Я – суперорганизм! Человек и его микробиом

Теперь-то нам известно, что даже у здоровых кормящих матерей в молоке содержатся сотни видов бактерий. Более того, состав этой популяции материнский организм способен менять, чтобы лучше удовлетворять потребностям ребенка. Сразу же после рождения грудная диета включает значительную дозу молочнокислых бактерий, а также Staphylococcus и Streptococcus. Шесть месяцев спустя смесь бактерий больше походит на обычно присутствующую во рту – возможно, потому что к этому времени ребенок, как правило, уже начинает иметь дело с какой-то твердой (ну, кашеобразной) пищей.

А вот еще одно недавнее открытие, ставящее перед нами еще одну загадку переноса микробов. Когда материнское молоко только начинает выделяться, в нем уже есть бактерии; собственно, они есть уже в молозиве – первой пище новорожденного (в идеальном случае). Как же они туда попадают? Мы пока точно не знаем. Материнская грудь обладает собственным микробиомом, и некие его виды наверняка оказываются в молоке. Разумеется, какие-то бактерии находятся на коже вокруг соска. Однако некоторые бактерии, обнаруженные в материнском молоке, обычно присутствуют в кишечнике, а не на коже, так что сейчас ученые ищут внутренний микробный путь [69] .

69

Jeurink, 2013.

Самый интригующий вариант предполагает участие специальных клеток, называемых дендритными [70] : они как бы берут пробу кишечных бактерий и затем предоставляют характерные для этих бактерий антигены на рассмотрение иммунной системе. Кроме того, они способны мигрировать, внося сами бактерии в ткани (по крайней мере в ближайший лимфатический узел, а возможно, и в селезенку). Не исключено, что эти клетки занимаются целенаправленной транспортировкой микробов в разные участки нашего тела. Как показали эксперименты на мышах, бактерии, находящиеся в лимфоузлах, к поздним стадиям беременности добираются до молочных желез. Другие подробности неизвестны. Однако пока действительно кажется, что при помощи каких-то хитроумных приемов организм матери способен отбирать нужные бактерии, защищать их от системы врожденного иммунитета и переправлять к груди.

70

Подробнее о них см. в главе 7. Они называются дендритными (древовидными) благодаря длинным разветвленным отросткам, способным проникать между другими клетками (скажем, между эпителиальными клетками кишечника). Не следует путать их с дендритами нервных клеток – мельчайшими компонентами нервных волокон, похожими на дендритные клетки лишь на первый взгляд.

Мы больше знаем о двух других компонентах, поставляемых младенцу матерью при грудном вскармливании. Ее молоко содержит много иммуноглобулинов, которые временно заменяют собственную иммунную систему кишечника младенца (пока та не начнет развиваться). Кроме того, молоко матери, по-видимому, снабжает ребенка микробным питанием.

Это еще одно открытие, которое на первый взгляд кажется довольно неожиданным. Тут как раз тот случай, когда индивидуальное и эволюционное развитие нельзя разделить. Лишний раз подтверждается, как тесно наша жизнь сплетена с жизнью наших микробов. Материнское молоко представительниц нашего вида содержит массу легкоусваиваемой пищи, которая должна удовлетворять растущие потребности растущего младенца. Однако содержатся в ней и вещества, которые его организм переварить не в состоянии. Во всяком случае, без помощи микробов.

Набор сложных углеводов, именуемых олигосахаридами грудного молока (иногда их называют гликанами), – третий по общему содержанию компонент этой жидкости. Попав в кишечник, они служат идеальным кормом для Bifidobacterium infantis – бактерии, которая не присутствует в организме младенца при рождении, но вскоре, как правило, становится одной из самых многочисленных обитательниц его микробиома (при грудном вскармливании). Построение молекул олигосахаридов – занятие трудоемкое с метаболической точки зрения, а ведь они производятся в большом количестве, когда биохимия женщины работает на пределе мощи, стремясь как следует накормить ребенка. В сущности, младенец ест не «за двоих», а за миллиарды (бактерий). Брюс Герман из Калифорнийского университета в Дэвисе сформулировал это так: «По сути матери заставляют другую форму жизни нянчить своих детей, используя олигосахариды для того, чтобы управлять деятельностью микробиома» [71] .

71

Цит. по: Pray, 2012, с. 80.

Все это означает, что внутренности младенца недолго остаются незаселенными. Таким образом, процесс созревания микробиома – это замещение одной микробной популяции другой, а не вторжение микробов на невостребованное и незанятое место. Мы уже неплохо понимаем, что происходит с микробиотой после того, как в ней поселится первая партия колонистов. Подробнее всего удалось исследовать популяции кишечника, поскольку эта наиболее сложная экосистема подвергается в процессе нашей жизни едва ли не самым масштабным изменениям [72] .

72

Хороший обзор недавних работ см. в: Wopereis, 2014. См. также: Koenig, 2010.

Похоже, вначале кишечник новорожденного содержит бактерии, способные жить в бескислородной среде, и бактерии, которым необходим кислород. По мере расходования имеющегося в кишечнике небольшого объема кислорода условия меняются в пользу тех, кто может существовать без этого газа. В дальнейшем кишечник населяют лишь анаэробные бактерии.

Итак, недели через две обычно создается первый более или менее долговечный популяционный баланс. В нем обильно представлены Bifidobacteria, Bacteroides и Clostridia. Хотя до недавних пор мы не осознавали, насколько тесными являются отношения некоторых Bifidobacteria с материнским молоком; их общую роль в нем открыли, по микробиологическим меркам, в глубокой древности. Их обнаружили в образцах, полученных у младенцев, которые питались материнским молоком, еще в конце XIX века.

Когда ребенок начинает есть другую пищу (обычно в возрасте нескольких месяцев), его кишечная микрофлора постепенно становится более разнообразной. У искусственно вскармливаемых младенцев на первом этапе более разнообразный видовой состав микрофлоры; это различие (между детьми с двумя типами питания) сохраняется долго: обычно они раньше, чем ровесники, вскармливаемые грудью, приобретают микробный баланс, типичный для взрослых.

А вот при кесаревом сечении заселение бактериями происходит иначе. Первыми колонистами обычно оказываются микробы кожи, передаваемые от матери и от всех остальных, кто занимается ребенком. Вскоре за этими бактериями последуют другие. Однако стерильные роды, перед которыми роженице почти всегда вводят антибиотики, дают меньшее разнообразие кишечного микробиома (как и преждевременные роды).

Начиная исследовать окружающий мир, младенцы заодно исследуют и местную микрофлору. Случайные встречи начинают играть все более существенную роль в том, какие виды решатся попытать счастья, попробовав поселиться в этой многообещающей среде – новом человеческом существе. Образцы кишечного микробиома младенца (большое удобство для анализа: они поставляются даже чаще, чем вам хотелось бы) различаются сильнее, чем у взрослых, как по составу, так и по функциональным генетическим модулям, благодаря которым взрослые больше походят друг на друга, чем результаты анализа их микробиома. По-видимому, существует целый ряд факторов, влияющих на то, как это происходит в отдельных семьях. Один из ключевых факторов – то, что человек может оказаться здесь неединственным суперорганизмом. Роб Найт, специалист по ДНК, руководит одной из лабораторий Колорадского университета. Заголовок статьи 2013 года, написанной сотрудниками лаборатории, сообщает почти всё, что вам нужно знать о соответствующих находках: «Совместно проживающие члены семьи делят микробиоту друг с другом и со своими собаками» [73] . Вероятно, сильнее всего перемешиваются при этом кожные микробы. Так или иначе, исследование, охватившее 60 семейств, 36 из которых держали собак, показало четкие различия между микробиомами любителей собак и микрофлорой всех остальных. Выяснилось, что кошки, при всей своей «ласкабельности», вносят меньший вклад в создание коммунального микробиома (по сравнению с микробиомом индивидуальным).

73

Song, 2014.

Среда и обстоятельства наверняка играют роль при формировании младенческого микробиома. Однако активный отбор может оказаться еще более значимым фактором. По данным ученых медицинского факультета Вашингтонского университета, опубликованным в 2014 году, есть основания предполагать, что все микробиомы младенцев, появившихся на свет преждевременно, развиваются во многом похоже. Ученые проследили за развитием 58 таких детей, начавших жизнь в палате интенсивной терапии, где незапланированные встречи с микробами крайне редки. То, как эти младенцы появлялись на свет, и то, как они питались, оказало лишь незначительное влияние на развитие их кишечного микробиома (а то и вовсе никак на него не повлияло), где «с хореографической четкостью сменяли друг друга бактериальные классы». Отмечались различия в скорости изменений, но не в самой их последовательности. К тридцать третьей – тридцать шестой неделе после зачатия все эти младенцы обладали весьма схожим составом микробного населения кишечника [74] .

74

La Rosa, 2014.

В любом случае, по мере того как ребенок ест больше твердой пищи и ее разнообразие увеличивается, и после того как младенца отнимают от груди (или прекращают искусственное вскармливание), все отличия, ставшие наследием родов или раннего периода кормления, постепенно сглаживаются. Микробиом трехлетних очень похож на микробиом взрослых с таким же рационом, живущих в такой же среде. К трем годам ребенок приобретает большое пестрое микробное население, состоящее преимущественно из Bacteroides и Firmicutes, хотя сохраняются в нем и некоторые Bifidobacteria. Чаще всего экосистема остается такой и в дальнейшем, если только ее не дестабилизирует какое-то из ряда вон выходящее событие.