Я – суперорганизм! Человек и его микробиом - Джон Тёрни

Даже глаза…

Наши глаза снабжены встроенной системой очистки от бактерий, сочетающей в себе омывание и выметание. Долгое время полагали, что бактериальная нагрузка в этой области невелика, если только в ней не начнет размножаться какой-нибудь патоген, которому там не место.

Детальный ДНК-анализ опроверг и эту гипотезу. Валерий Шестопалов, офтальмолог, работающий в Университете Майами, обнаружил, что слизистые оболочки глаза (роговица и внутренняя поверхность век) отнюдь не исключение из общего правила: бактерии любят теплые и влажные поверхности тела – внутренние или внешние. По его беглым подсчетам, на конъюнктиве (внутренней поверхности век) имеется целых 300 видов бактерий – вчетверо больше, чем когда-либо удавалось вырастить в культуре применительно к данной области. Некоторые из них оказались совершенно неизвестны науке[52].

Итак, встречайте: проект «Микробиом глаза», руководителем которого как раз и стал Шестопалов. Первые результаты проекта опубликованы в начале 2014 года[53]. Его целью стало подробное изучение нормальной микробной популяции здоровой роговицы и век, а также того, как на эту популяцию влияет беспрецедентный современный инструмент для улучшения зрения – контактные линзы, как бы плавающие на поверхности слезной жидкости. Группа ученых, занимающаяся глазным микробиомом, стремится выяснить, поддерживает ли нормальная роговичная микрофлора равновесие, которое препятствует заражению этой зоны менее желательными колонистами, и нарушают ли контактные линзы состав этой популяции.

Подробности еще не опубликованы, но уже сейчас ясно, что в нормальной конъюнктиве живет примерно дюжина родов бактерий. Приблизительно таков и уровень микробного разнообразия на самой роговице, хотя тамошние организмы не совсем те же. Нормальная, здоровая роговица, как и другие участки организма, может иметь весьма различные бактериальные популяции, что лишь затрудняет разграничение здоровья и болезни.

Впрочем, роговичные инфекции сопровождаются снижением бактериального разнообразия; это снижение можно отследить еще до того, как в полной мере проявится сама инфекция. Кроме того, участники проекта составляют каталог бактерий, обнаруживаемых на контактных линзах. Линзы со временем покрываются биопленкой, поддерживающей существование сообщества микробов, отчасти сходного с тем, которое имеется на здоровой роговице.

Мы уже знаем, что использование контактных линз порой вызывает у некоторых людей появление инфекций, которые влекут за собой раздражение или более неприятные симптомы. Пока неизвестно, связано ли это с их воздействием на обычные бактериальные колонии, и если связано, то как. Во всяком случае, я даже рад, что инстинктивное нежелание вставлять в глаза кусочки стекла или пластика всегда мешало мне заменить контактными линзами очки, которые я обычно ношу. Рискну заметить, что мои очки тоже кишат бактериями, но эти бактерии, насколько я знаю, все-таки не сражаются за жизненное пространство с микроскопическими обитателями моих глаз.

Большое и малое

Ни одну из перечисленных экосистем нашего тела нельзя назвать незначительной. Изучению каждой из них можно посвятить всю жизнь. И о каждой из них можно сказать еще больше, если углубиться в исследование того, что же такое болезнь и здоровье. Список действующих лиц в нашем совокупном микробиоме очень велик, однако даже третьестепенный актер порой произносит реплику, влияющую на понимание всей пьесы в целом.

Но в этом спектакле есть одна несомненная звезда – вместилище бесчисленных микробов, которое мы пока обходили вниманием. Кишечник больше полагается на работу микроорганизмов, чем любой другой орган или ткань. Именно здесь бактерии находятся ближе всего к главным процессам нашей физиологии – и вызывают больше всего проблем, если что-то идет не так. Отчасти это происходит потому, что здесь их гораздо больше, чем где-либо еще. Если другие наши собрания микробов (пускай и крупные) насыщены взаимодействиями, которые можно медленно и аккуратно распутывать, микробиом кишечника – ошеломляюще сложная система. Так или иначе, после краткого обзора малых микробиомных сообществ нашего организма пришло время обратиться к сообществу по-настоящему большому. И задача эта весьма нелегка.

Глава 5. Нечто по-настоящему большое

Откройте банку консервированного супа обычных размеров и опорожните ее в глубокую чашу. Повторите процедуру один-два раза. Порция органической похлебки, которая окажется перед вами, будет примерно равна по объему всем бактериям, обитающим в вашей толстой кишке.

Факт неновый, но он постоянно всплывает у меня в сознании, когда я пытаюсь как-то осмыслить микробиом. Микробы – существа маленькие и незаметные. Они только рады вести незаметное существование. Приличных размером колония бактерий может жить на пятнышке, точечке, завитке, тонкой пленке жизни. Легко забыть о том, что при своем стремительном размножении бактерии способны быстро набрать значительную общую массу, едва им представится такая возможность. Сегодня существуют промышленные ферментационные установки, производящие микроорганизмы миллионами литров.

Современные микробиомные исследования позволяют яснее осознать, что у человеческого тела имеется множество экологических ниш для других организмов. Однако в основном они так и остаются утешительно-миниатюрными как по размерам, так и по общему объему. С кишечником дело обстоит иначе. Если собрать все микробы из других участков тела в одну пробу, она займет меньше чайной ложки. А вот для микробов из моего пищеварительного тракта понадобится большой черпак.

Уже сама их совокупная масса подразумевает, что кишечный микробиом вполне можно представить себе как отдельный орган, причем весьма важный: по метаболической активности он не уступает печени. Но орган это необычный. Он состоит из клеток, предки которых обитали в самых разных местах. От значительной части этих клеток организм ежедневно избавляется. Могу ли я предположить, что данный орган, подобно другим, блюдет мои интересы? (Во всяком случае, касательно других органов вполне естественно сделать такое предположение.) И чем он, собственно, вообще занимается?

В совокупный микробиом человека входят и другие участки тела, где живут свои виды микробов, играющие свою роль. Но, судя по всему, важнее всего разобраться именно в микробиоме кишечника, особенно в микробиоме толстой кишки. Процессы, которые там происходят, влекут за собой далеко идущие последствия. В ближайших трех главках – о том, что ученым удалось выяснить.

Спускаясь в люк

Очевидный способ попасть в кишечник – через рот. Но бактерия, которая хочет присоединиться к кишечному микробиому, должна проделать долгий путь. И она может очутиться в самых разных местах.

Желудочно-кишечный тракт человека – единая система, но в ней можно выделить несколько областей, существенно отличающихся друг от друга. Три основные – желудок, тонкий кишечник (уложенный в брюшной полости) и толстый кишечник, или толстая кишка. Если представить все это как одну прямую трубку, ее общая длина (для взрослого) составит целых 7 м.

Проследим за маршрутом потребляемой еды. Рот богат микробами, однако содержимое желудка (смесь измельченной пищи, слюны и высококислотных выделений, помогающих расщеплять поступающие с пищей белки) поддерживает существование лишь десяти микробных клеток на грамм. Далее количество бактерий стремительно возрастает. К тому времени как мы достигнем двенадцатиперстной кишки, первой части тонкого кишечника (как мы знаем, он довольно длинный), плотность микробного населения составит уже 1000 организмов на грамм; при движении по тонкому кишечнику нас ждет рост этой величины еще в 10 тысяч раз: последний участок тонкого кишечника содержит 10 миллионов микробных клеток на грамм. Однако самый большой количественный скачок происходит между тонким и толстым кишечником. Толстую кишку, последнюю из основных частей нашего кишечника, когда-то считали довольно примитивной трубкой, где реабсорбируется жидкость из материала, который вот-вот превратится в фекалии. Однако именно здесь кормится несусветное количество микробов – миллион миллионов (1012) на грамм.

Вся эта живность обитает в зоне, чье сложное устройство, сформировавшееся в ходе эволюции, само являет собой микроскопическое чудо. Как толстый, так и тонкий кишечник выполняет две работы, требования к которым противоречивы. В отличие от кожи, на которой спокойно резвятся микробы, поверхность кишечника не может действовать просто как барьер. Все малые молекулы, производимые при переваривании пищи (главное занятие этого органа), должны абсорбироваться в кровь, чтобы их можно было использовать там, где они требуются. А значит, кишечник должен обладать не слишком толстой оболочкой и как можно большей поверхностью. Толщину оболочки легко оценить: для эпителия, внутреннего поверхностного слоя кишечника, она составляет около 10 микрон – примерно вдесятеро больше размера типичной бактерии. Площадь оценить труднее, поскольку кишечник имеет весьма извилистую форму. Если бы стенка кишечника (упомянутый нами тонкий слой) была плоской, она заняла бы меньше квадратного метра. Но она неплоская. Бесчисленные мелкие отростки (ворсинки) высовываются во внутреннее пространство кишечника – его полость. Каждая из этих ворсинок питает одноклеточной толщины слой эпителия. Но у клеток тоже есть внешний слой, едва различимый при помощи оптического микроскопа и кажущийся чуть щетинистым. Называется он щеточной каймой. Электронный микроскоп покажет вам, что она в свою очередь состоит из микроворсинок, усеивающих ту сторону клеточной мембраны, что обращена в сторону полости.