Джулия ЭндерсОчаровательный кишечник. Как самыймогущественный орган управляет нами
 Скачать 6.19 Mb.
|
|
3. Мир микробов Если из космоса посмотреть на Землю, то нас, людей, не будет видно. Земля из космоса выглядит округлой светящейся точкой на фоне других святящихся точек темно-серого пространства. Если к ней приблизиться, можно увидеть, что люди живут в разных условиях. По ночам наши города сверху кажутся маленькими огоньками. Некоторые живут вблизи мегаполисов, остальные рассредоточены по поверхности всего земного шара. Мы живем в суровых северных регионах, а также в области тропических лесов или по краю пустынных местностей. Мы везде. Приглядевшись к человеку, можно заметить, что каждый отдельно взятый человек также является своего рода космосом. Лоб – это маленькая воздушная поляна, локтевой сустав – сухой пустырь, глаза – соленые озера, кишечник – огромный лес с необычными ландшафтами. Так же как мы, люди, населяем планету, другие существа населяют наш организм. Под микроскопом наших внутренних жителей, бактерий, можно хорошо различить. Они тоже выглядят как мелкие светящиеся точки на темно-сером фоне. Столетиями мы занимались нашим большим миром. Мы его измеряли. Исследовали растения и животных, размышляли о жизни. Мы сооружали огромные машины и летали на Луну. Тот, кто давно мечтает открыть новые континенты и народы, может заняться изучением собственного маленького мира, который находится внутри. Наш кишечник представляет собой самый удивительный, полный тайн континент. Нигде больше вы не встретите такое разнообразие видов и семей, как тут. Наука, по большому счету, только-только начинает серьезно заниматься изучением данного вопроса. Это как написание новой библии, как расшифровка генома человека. Очень много надежд и перспектив связано с этим и очень много новых познаний. В органах, которые по сей день считались стерильными, например в легких, были обнаружены различные микроорганизмы. С 2007 года ученые работают над созданием карты расселения бактерий в организме человека. Для этого у огромного количества людей были взяты мазки из различных мест тела. В трех точках в полости рта, в подмышечной впадине, на лбу и т. д. Анализировался состав кала, мазков из области гениталий. Кишечник по количеству и видовому составу бактерий, безусловно, занимает лидирующую позицию. Микрофлора – совокупность всех организмов, обитающих в нашем теле как снаружи, так и внутри, 99 % ее составляет кишечная микрофлора. Цифра является точной не потому, что оставшийся процент рассредоточен по другим органам, а потому, что кишечник – абсолютный лидер, приютивший в себе максимальное количество самых разнообразных микрообитателей. Человек как экосистема Бактерии известны нам как микроскопические организмы, состоящие из одной клетки. Некоторые из них живут в горячих источниках Исландии, другие – на мокром носу пса. Одни синтезируют энергию из кислорода и «дышат», подобно людям. Другие погибают на открытом воздухе и получают энергию не из кислорода, а из атомов металлов или кислот и очень специфически пахнут. Практически все запахи, которые исходят от человека, – это результат жизнедеятельности бактерий. И запах кожи любимого человека, и запах из пасти игривой соседской собаки – это все результат работы трудолюбивых бактерий. Мы с восхищением смотрим на хорошо сложенных серфингистов, но, когда мы чихаем, мы ни на минуту не задумываемся о том, какой серфинговый фестиваль в данный момент устраивает микрофлора в нашем носу. Когда мы потеем во время занятий спортом, это заметно, но никто не замечает бактерий, радующихся смене климата в наших кроссовках. Мы тайком съедаем маленький кусок торта и думаем, что это осталось незамеченным, но наш живот громко кричит: «Тооооорт!» Чтобы собрать все новости бактериального мира одного человека, потребовалась бы большая международная новостная служба. Представьте, мы уныло слоняемся, скучая, в течение дня, в то время как на нашей коже и внутри нас происходят удивительные вещи! В одном грамме кала численность бактерий выше, чем численность населения нашей планеты. В нашем сознании постепенно укореняется мнение, что большинство бактерий в нашем организме не только безобидные, но и полезные. Несколько фактов уже имеют научное обоснование. Все представители микрофлоры кишечника в сумме весят до 2 кг, и численность микроорганизмов составляет около 100 биллионов. Также известно, что сообщества микроорганизмов расщепляют непереваренные остатки нашей еды, чтобы снабжать наш организм энергией, синтезируют витамины, нейтрализуют яды и остатки медикаментов, тренируют нашу иммунную систему. Различные бактерии синтезируют различные вещества, такие как кислоты, газы, жиры. Известно также, что люди с разной группой крови имеют различные типы бактерий в кишечнике, а некоторые бактериальные сообщества способны вызывать понос. Обнаружены бактерии, которые могут быть причиной метаболических расстройств и ожирения. Единственное, что непонятно, какое влияние оказывают уже известные факты на жизнедеятельность того или иного индивида. Результат активности бактерий, вызывающих диарею, всегда заметен. А замечаем ли мы результаты деятельности многих миллионов, миллиардов и биллионов других микроскопических существ в нашем организме? Насколько важен именно видовой состав населяющих нас бактерий? Есть мнение, что вес человека зависит от количества бактерий в организме. При ожирении, состояниях дефицита, заболеваниях нервной системы, депрессиях или хронических заболеваниях кишечника причина может крыться именно в нарушении видового баланса кишечной микрофлоры. Другими словами, изменение микрофлоры ведет к изменениям в организме. У кого-то более крепкие нервы, поскольку в его кишечнике большое количество бактерий, синтезирующих витамины группы В. Кто-то легче переносит случайно откушенный кусок заплесневелого хлеба или быстрее набирает вес, поскольку в его организме большое содержание бактерий-«толстячков». Наука только начинает рассматривать человека как комплексную экосистему. Исследования в этой области пока еще на уровне начальной школы, поэтому зачастую вопросов имеется больше, чем ответов. Внутри и снаружи человеческого организма обитает более 100 триллионов микроорганизмов. Их разнообразие поражает воображение. К такому выводу пришли ученые, составившие атлас бактерий. Специалисты Университета Колорадо в течение длительного времени работали над составлением атласа, в котором описывались микробы и бактерии, живущие в наших организмах. Авторы исследования отмечают, что составление атласа – только начальный этап работы. Ученым предстоит узнать, какое значение имеют для человека те или иные бактерии, насколько состав микроорганизмов индивидуален для того или иного человека и меняется ли он с возрастом. Когда бактерии были еще не настолько хорошо изучены, их относили к миру растений, отсюда термин «кишечная микрофлора». Но сама по себе формулировка «флора» некорректна, она скорее образна, поскольку у бактерий очень много общего с представителями мира растений с точки зрения разнообразия ареалов обитания, питания или способности синтезировать яды. С научной точки зрения правильнее будет назвать бактерии в организме человека «микробиомом» – сообществом мельчайших живых существ. В общем, можно сказать, что количество бактерий, населяющих кишечный тракт, увеличивается в направлении от верхних его отделов к нижним, толстый кишечник и прямая кишка наиболее густо населены. Некоторые виды бактерий концентрируются в тонком кишечнике, другие, наоборот, предпочитают обитать в толстом. Кто-то является аборигеном слепой кишки. Некоторые обитатели слизистой и их более наглые коллеги вплотную крепятся к клеткам кишечника. Кишечник человека – самая благоприятная среда обитания для микроорганизмов. Процесс изучения бактериальных клеток очень трудоемкий, поскольку бактерии зачастую очень сложно «добыть» из среды их обитания. Выращивание бактерий на питательной среде в условиях лаборатории эффективно при изучении бактерий, например, кожного покрова, но выращивать бактерии пищеварительного тракта – мероприятие зачастую безуспешное. Большинство бактерий пищеварительного тракта настолько привыкли к условиям жизни внутри человека, что, попав в другую среду обитания, просто погибают. Наш кишечник – это их мир. Там они защищены от воздействия кислорода, им нравится тепло и влажность, а также большое количество еды. Лет десять назад ученые предполагали, что видовой состав бактерий у людей одинаков. При исследовании кала на питательную среду всегда выявлялись, например, Е. coli – кишечная палочка. Ученые думали, что все проще, чем оказалось на самом деле. Сегодня с помощью современного оборудования можно определить состав кала на молекулярном уровне. В результате такого анализа обнаруживается генетический материал миллиардов различных бактерий. И сегодня мы знаем, что кишечная палочка составляет менее 1 % общей численности представителей кишечной микрофлоры. Известно, что в полости кишечника обитают свыше тысячи различных штаммов микроорганизмов. Кроме того, в меньшинстве, но присутствуют представители царства вирусов, грибов и различные одноклеточные. Плотность популяций бактерий на различных участках кишечного тракта Наш иммунитет – это первая инстанция, которая, казалось бы, должна быть недовольна этим многообразием живых организмов. Ведь иногда иммунная система нейтрализует мельчайшую пыльцу, попадающую в нос. Аллергики реагируют на данный процесс насморком, слезами. Но во что же превратится защита, если иммунитет возьмет внеурочную работу и начнет разбираться с бактериями, населяющими наши внутренние органы? Микрофлора и иммунитет Ежедневно каждому из нас дается несколько шансов, чтобы умереть. У нас формируются раковые клетки, нас атакуют бактерии или вирусы. И несколько раз в день нас спасает наш иммунитет, который нейтрализует атипичные клетки, споры плесневых грибов, разрушает патогенные бактерии и вирусы. Процесс осуществляется с помощью специальных клеток, распознающих опасность, и клеток, направленных на ее уничтожение, – так называемых супрессоров, регулирующих излишнюю агрессивность, и медиаторов – биологически активных веществ. Все клетки работают слаженно в одной команде. Дословно слово «иммунитет» переводится с латинского как невосприимчивость. Когда-то под этим термином понимали лишь невосприимчивость к инфекционным заболеваниям Большая часть иммунной системы (около 80 %) представлена именно в кишечнике. И на это есть основания. Все наши бактерии также являются частью иммунной системы. Бактерии расположены в резервуаре под названием «слизистая» кишечника и не приближаются близко к клеткам других органов. Наша иммунная система может вступать с ними в игру, и она не представляет опасности для остального организма. Защитные клетки изучают на бактериях кишечника различные варианты чужеродных организмов. Если вне полости кишечника иммунитет встречается с одной из знакомых кишечных бактерий, он реагирует очень быстро. Иммунная система в кишечнике должна быть особо внимательна к деталям – она должна постоянно подавлять в себе инстинкт защитника, чтобы не убить бактерии. Одновременно она должна вычленять и отсортировывать наиболее опасные микроорганизмы. Если бы мы приветствовали каждую бактерию и говорили ей «привет», на этот процесс у нас ушло бы три миллиона лет. А иммунная система успевает не только поприветствовать, но и сказать: «Так, ты мне нравишься, а вот ты – совсем нет!» Оказалось, что в организме существует целая система, которая отвечает за «невосприимчивость» к возбудителям инфекционных заболеваний. Но занимается она не только этим. В ее функции входит защита организма и от любых вредных веществ, попавших в него извне, и от собственного брака – неполноценных белков и клеток, например раковых. Задача усложняется тем, что иммунной системе необходимо отделить клетки тканей от бактерий, и это зачастую вызывает трудности. На поверхности некоторых бактерий имеются структуры, напоминающие поверхность наших клеток. Именно поэтому в случае со стрептококковой ангиной не стоит затягивать с приемом антибиотиков. Если возбудитель своевременно не будет нейтрализован медикаментозно, иммунная система начнет атаковать ткани собственных суставов или других органов. Иммунная система начинает путать наше колено с провокатором боли в горле. К счастью, такое встречается достаточно редко. Похожий эффект был отмечен в случае заболевания диабетом в молодом возрасте, когда иммунная система начинает разрушать клетки, синтезирующие инсулин. Возможной причиной является нарушение взаимопонимания между иммунитетом и бактериями кишечника. Вирус ведет себя хитро – он прячется. Внедряется в клетку и заставляет эту клетку работать на себя. Пораженная клетка начинает штамповать новые вирусы. Клетка-киллер такие клетки распознает и уничтожает. Значит, чтобы справиться с вирусами, пробравшимися в организм, зачастую приходится вместе с ними уничтожать собственные клетки. Если же таких пораженных клеток очень много, активная деятельность клеток-киллеров может привести к гибели всего организма. (Клетки-киллеры уничтожают и другие дефективные клетки, например раковые.) Цель клетки-киллера – распознать предателей, переметнувшихся на сторону врага, в любом месте и уничтожить. Дело в том, что не все микробы циркулируют в организме сами по себе. Не всех их можно уничтожить описанными выше способами – съесть или обстрелять антителами. Такие способы годятся для борьбы с бактериями, а с вирусами это не проходит. К счастью, наш организм предусмотрел возможность недопонимания и разработал свой механизм действия в таких случаях. Прежде чем иммунная клетка попадет в кровоток, она должна пройти масштабные полевые учения, а также близко познакомиться со всеми структурами организма и научиться отличать свое от чужого. Если бы иммунная клетка, не будучи уверенной в том, является ли клетка тканью организма или чужеродным объектом, притормаживала ее и крутилась рядом до момента окончательной идентификации, – это был бы путь в никуда. «Подозреваемая» клетка, возможно, так никогда бы и не вышла в кровоток. Если иммунная клетка имеет тенденцию покушаться на собственные ткани организма, то она «отчисляется» уже на этапе прохождения полевых учений. В процессе полевых учений клетки учатся проявлять толерантность там, где это нужно, и быть более подготовленными к борьбе с чужеродными агентами. В большинстве случаев иммунитет с этой задачей хорошо справляется. Одно упражнение является особенно замысловатым. Что делать, если чужеродные компоненты ассоциируются у иммунитета с бактериями, несмотря на то что бактериями они не являются? Эритроциты [18] , например, на своей поверхности несут сходные с клеточной мембраной бактерий протеиновые молекулы. По логике, наши иммунные клетки должны разрушать красные кровяные тельца, если на полевых учениях им не было объяснено, что это собственная кровь и трогать ее нельзя. Если на поверхности наших эритроцитов находятся белки группы А, то наш иммунитет не представляет особой опасности для донорской крови с белковым составом на поверхности эритроцитов, характерным для группы А. При кровопотерях в результате аварии и родов вливание донорской крови зачастую является единственным путем спасения человека. А вот кровь другой группы и, соответственно, с другим набором белковых молекул на поверхности эритроцитов нашим организмом отторгается. Наш иммунитет вспоминает о бактериях, которым не место в кровотоке, и атакует чужие эритроциты. Если бы не тренировки на кишечных бактериях, иммунная система относилась бы толерантно к любой донорской крови вне зависимости от ее групповой принадлежности. Новорожденным, у которых микрофлора кишечника еще не сформирована в таком видовом разнообразии, гипотетически можно переливать кровь любой группы (но поскольку в организме новорожденного присутствуют антитела матери, в случае необходимости переливают материнскую кровь). На момент формирования кишечной микрофлоры и иммунитета допустимым является введение крови, идентичной по групповой принадлежности. Взаимосвязь группы крови с видовым составом кишечной микрофлоры – это один из иммунологических феноменов. Скорее всего о большинстве из них мы даже не догадываемся. Каждый вид бактерий может по-разному влиять на иммунную систему. Например, стимулировать синтез дружелюбных иммунных клеток-посредников или обусловливать действие на клетки кортизона или других противовоспалительных препаратов. В ходе такого взаимодействия с бактериями иммунная система становится более разборчивой и менее агрессивной, она не реагирует без веского повода. Это очень умный ход со стороны наших кишечных бактерий, таким образом повышается их шанс не быть разрушенными нашим иммунитетом. В тонком кишечнике молодых особей позвоночных (в том числе человека) были выявлены бактерии, которые «подстрекают» иммунную систему, это дает простор для дальнейших размышлений. Возможно, что эти бактерии-задиры заботятся о том, чтобы плотность популяции бактерий тонкого кишечника была минимальной? Ведь вполне вероятно, что именно поэтому тонкий кишечник практически не населен и существует возможность переваривания в максимально спокойных условиях. Задиры не только дразнят иммунные клетки, но и крепятся на ворсинки, подобно болезнетворным агентам, например патогенной кишечной палочке. Поскольку эти места уже заняты, в случае появления патогенных организмов последним не остается места и они должны покинуть пространство. Антитела, связывающие чужеродные эритроциты Это называется защитой от колонизации. Большинство бактерий кишечника также защищают территорию от патогенных микроорганизмов путем заселения свободных мест, не оставляя свободных регионов для обитания вредителей. Задиры, живущие в тонком кишечнике, нигде больше не встречаются. Возможно ли, что они наносят нам также и вред? Не исключено. Возможно, они вредят людям, у которых вызывают повышенное раздражение иммунных клеток и повышенную мобилизацию иммунной системы. Вопросов тут, как было сказано ранее, на порядок больше, чем ответов. Для получения первых ответов в лаборатории Университета Нью- Йорка были выведены стерильные мыши. Это самые стерильные существа на планете. Мыши рождались на свет в результате кесарева сечения, их содержали в стерильных условиях, им давали полностью стерильную пищу. Полностью дезинфицированных существ, подобных этим мышам, в природе не бывает. При работе с мышами соблюдались строжайшие меры предосторожности, поскольку микроорганизмы могли попасть к мышам даже из воздуха, если тот не прошел предварительную очистку и фильтрацию. На примере этих мышей мы можем наблюдать, что происходит, если иммунная система полностью бездействует. |