Мы их среда, они наш орган

Примерно три миллиарда лет назад на Земле возникла микробная жизнь, спустя еще два миллиарда появились первые одноклеточные эукариоты, а 700—800 миллионов лет назад — животные. Первые животные были микроскопических размеров, и оказались они, милые крошки, среди бактерий, на которых поначалу и охотились. А когда животные подросли и обзавелись полостью тела, микробы заселили эту полость и стали играть роли не только жертвы, но и симбионта, и даже паразита. С тех пор животные и их бактерии эволюционировали вместе.

Постепенно пищеварительный тракт многоклеточных превратился из прямой трубки между ртом и анусом в сложную систему, а ее отделы — в экологические ниши, где возникали новые виды. Каждое животное — уникальный микробный мир: так, более 90% бактерий, населяющих кишечник термитов, больше нигде не встречаются. Когда вымирает очередной вид животных, вместе с ним уходит в небытие неизвестное количество видов микроорганизмов — форменная экологическая катастрофа!

Неясно, в какой степени бактерии способствовали эволюции пищеварительной системы животных, но, во всяком случае, без них немыслимо существование жвачных, которые отвели своим симбионтам целый отдел желудка.

Вообще, микрофлора кишечника — самая многочисленная, и не только у жвачных. У человека она насчитывает триллионы особей. Более 90% ДНК нашего организма приходится именно на геном кишечных симбионтов. Специалисты насчитали у членов микробного сообщества не менее 3,3 миллиона разных генов, примерно в 150 раз больше, чем у человека.

Мы прошли миллионы лет совместной эволюции, бактерии и иммунная система научились ладить друг с другом, мы используем некоторые продукты микробиома — так называют коллективный геном всех видов кишечных бактерий, — которые не в состоянии синтезировать сами. Например, кишечные бактерии синтезируют для нас витамин К, необходимый для свертывания крови и обмена веществ в костной и соединительной тканях.

Микробы — как благосостояние: часть мы получаем по наследству, часть приобретаем сами, а кое-что ценное и утрачиваем. Наследство, конечно, бывает разное. В кишечнике новорожденного, появившегося на свет естественным путем, присутствуют компоненты вагинальной микрофлоры: представители родов Lactobacillus, Prevotella и Atopobium. Но если роженице пришлось делать кесарево сечение, в микробном сообществе младенца много стафилококков с материнской кожи. В течение нескольких недель микробиота меняется, и в ней преобладают уже не аэробные, а анаэробные виды. Кишечная микробиота взрослого человека достаточно стабильна, хотя некоторые исследователи сообщают, что у подростков существенно больше бифидобактерий и клостридий, чем у взрослых. У людей старше шестидесяти значительно сокращается количество бифидобактерий и возрастает число факультативных анаэробов. Естественно, изменение видового состава микро- флоры сказывается на ее метаболизме. Например, для микробиоты детей до 12 лет характерна продукция холина, а во время полового созревания увеличивается синтез 4-гидроксифенилуксусной и индолилуксусной кислот, а также метаболитов цикла трикарбоновых кислот.

Микробное сообщество кишечника можно рассматривать как еще один, довольно большой орган, обладающий собственными структурой и функциями. Этот орган, в частности, помогает переварить сложные углеводороды и другие вещества, которые мы не можем расщепить своими силами, синтезирует некоторые необходимые нам вещества и защищает организм от вторжения патогенных бактерий, которые нормальная микрофлора вытесняет из экосистемы. Микробный орган может даже заболеть: нарушение численности и видового разнообразия микрофлоры кишечника плохо сказывается на состоянии хозяина. Как и всякий орган, кишечная микрофлора взаимодействует с другими органами и системами нашего тела: печенью, мозгом, сосудами, щитовидной железой и в первую очередь, конечно, с желудочно-кишечным трактом (рис. 1). В то же время микробное сообщество представляет собой экосистему, члены которой находятся в сложных отношениях друг с другом и со средой своего обитания. Все эти взаимодействия идут многими путями, с участием разных молекул, в том числе продуктов бактериального метаболизма. Набор сигнальных молекул, а также видовой состав бактерий непостоянен и зависит от того, что человек ест. И горе ему, если он неправильно кормит своих симбионтов.

1. Кишечная микрофлора общается с нами: АМП—антимикробныепептиды, ЛПС—липополисахариды, ПГН — пептидогликаны, ПСА — полисахарид А, ЖККЦ — жирные кислоты короткой цепи, ТМА — триметиламиноксид