскольку своей красивой расцветкой кораллы обязаны полезным микроводорослям, существует простой способ оценки их состояния: ухудшение здоровья водорослей приводит к обесцвечиванию кораллов. Они утрачивают свои яркие цвета и предстают перед ныряльщиками в виде белеющих в воде невзрачных известковых конструкций. На протяжении последних десятилетий обесцвечивание кораллов во всех морях планеты постоянно усиливается.

Другой тип разрушения кораллов обнаруживает поразительное сходство с эпидемией ожирения среди людей. Он связан с интенсивным ростом крупных разновидностей водорослей, не обеспечивающих жизнедеятельность коралловых полипов. Эти макроводоросли способны погубить многих обитателей рифов. Чрезмерное содержание питательных веществ в морской воде вследствие ее загрязнения в сочетании с недостаточным поеданием крупных водорослей рыбами может привести к опасному разрастанию этих вредных «морских сорняков». Этот процесс во многих отношениях напоминает развитие воспаления, связанного с ожирением, у людей. Чрезмерное потребление питательных веществ вызывает такие изменения в нашей собственной экосистеме, которые привлекают микробных партнеров, нуждающихся в этих специфических «нутриентах ожирения» и в свою очередь еще сильнее изменяющих нашу внутреннюю среду. Когда морская вода становится чрезмерно питательной и начинают разрастаться крупные водоросли, жизнеспособность кораллового рифа снижается. Если населяющие риф рыбы не в состоянии достаточно быстро уничтожать эти водоросли, риф начинает погибать.

В последнее время человечество наконец-то обратило должное внимание на плачевное состояние тропических дождевых лесов, коралловых рифов и других сложных биологических экосистем. Мы все острее осознаем биологические риски, связанные с разрушением этих природных комплексов, и все четче представляем себе и благотворные факторы, обеспечивающие их жизнеспособность, и пагубные влияния, приводящие к их гибели. В этой связи возникает важный вопрос: когда же наконец люди проявят такую же озабоченность состоянием своей собственной внутренней экосистемы и начнут принимать такие же действенные меры по ее защите от разрушения?

Как уже отмечалось в главе 1, микробиом — это совокупность тысяч различных видов бактерий, грибов и вирусов, живущих внутри и на поверхности тела. Эти микробы представляют все три домена жизни — эукариот (Eukaryota), архей (Archaea) и бактерий (Bacteria). Считается, что на нашей коже живет примерно 1000 различных видов бактерий, большинство из которых относится к типу актинобактерий (Actinobacteria).

Микробиом кишечника представлен главным образом бактериями, относящимися к двум типам — Bacteroidetes и фирмикуты (Firmicutes; например, присутствующие в йогурте лактобациллы). Но масса наиболее интересных различий отмечается на уровне отдельных видов бактерий, их генов и метаболических профилей. По мнению ученых, в кишечнике, как и на коже, живет порядка 1000 видов бактерий. Но кишечные бактерии отличаются от кожных не только видовой принадлежностью, но и генетическими характеристиками. Общее количество генов кишечных бактерий во всей человеческой популяции достигает почти 10 млн, но большинству людей свойственна лишь небольшая часть этих генов. Некоторые бактерии представлены множеством штаммов, слегка различающихся числом копий генов и характеристиками. Штаммы некоторых видов кишечных бактерий различаются своими генами аж на 25 %.

Недавно международный консорциум ученых представил 3D-карту микробиоты примерно на 400 различных участках человеческой кожи. Полученные данные еще раз подтвердили преимущества экологического подхода для понимания характера распределения микробов на поверхности человеческого тела. На лице, спине и груди, где находится множество сальных желез, преобладают одни виды бактерий, а в области паха, для которой характерен более теплый «микроклимат» с повышенной влажностью, — другие.

«Топографические» особенности распределения микробов касаются не только кожи, но и всего человеческого тела. Его отдельные участки, по сути дела, представляют собой различные экологические регионы, различающиеся такими характеристиками, как кислотность, содержание кислорода, температура, доступность питательных веществ и влажность. Эти локальные различия влияют на состав микробных «смесей», способных жить в том или ином месте тела. Метафорически говоря, одни микробы предпочитают жить во Флориде, а другие — на Аляске. Хотя рот, желудок, толстый и тонкий кишечник представляют собой отделы одной и той же анатомической структуры — пищеварительного тракта, они сильно различаются профилями населяющих их микробов. Точно так же, как микробная смесь нашего рта сильно отличается от микробной флоры влагалища. Микробы хотят жить там, где они имеют доступ к пище и могут расти и размножаться, а мы хотим, чтобы их местожительство ограничивалось только этими специфическими участками нашего тела.

Попав «не на свое место», обычно дружественные нам микробы могут стать причиной болезни. Так, проникнув в полость тела, кишечные бактерии способны быстро вызвать септический шок — и смерть человека. Так что каждый микроб «правильно» работает только в собственном закрытом сообществе.

Микробы, живущие в различных местах нашего тела, имеют древнюю историю взаимодействия именно с теми клетками, из которых и состоят эти части тела. Сотруднические отношения между ними вырабатывались веками и тысячелетиями. И, как будет показано в последующих главах книги, они даже делятся друг с другом самыми разными продуктами — от короткоцепочечных (летучих) жирных кислот (КЦЖК) до генов.

Чтобы лучше уяснить себе ситуацию, вообразите, что вы выращиваете микробный сад. Каждый «комплект» микробов имеет определенные потребности для своего роста и жизнедеятельности. Одни любят тепло, другие — прохладу. Одни хорошо себя чувствуют в очень кислой среде, другие — в более щелочной. Некоторые микробы любят свет, а другие ненавидят его. Есть микробы, нуждающиеся в кислороде, а есть такие, которые не выносят его присутствия.

Микробы, о которых нам чаще всего приходится слышать, составляют лишь небольшую часть нашего общего микробиома. В дискуссиях по поводу пробиотиков нередко звучат такие названия, как лактобациллы, бифидобактерии, фирмикуты и бактероиды. Но существует и масса других микробов, и многие из них отнюдь не бактерии.

Человек может утратить свою биологическую целостность в результате экологических изменений того же типа, что влияют на состояние тропических дождевых лесов и коралловых рифов. Недавно Донна Билз назвала этот процесс истощением биома. Отсутствие привычных микробных партнеров оказывает пагубное воздействие на наши собственные клетки и ткани. Какой, казалось бы, вред может причинить нашему организму утрата нескольких микробов, если наш микробиом содержит их многие тысячи видов? Как-нибудь переживет! Но экологические исследования свидетельствуют о том, что этого может и не случиться.

Поддержание здоровой жизнедеятельности таких сложных экосистем, как человеческий суперорганизм, имеет два слабых звена. Во-первых, преобладающие в экосистеме виды могут обладать особым комплексом потребностей, от удовлетворения которых зависит их выживание и сохранение главенствующего статуса в экосистеме. Виды, представленные в экосистеме в наибольшем изобилии, потребляют наибольшее количество пищи и, соответственно, производят основную массу метаболитов и шлаков, тем самым влияя на общее состояние среды экосистемы. В известном смысле они определяют объем ресурсов, доступных для остальных видов. Изменение доступности пищи и других условий системы может повлиять и на доминирующий статус самих этих видов, и в результате — на среду обитания большинства других видов.