Управляющая компания или Как триллионы обитающих в кишечнике микробов управляют нашим организмом

Люди думают, что они хозяева своей жизни. Но самонадеянные Homo sapiens ошибаются. Нашей жизнью управляют триллионы крошечных существ. Они не умеют ни думать, ни говорить, но это совершенно не мешает им принимать за нас решения.

Если взять условного среднего Homo sapiens — 30 лет, ростом 170 см и весом 70 кг — и посчитать, сколько в нем клеток, то получится примерно 30 триллионов (триллион — это единица и 12 нулей). Бактерий в таком усредненном человеке окажется примерно столько же. Крошечные существа живут у нас повсюду: на лбу, в подмышках, в носу и во рту, на пятках, половых органах и подушечках пальцев. Микробиолог Роб Найт и его коллеги из Колорадского университета в Боулдере выяснили, например, что бактерии, населяющие правую руку, отличаются от тех, что обитают на левой. Более того, на каждом пальце процветает особое микробное сообщество, непохожее на сообщества на других пальцах. Анализируя бактерий, живущих на компьютерной мыши, можно с вероятностью 90 % выяснить, чья она. Но больше всего микробов обитает в кишечнике.

Бактерии заполняют все его отделы, помогают нам усваивать пищу и синтезировать некоторые витамины. Долгое время считалось, что этим роль кишечных обитателей и ограничивается, поэтому ученые и врачи уделяли им не слишком много внимания. Однако в последние годы стало очевидно, что люди здорово недооценивали своих «соседей». За миллионы лет совместной жизни обитающие в наших внутренностях микробы научились отлично управлять высокомерным «транспортом». Их цель — жить максимально комфортно, размножаться и получать вдоволь пищи. Чтобы добиться этого, бактерии заставляют нас делать то, что нужно им, причем мы даже не замечаем, что нами руководят.

НАСТРОЕНИЕ: РАБОТА «КИШЕЧНОГО МОЗГА»

У каждого бывали дни и месяцы, когда настроение портится без видимой причины. А потом вдруг налаживается — опять как бы само по себе. Последние научные данные указывают, что необъяснимыми перепадами настроения могут «дирижировать» живущие в кишечнике бактерии. Многие из них умеют синтезировать «человеческие» нейромедиаторы — вещества, которые управляют работой мозга. Например, 90 % серотонина — нейромедиатора, дающего нам хорошее настроение и спокойствие, — производится именно кишечными бактериями. Микробы синтезируют и многие другие важнейшие вещества, в том числе главное успокоительное нервной системы гамма-аминомасляную кислоту (ГАМК) и основной нейромедиатор мотивации дофамин.

Кишечных бактерий исследуют, получая материал из прямой кишки 

Добраться до мозга кишечные нейромедиаторы не могут — их не пропускает так называемый гематоэнцефалический барьер, плотный слой клеток, фильтрующий потенциально опасные вещества. Но воздействовать на голову, чтобы изменить настроение, необязательно: в наших внутренностях есть собственный «мозг», с которым и работают бактерии. Разные отделы кишечника усеяны более чем 100 миллионами нейронов — это намного больше, чем, скажем, в спинном мозге. «Кишечный мозг» не умеет решать уравнения или запоминать иностранные слова, зато он 24 часа в сутки следит за процессами, которые протекают в наших внутренностях, и «подкручивает» их в зависимости от условий. Часть информации отправляется по так называемому блуждающему нерву наверх — «главному мозгу», и, влияя на эту информацию, бактерии могут контролировать наше настроение.

В 2011 году исследователи из канадского Университета Макмастера и Ирландского национального университета в Корке кормили лабораторных мышей лактобактериями Lactobacillus rhamnosus. Животные, которые регулярно съедали несколько миллиардов этих микробов, становились заметно более спокойными и меньше реагировали на стрессовые воздействия — из-за того что в их мозгу изменялся синтез рецепторов к ГАМК. Но если мышам перерезали блуждающий нерв, эффект пропадал. Ученые полагают, что L. rhamnosus и другие микробы каким-то образом воздействуют на «кишечный мозг» и блуждающий нерв, а уже он передает в головной мозг сигнал, что необходимо изменить синтез тех или иных молекул.

ДЕПРЕССИЯ И СТРЕСС: ЗАРАЗНАЯ ГРУСТЬ

Склонностью к определенному поведению можно «заражать» других при помощи нужных микробов. Ирландские ученые выделили бактерий, обитающих в кишечнике людей с клинической депрессией, и пересадили их крысам, которых вырастили в стерильных условиях, то есть своего микробиома у них не было. Очень быстро здоровые до этого крысы потеряли интерес к жизни, начали отказываться от еды и проводить почти все время в уединенных укрытиях. Изменился и метаболизм их нейромедиаторов: по всем признакам у животных развилась депрессия.

Бактерии Verrucomicrobia найдены в водоемах и кишечнике людей 

Точно так же можно «заражать» грызунов любовью осваивать все новое. После пересадки бактерий от мышей-исследователей равнодушные к приключениям стерильные сородичи тоже начинали активно изучать вольеры и лабиринты.

Кстати, сами по себе стерильные мыши всегда отличаются повышенной тревожностью. И это неспроста. Когда животное появляется на свет, в норме его внутренности немедленно заселяют бактерии: сначала из родовых путей матери, потом из окружающей среды. «Въехав» в новый дом, микробы начинают подавать различные химические сигналы, которые корректируют работу физиологических систем ответа на стресс. И если вовремя не «снабдить» животных бактериями, они развиваются неадекватно чувствительными. Поэтому так важно обеспечивать приток «правильной» флоры грудничкам, особенно если они родились путем кесарева сечения и не получили маминых бактерий. Излишняя стерильность в этом деле только навредит.

Бактерии группы Bacteroides — главная «массовка» кишечника. Они же вызывают множество опасных болезней 

ОЖИРЕНИЕ: ГОЛОДНЫЕ ГЕНЫ

«Заражать» можно не только депрессией и склонностью к исследованиям, но и… ожирением. Стерильные мыши, которым пересаживали бактерий из кишечника людей с лишним весом, за несколько недель толстели в два раза. Животные, получившие микробов от худых Homo sapiens, оставались стройными. Но и это еще не все. Ученые из Университета Эмори работали с мышами, имеющими мутацию в гене TLR5, — животные и люди с таким генетическим дефектом все время голодны и из-за этого переедают. Когда исследователи подсадили бактерий из кишечника мутантных мышей здоровым грызунам, те немедленно начали есть все подряд и быстро растолстели. Но когда специалисты при помощи антибиотиков уничтожили микрофлору животных с мутацией TLR5, звери прекратили набрасываться на съестное и их вес нормализовался.

Сообщество микробов ротовой полости обширно и разнообразно 

Как именно бактерии заставляют животных переедать, пока неясно, но, похоже, микробы и метаболизм работают сообща. В кишечнике полных людей формируется сообщество микробов, которые любят поесть, и они при помощи разных механизмов заставляют хозяина все время перекусывать. При этом неважно, связана ли изначальная причина ожирения с генетикой или же лишний вес стал следствием распущенности: после того как внутри обосновались «толстые» бактерии, человек превращается в обжору в любом случае. Хорошая новость в том, что, убив «неправильных соседей», можно восстановить нормальный метаболизм. Впрочем, вместе с гадкими бактериями легко уничтожить и полезных, поэтому не стоит бездумно принимать антибиотики: шансов, что вы навредите себе, а не поможете, куда больше.

ИММУНИТЕТ: ПРОЯСНЕНИЕ ЭТИОЛОГИИ

Микробиом крайне важен для нашей иммунной системы. Лакто- и бифидобактерии ослабляют воспалительные процессы, в том числе хронические, которые способствуют развитию сердечно-сосудистых заболеваний. Как именно микробы воздействуют на иммунитет, до конца неясно. Похоже, что выделяемые бактериями вещества, в том числе короткоцепочечные жирные кислоты (КЖК), влияют на работу генов иммунной системы. Когда ученые «заставляли» кишечных бактерий производить больше КЖК, у животных утихали симптомы аллергии, которая, казалось бы, никак с кишечником не связана.

Бифидобактерии создают в кишечнике благоприятные условия для других «хороших» микробов 

Аллергия не единственный пример. Жировое перерождение печени, легочные заболевания, атеросклероз, предшественник диабета метаболический синдром, многие виды рака и другие болезни, которые считались «бесхозными», то есть возникающими по неясным причинам, оказались связаны с нашими одноклеточными сожителями. Но не в том смысле, что те или иные микробы вызывают какой-то недуг: бактериальная регуляция иммунитета куда тоньше и изощреннее. По мере роста в организме формируется сообщество «своих» бактерий, которые не вызывают иммунного ответа и помогают ему лучше работать. Более того, эти микробы отчасти формируют саму иммунную систему: у стерильных мышей ее клетки отличаются от иммунных клеток обычных мышей и по внешнему виду, и по активности. Если нормальное «общение» между микробиомом и хозяином почему-либо нарушается, хозяин начинает болеть. Ученые обнаружили у животных целый ряд специальных структур, которые распознают всевозможные выделяемые бактериями вещества и корректируют работу организма, руководствуясь полученной информацией.

ЛЕЧЕНИЕ: РАССЕЛЕНИЕ ПСИХОБИОТИКОВ

Хотя ученые только начали исследовать сложные взаимоотношения между бактериями и их хозяевами, они уже пытаются лечить патологии. И кое-каких успехов удалось добиться. Например, коктейль из Lactobacillus helveticus и Bifidobacterium longum облегчал состояние и поднимал настроение пациентов с синдромом хронической усталости. Пересадка бактерий от худых мужчин толстым помогала последним сбросить вес. Микробиом здоровых людей, подсаженный больным псевдомембранозным колитом — распространенной больничной инфекцией, из-за которой человек постоянно ходит в туалет и может даже умереть от обезвоживания и сепсиса, — полностью убирал все симптомы. Ни один антибиотик не дает такого эффекта. В нескольких экспериментах при помощи подсадки «правильных» микробов удалось облегчить состояние пациентов с псориазом и атопическим дерматитом. Есть данные, что у людей с ожирением микробы Akkermansia muciniphila помогают сохранять относительно здоровые физиологические показатели. Научившись подселять этих бактерий полным людям, можно улучшить их состояние, даже если похудеть не удастся. Обычно у людей с лишним весом мало A. muciniphila и других полезных микроорганизмов вроде лактобактерий — как показали ученые из Орегонского университета, эти микробы очень не любят сахар и жир. Подопытные полные звери с «испорченным» микробиомом хуже запоминали новую информацию, особенно в стрессовых ситуациях, то есть кишечные бактерии влияют еще и на память.

Кишечные бактерии хорошо прилипают ко всему, например к волокнам клетчатки

Штаммы бактерий, обладающие потенциальным лечебным эффектом, называют психобиотиками. Но пока исследователи не разработали надежных стратегий заселения ими кишечника. Например, специалисты из Университета Квинс изучили все имеющиеся данные по лечению депрессии при помощи бактерий и пришли к выводу, что, хотя некоторый результат есть, единой действенной схемы не прослеживается. Отношения микробов с хозяином очень сложны, и тактика, сработавшая у одного пациента, может оказаться бесполезной для другого.

Но относительно здоровую микрофлору можно поддерживать самостоятельно. И для этого не придется покупать дорогие про- и пребиотики — тем более что эффективность большинства из них не доказана. Куда вернее изменить пищевые привычки. Научные данные свидетельствуют, что микробы, процветающие на средиземноморской, вегетарианской или почти вегетарианской диете, полезнее бактерий, которые хорошо размножаются на богатом мясом и молочными продуктами западном рационе.

***

Разобравшись, как триллионы обитающих в кишечнике микробов рулят нашим организмом, мы, возможно, научимся направлять их работу в нужное русло. И тогда вместо лекарств доктора будут прописывать кефир, морковку или нутовый пудинг.

Фото: SPL / Legion-Media (x7)

Материал опубликован в журнале «Вокруг света» № 6, июнь 2017