кишке на каждый миллиметр приходится порядка 100 миллионов бактериальных клеток, в толстой – 100 миллиардов. Совокупная масса этих микробов превышает 910 граммов.
В 2005 году ученые сделали первую попытку подсчитать, сколько разных микробов населяет наш кишечник[176]. Путем генетического анализа была проведена «перепись» микрофлоры кишечника трех взрослых людей и найдено почти 400 видов бактерий, половина из которых до того была неизвестна науке. Ученые подозревают, что это только верхушка айсберга и что в кишечнике человека может обнаружиться до 6–7 тысяч видов микробов. Сотни видов несут в себе гены, которые наделяют микроорганизмы функциями и характеристиками, полезными и для нас, так что нашему организму не нужно самому создавать эти гены. Таким образом, бактерии расширяют наши геномы, выступая в роли главных химикофизиологов нашего тела. Действительно, говорят ученые, правильнее всего воспринимать свое тело как некий генетический суперорганизм, сплав человеческих и микробных генов.
Скорее всего, мои микробы отличаются от ваших. Исследования, проведенные на близнецах и их супругах, позволили предположить, что набор бактерий, которые попадают в пищеварительный тракт и остаются там жить, определяется генами. Однако важную роль играют и факторы окружающей среды: где мы живем, что едим и пьем, как соблюдаем гигиену. Бактерии, которые мы приобретаем в детстве, помогают сформировать популяции, с которыми мы затем живем всю свою жизнь. Дети, появившиеся на свет с помощью кесарева сечения, могут быть носителями иных бактерий, чем те, кто родился естественным путем. (По крайней мере, мышата по мере прохождения родовых путей глотают присутствующие там бактерии.) Младенцы, которых кормят грудью, получают больше бифидобактерий и в среднем имеют меньше проблем с кишечником, чем «искусственники», у которых обычно бывает больше клостридий, бактероидов и стрептококков. Лечение антибиотиками в раннем возрасте может также существенно повлиять на формирование популяций бактерий.
Пока наши микробные сообщества находятся в покое, мы мирно сосуществуем с ними. Конечно, такое количество их потенциально опасно, но сильная конкуренция между видами обычно мешает какой-то одной группе занять доминирующую позицию. Кроме того, потенциально болезнетворные бактерии обычно блокируются иммунными клетками тела, которые привыкают к микробам, постоянно присутствующим в организме, учатся нейтрализовывать вырабатываемые ими токсины и давать отпор захватчикам, пытающимся проникнуть сквозь стенки кишечника в кровоток. Однако если баланс сил в кишечном сообществе внезапно нарушается, например из-за кишащего незнакомыми бактериями кусочка свежего фрукта или овоща, последствия могут быть не очень приятными.
Однажды, путешествуя по Гватемале, я поддалась желанию съесть немного салата из редиски и помидоров, который подавали в отеле. Вскоре после этого я уже лежала в номере, вся в поту, и каждые несколько минут бегала в ванную. (После двадцати четырех часов неописуемых мук я оправилась – как раз когда рождественская процессия со свечами проходила мимо моего окна. Мой муж, как истинный католик, принял это за чудо, а я отнесла на счет хорошей работы иммунной системы.)
Большинство из нас когда-то через это проходило. Мы страдаем от расстройства кишечника до тех пор, пока иммунная система каким-то загадочным способом не выяснит, чего можно ожидать от новой бактерии.
К куда более серьезным нарушениям иногда приводит употребление антибиотиков или злоупотребление ими. Такое внешнее вмешательство способно разрушить естественное бактериологическое равновесие, уничтожив какие-то виды и позволив одному штамму, часто патогенному, такому как Clostridium difficile, беспрепятственно размножаться. Что еще хуже, оно нередко провоцирует развитие в генетически нестабильном микробном сообществе кишечника патогенных микроорганизмов, устойчивых к антибиотикам.
Однако многие из микроскопических обитателей нашего кишечника – отнюдь не потенциальные нарушители спокойствия и не пассивные наблюдатели, говорит Джеффри Гордон из Вашингтонского университета: «Они гаранты нормальной работы нашей пищеварительной системы, симбионты, которые развивались вместе с нами и выиграли от этого сосуществования, точно так же как мы выиграли от союза с ними». Мы давно знали, что дружественные микробы – комменсалы – помогают нам синтезировать витамины и образуют спаянные сообщества, отпугивающие патогенную микрофлору. Кроме того, они перерабатывают питательные вещества, чтобы те лучше всасывались (это особенно важно для не перевариваемых иным путем клеточных стенок растений – клетчатки). Однако о том, как именно они творят свои добрые дела, пока еще очень мало известно. Большинство этих микроорганизмов крайне трудно изучать. Трудно сохранить их вне привычной среды обитания. И даже если ученым удается поддерживать их существование в чашках Петри, в этой искусственной среде бактерии могут вести себя по-другому, чем в нормальной экосистеме кишечника.
Гордон понял, что изучать работу полезных бактерий можно только в естественной для них среде, и вместе с коллегами придумал оригинальный подход. В стерильных пластмассовых камерах они выращивают стерильных мышей, которые не заражены ни одной из триллионов бактерий, неизбежно встречающихся в естественной среде обитания. Потом ученые внедряют в организм мышей по одной типичной кишечной бактерии и изучают эффекты их воздействия.
Их открытия заставляют нас по-новому взглянуть на самих себя и на то, что мы знаем о пищеварении. Гордон доказал, что без наших спутников-бактерий кишечник не смог бы нормально работать. Единственный способ, которым кишечнику удается защитить себя от природных токсинов и собственных кислых секретов, – смена эпителия через каждые одну-две недели. Когда новые клетки созревают, они передвигаются на самые кончики ворсин эпителия. Гордон обнаружил, что старт этому процессу задает сигнал бактерий. Без этих сигналов наш кишечник и его ворсины не смогли бы нормально развиваться.
Бактерии кишечника также защищают эпителий. Ученые из Йеля убедились, что именно бактерии приводят в действие механизм, который восстанавливает поврежденные клетки[177]. Уничтожая полезные бактерии, антибиотики могут нарушить те процессы, которые обеспечивают защиту и восстановление слизистой оболочки кишечника. Более того, некоторые бактерии помогают нам справляться с безвредными пищевыми белками и другими безобидными «чужаками», попадающими в пищеварительный тракт. Если же на них реагируют иммунные клетки, вызывая воспаление, это плохой знак. За то, чтобы наша иммунная система не трогала безвредных «чужаков», отвечает микроорганизм с длинным названием Bacteroides thetaiotaomicron.
И вот тут вас ждет настоящая сенсация: B. theta и другие бактерии определяют обхват вашей талии. Именно они решают, сколько поглощенных калорий превратить в жир. Гордон и его коллеги обнаружили, что стерильные мыши могут съесть на 29 % больше пищи, чем мыши с естественной микрофлорой, и при этом сохранять нормальную массу тела, в которой на 42 % меньше жира[178]. Когда же в организм стерильных мышей были введены кишечные бактерии, жировая масса грызунов увеличилась на 60 % в течение двух недель, хотя они и не получали никакой дополнительной пищи. «Это происходит потому, что бактерии более эффективно выделяют калории из пищи и помогают организму запасти их в виде жировых клеток», – объясняет Гордон. Когда он и его коллеги исследовали геном B. theta, они
