Как микробы управляют нами. Тайные властители жизни на Земле - Эд Йонг

Только вот младенцы не способны ее переваривать.

Джерман, впервые узнав об олигосахаридах, был просто ошеломлен. Зачем матери тратить столько энергии на производство этих сложнейших веществ, если ее ребенок не сможет их переварить и получить от них хоть какую-то пользу? Почему естественный отбор не положил конец такому расточительству? Вот подсказка: через желудок и тонкую кишку эти сахара проходят целыми, оказываясь в итоге в толстой кишке, где живет большинство наших бактерий. А может, они вообще предназначены не для младенцев? Вдруг они являются пищей для микробов?

Эта теория появилась в начале XX века, когда две разные группы ученых сделали открытия, не зная, что они окажутся тесно между собой связанными[163]. В одной группе педиатры обнаружили, что микробы по имени Bifidobacterium более распространены в стуле младенцев, вскармливаемых грудью, чем искусственно вскармливаемых. Они выдвинули предположение, что человеческое молоко содержит вещество, снабжающее этих бактерий питанием, – его вскоре назовут «бифидус-фактор». А химики тем временем выяснили, что в человеческом молоке содержатся углеводы, которых нет в коровьем, и начали понемногу разбивать эту загадочную смесь на отдельные составляющие, среди которых в итоге нашли и несколько олигосахаридов. Два одиночества встретились в 1954 году, а все благодаря сотрудничеству Ричарда Куна (химика, австрийца и лауреата Нобелевской премии) и Пола Дьердя (педиатра, американца с венгерскими корнями и приверженца грудного вскармливания). Вместе они установили наверняка, что таинственный бифидус-фактор и олигосахариды молока – это одно и то же и что именно они питают кишечных микробов. Нередко для того, чтобы понять партнерство разных царств жизни, требуется партнерство разных отраслей науки.

К 1990-м годам ученые уже знали, что в человеческом молоке содержится более ста олигосахаридов, но подробно описали лишь несколько. Никто не знал, как большинство из них выглядят и каких бактерий кормят. Считалось, что они питают сразу всех бифидобактерий одновременно. Джермана это не устраивало. Он хотел точно знать, кем являются посетители молочной кухни и что они заказывают. Чтобы это выяснить, он вспомнил прошлое и набрал к себе в команду химиков, микробиологов и специалистов по проблемам питания[164]. Вместе они идентифицировали все олигосахариды, вывели их из молока и накормили ими бактерий. К их большому разочарованию, на рост бактерий это не подействовало.

Вскоре выяснилось, в чем дело: оказывается, олигосахариды человеческого молока – это не универсальная еда бифидобактерий. В 2006 году команда обнаружила, что этими сахарами питается лишь один их подвид, Bifidobacterium longum infantis, или B. infantisдля краткости. Покуда у этой бактерии есть доступ к олигосахаридам, она будет превосходить числом всех остальных микробов в кишечнике. Родственный ей подвид – B. longum longum – растет на тех же сахарах довольно вяло. Как бы иронично это ни звучало, B. lactis, на которой основано большинство йогуртов-пробиотиков, не растет на них совсем. Еще у одного популярного компонента пробиотиков, B. bifidum, дела с олигосахаридами обстоят чуть лучше, но, когда дело касается еды, она – большая привереда. Расщепив несколько олигосахаридов, она съедает только те их кусочки, что ей больше всего нравятся. А вот B. infantis, напротив, пожирает все до последней крошки благодаря кластеру из 30 генов – настоящему столовому набору для употребления олигосахаридов[165]. Такого кластера больше нет ни у одной бифидобактерии, только у B. infantis. Человеческое молоко развилось так, чтобы кормить именно эту бактерию, а она, в свою очередь, стала отпетым олигосахаридоедом. Неудивительно, что в кишечниках вскармливаемых грудью младенцев она, как правило, доминирует.

И она заслуживает свое место. Переваривая олигосахариды, B. infantis вырабатывает короткоцепочечные жирные кислоты, которые питают клетки кишечника младенца, – получается, что, пока мать кормит микроба, микроб кормит ее ребенка. Путем прямого соприкосновения B. infantis также побуждает клетки кишечника к выработке адгезивных белков, которые заделывают щели между ними, и противовоспалительных молекул, которые калибруют иммунную систему. Все это происходит, лишь когда B. infantisпитается олигосахаридами, – если же она получает вместо них лактозу, она выживает, но никак не влияет на клетки организма ребенка. Полностью свой потенциал помощника она раскрывает, лишь питаясь грудным молоком. И соответственно, чтобы ребенок мог воспользоваться всеми преимуществами материнского молока, у него в кишечнике должна обитать B. infantis[166]. Поэтому Дэвид Миллз, микробиолог, работающий с Джерманом, рассматривает B. infantis как часть грудного молока, хоть она и вырабатывается не в груди[167].

Человеческое грудное молоко отличается от молока других млекопитающих: в нем содержится в несколько сотен раз больше олигосахаридов, чем в коровьем молоке, и в пять раз больше их типов. Даже молоко шимпанзе по сравнению с нашим скудное. Никто не знает, откуда эти различия взялись, но Миллз может предложить пару догадок. Одна из них касается нашего головного мозга – для примата нашего размера он очень крупный и в первый год жизни растет на удивление быстро. Для такого быстрого роста он в какой-то мере полагается на сиаловую кислоту – питательное вещество, которое в числе прочих молекул вырабатывается B. infantis, когда она питается олигосахаридами. Не исключено, что если мамы кормят эту бактерию до отвала, то мозг у их детей развивается лучше. Это может объяснить, почему у тех видов приматов, что ведут социальный образ жизни, олигосахаридов в молоке больше и они более разнообразны, чем у тех, что предпочитают уединение. Чем больше группа, тем больше нужно запомнить общественных связей, тем больше у животного приятелей, с которыми нужно поддерживать дружбу, и соперников, на которых нужно влиять. Многие ученые считают, что эта необходимость и привела к развитию интеллекта у приматов, и возможно, что на разнообразие олигосахаридов повлияла тоже она.

Другая догадка касается заболеваний. Патогены запросто переходят от одного хозяина к другому, так что животным, живущим в группах, требуется защита от эпидемий. Олигосахариды могут в этом помочь. Когда патогены заражают наш кишечник, для начала они, как правило, цепляются за гликаны – такие углеводные молекулы – на поверхности клеток кишечника. Однако олигосахариды очень похожи на кишечные гликаны, так что иногда патогены цепляются за них. Олигосахариды действуют как ловушки, которые не дают противнику нанести ущерб клеткам организма ребенка. Они способны помешать целому списку кишечных злодеев: сальмонелле, листерии, холерному вибриону, дизентерийной амебе и многим болезнетворным штаммам кишечной палочки. Возможно, они даже могут препятствовать ВИЧ – это объяснило бы, почему большинство младенцев, питающихся молоком зараженной матери, не заражаются сами, хотя не один месяц сосут молоко, в котором полно вирусов. Всякий раз, как ученые добавляли патогенных микробов в клеточные культуры с олигосахаридами, клетки с улыбкой избегали инфекции. Этим можно объяснить тот факт, что у младенцев на грудном вскармливании кишечных инфекций меньше, чем у младенцев на искусственном вскармливании, а также то, почему в человеческом молоке так много олигосахаридов. «Логично, что они должны быть разнообразными: им ведь нужно справляться с целой кучей разных патогенов, от вирусов до бактерий, – говорит Миллз. – Думаю, именно их удивительное многообразие обеспечивает столь разностороннюю защиту»[168].