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

У этой научной группы все только начинается. В своем псевдотосканском институте они установили внушительную фабрику по переработке молока, чтобы раскрыть самые неизвестные секреты этой известнейшей жидкости. В главной лаборатории, которой управляют Миллз и специалист по проблемам питания Даниэла Бэрил, стоят две огромные стальные цилиндрические емкости с молоком, пастеризатор, напоминающий кофеварку для капучино, и еще куча оборудования для фильтрации жидкости и ее расщепления на составляющие. На полке рядом стоят сотни пустых белых ведер. «Обычно они полные», – говорит Бэрил.

Полные ведра хранятся в огромной морозильной комнате, охлажденной аж до -32 °C – на нее даже смотреть холодно. Тут же на скамейке стоят выстроенные в ряд резиновые сапоги («молоко при переработке часто проливается на пол», объясняет Бэрил), молоток для обкалывания льда («дверь в морозильник плохо закрывается») и даже нож для нарезки ветчины (не спрашиваю зачем). Мы заглядываем внутрь. На поддонах и полках расставлены белые ведра, а в них почти 2300 литров молока. В основном молоко коровье – его безвозмездно поставляют молочные заводы, однако на удивление приличное количество выделено и из женской груди. «Многие женщины сцеживают молоко про запас, а потом отлучают ребенка от груди и думают: ну и куда это все теперь девать? Затем они узнают о нас, и мы получаем бесплатное молоко, – рассказывает Миллз. – Некто из Стэнфордского университета за два года собрал порядка 80 литров человеческого молока, пришел к нам и спросил: вам надо?» Ну конечно, надо. Чем больше у них молока, тем лучше.

Они планируют изучать ингредиенты молока – олигосахариды и все остальное. В молоке и жиры, и белки, к которым прилепились гликаны: какое влияние они оказывают на B. infantis и других бифидобактерий? А еще есть фаги, и их много. Джерман начал работать с Джереми Барром, чтобы выяснить, используется ли материнское молоко для того, чтобы обеспечить ребенка начальным набором симбиотических вирусов. Они уже обнаружили кое-что крайне странное: фаги и так прекрасно прилипают к слизи, но, если рядом есть грудное молоко, они начинают прилипать в десять раз лучше. В молоке есть что-то, что помогает им укрепиться на одном месте. Похоже, все дело в крохотных шариках жира, которые заключены в белки, напоминающие те, что содержатся в слизи. Если оставить стакан молока в комнате, на поверхности образуется слой жира, и в нем таких глобул полно. Они обеспечивают ребенка энергией, но не исключено, что, помимо этого, они позволяют первым вирусам младенца осесть у него в кишечнике.

Я от рассказов Барра просто в шоке. Ведь это означает, что наши способы формирования и управления микробиомом – фаги, слизь, иммунная система, ингредиенты молока – связаны между собой. Я рассказывал о них как об отдельных инструментах, но на самом деле они – часть огромной взаимосвязанной системы регулирования наших отношений с микробами. В этой реальности, противоречащей здравому смыслу, вирусы могут быть нашими союзниками, иммунная система может содействовать микробам, а кормящая мать не просто кормит ребенка – она обустраивает внутри него целый мир. А что насчет грудного молока? Джерман прав: это не просто кучка химических веществ. Оно кормит как младенца, так и микробов. Оно, словно первичная иммунная система, отпугивает болезнетворных бактерий. Оно дает матери убедиться, что у ее ребенка с первых дней жизни будут нужные и верные партнеры[169]. Оно готовит ребенка ко взрослой жизни.

Как только нас отлучают от груди, нам приходится самим кормить своих микробов. В какой-то мере мы питаем их тем, что едим сами: вместо олигосахаридов человеческого молока наша пища в обилии поставляет им гликаны. Но мы и сами создаем гликаны – их у нас полно в слизистой оболочке кишечника, получаются этакие пастбища для кишечных микробов. Выбирая правильную пищу, мы кормим бактерий, которые с большей вероятностью принесут нам пользу, и морим голодом тех, что более опасны. Наш долг кормить своих микробов столь для нас важен, что мы продолжаем это делать, даже когда не едим сами. Когда животное заболевает, у него, как правило, пропадает аппетит – здравая тактика, позволяющая не тратить энергию на поиски пищи, а вместо этого направить ее на выздоровление. Это значит, что у наших микробов начинается временный кризис – они голодают. Больные мыши в таких случаях вырабатывают для них резервный паек – моносахарид фукозу. Кишечные микробы могут понемногу отъедать кусочки от нее, чтобы дожить до той поры, когда хозяин начнет кормить их в прежнем режиме[170].

Бактерии из группы Bacteroides, обожающие гликаны, вскоре становятся самой распространенной группой микробов во всем кишечнике. Однако следует учесть то, что гликаны настолько разнообразны, что приспособлений, необходимых для того, чтобы съесть их все, нет ни у одного вида бактерий. Это означает, что, употребляя с пищей или производя достаточно гликанов, мы способны поддерживать изобилие разных бактерий. Одни из них едят что придется, словно голуби или еноты, а другие привередничают, как, например, панды или муравьеды. Они образуют пищевые сети, в которых одни микробы расщепляют самые крупные и прочные молекулы на кусочки поменьше, которые затем подъедают другие микробы. Они вступают в соглашения, по условиям которых два вида кормят друг друга, переваривая разную пищу и оставляя огрызки, которые сможет съесть партнер. Они объявляют перемирие и регулируют свои предпочтения в еде так, чтобы не конкурировать с соседями[171].

Их взаимодействия для нас важны, ведь они способствуют стабильности. Если бы одна бактерия слишком усердно поедала гликаны, возможно, она проела бы в слизистом барьере дыру, через которую могли бы пробраться и другие микробы. А вот сотни соперничающих видов не дают друг другу объесться и присвоить себе все пищевые ресурсы. Предоставляя бактериям питательные вещества в широком ассортименте, мы кормим множество их видов и укрепляем огромные и разнообразные сообщества. А эти сообщества, в свою очередь, мешают патогенам захватить кишечник. Если мы правильно накроем стол, на ужин пожалуют те, кого мы ждем, а незваные гости останутся за дверью. Эту традицию начали наши матери, вскормив нас своим молоком, когда мы родились, а мы продолжаем их правое дело.

У хозяев есть и другой способ свести борьбу со своими микробами на нет, причем весьма радикальный: в результате их зависимость друг от друга может достичь такого уровня, что, по сути, они станут одним организмом[172]. Это происходит, когда бактерии забираются прямо в клетки организма-хозяина и затем добросовестно передаются потомству. Теперь их судьбы накрепко связаны. У них все еще есть собственные интересы, но они настолько схожи, что различия уже не имеют значения.

Такие взаимоотношения наиболее популярны у насекомых, и они заманивают микробов в ловушку примитивизации. В клетках хозяина микробы ограничены маленькими популяциями и лишены общения с другими бактериями. Из-за изоляции в их ДНК накапливаются вредные мутации. Все гены не первой необходимости портятся, становятся бесполезными и в конце концов исчезают[173]. Если засунуть симбионта в клетку насекомого и ускорить время, можно будет увидеть, как его геном искажается, коверкается и сокращается. В конце концов в нем останется минимум генов – в основном лишь те, что необходимы для поддержания жизни. У обычного свободного микроба, например у кишечной палочки, геном состоит примерно из 4,6 миллиона нуклеотидов. У Nasuia, самого мелкого из известных симбионтов, их всего 112 тысяч. Если бы геном кишечной палочки был размером с эту книгу, то, чтобы сделать из него Nasuia, вам пришлось бы вырвать все страницы, оставив лишь пролог. Такие симбионты полностью одомашнены: самостоятельно им не выжить, они навсегда заперты в хоромах тел своих хозяев-насекомых[174]. А те, в свою очередь, начинают полагаться на сморщенных симбионтов, которые предоставляют им питательные вещества и другие плюшки. Именно в результате этого процесса древние бактерии превратились в митохондрии – важнейшие органеллы, без которых нам не выжить.