Kitabı oku: «Эффект микробиома», sayfa 2

Как пользоваться этой книгой

Чтобы читать эту книгу, не нужно иметь специальное научное образование. Мы хотели сделать сложный материал понятным и доступным для каждого, никак при этом не подменяя его. Мерилом доступности выступали мы сами. Если мы были в состоянии понять, о чем идет речь, значит, и другие непрофессионалы тоже могли. Мы взаимодействовали с большим количеством экспертов, чтобы быть уверенными, что данные, которыми мы делимся, хорошо исследованы и должным образом разъяснены.

Мы не хотим всякий раз загромождать текст подробными регалиями наших экспертов, поэтому мы упростили их везде, где это возможно. Полное имя и звание доктора Мартина Блейзера – доктор Мартин Дж. Блейзер, врач, профессор трансляционной медицины, директор программы «Микробиом человека» университета Нью-Йорка, бывший декан медицинского факультета и профессор микробиологии медицинского института Нью-Йорка. Но, как нам кажется, использование короткого имени (доктор Мартин Блейзер, или профессор Блейзер, или иногда даже просто Блейзер) поможет сделать материал более доступным.

Мы любим качественные визуальные аналогии (у вас уже был шанс оценить это на примере с нашим фильмом про ограбление). В своих повседневных разговорах мы то и дело используем аналогии, для нас это прекрасный короткий способ объяснить сложную идею.

Каждая глава содержит QR-код со ссылкой на небольшую видеозапись, адаптированную специально для читателей. Бесплатные приложения для чтения QR-кодов можно скачать в магазинах приложений для мобильных устройств, работающих на платформах Android, и в iTunes для продуктов Apple. Ссылки для доступа к видеозаписям не обязательны, но мы поместили их полный список в конце книги (см. стр. 184). Видеозаписи содержат увлекательные дополнительные материалы к тексту. Смотреть их не обязательно, но мы надеемся, что вы получите удовольствие от знакомства с нашими экспертами, а иногда и с нами! В книге мы используем цитаты из интервью, но нам хотелось бы дать читателям возможность увидеть экспертов, это поможет сделать более наглядным то, что они говорят.

Мы искренне рады тому, что сегодня не только женщины могут давать жизнь. Трансгендерные лица, рожденные с женскими половыми органами, но пережившие или в настоящее время переживающие операции по смене пола, также могут рожать. Чтобы не писать всякий раз «женщины и трансгендерные лица» или «матери и трансгендерные родители», мы называем их в книге «женщины» и «матери». Искренне надеемся, что это никого не оскорбит.

И несколько слов о языке. Нам не хотелось бы, чтобы наши формулировки препятствовали правильному донесению основных мыслей. Иногда мы используем разные слова для описания одного того же процесса или события. Например, посев микробиома означает то же, что передача микроорганизмов от матери к ребенку в родовом канале. Также мы будем называть это передачей особого коктейля бактерий, или микробного груза, или использовать научный термин «инокуляция».

Мы будем избегать использования специфических научных терминов насколько это возможно. Однако есть понятия, без которых мы не сможем обойтись.

Какое слово лучше?

Как и в любой сфере знания, у микробиологов есть свой особый язык для описания мира бактерий. Некоторые понятия взаимозаменяемы, другие крайне специфичны.

Не будучи микробиологами, мы составили краткий словарь терминов для читателей, в который поместили слова, часто встречающиеся на страницах нашей книги и связанные с исследуемой нами областью науки.

Антиген — «идентификационная метка» на клетке. Если иммунная система не узнает метку, она запускает процесс нападения на этот определенный антиген.

Бактерия — наиболее часто встречающийся микроскопический организм. Иногда используется взаимозаменяемо со словами «микроб» или «микроорганизм». Стоит напомнить, что все бактерии являются микробами, но не все микробы являются бактериями. Бактерии имеют различные формы. Считается, что они были первыми живыми существами на Земле, они встречаются во всех местах обитания на нашей планете (а также и на управляемых людьми космических объектах).

Вирус — другой тип микробов. Вирус меньше, чем бактерия, и для поддержания своей жизни ему необходим живой «хозяин».

Кишечная флора – сообщество микробов, живущих в кишечнике. В связи с тем, что современные научные данные говорят о том, что в кишечнике представлена не только флора, термин считается несколько устаревшим. Ученые чаще говорят о кишечной микробиоте (или кишечном микробиоме).

Микроб — всеобъемлющее наименование микроскопических организмов, также известных как микроорганизмы. Включает в себя бактерии, вирусы, протеи, археи, грибы и т. д. Микроб — несколько устаревшее наименование микроорганизма. Имеет отрицательную коннотацию, так как ассоциируется с микроорганизмами и бактериями, вызывающими заболевания. Действительно, несколько видов микробов (микроорганизмов) могут вызывать болезни, но подавляющее большинство из них не приносят вреда, а напротив, очень полезны для человека.

Микробиология — наука, изучающая микроскопические организмы.

Микробиом — сообщество микробов (и их генов).

Микробиота — часто используется в том же значении, что и микробиом (см. выше).

Микроорганизм – микроскопический организм, используется взаимозаменяемо со словом микроб (см. выше). Иногда используется взаимозаменяемо со словом бактерия.

Патогенный — характеристика явления, которое может вызвать заболевание. Распространяется на бактерии (стрептококковая ангина), вирусы (гепатит типа А, В или С), грибок (грибковое заболевание стоп). Некоторые бактерии являются патогенными, то есть они могут представлять опасность для человека, но большинство – или безобидные, или обладают благотворным воздействием на наш вид (см. микроб выше).

Зачем мы написали эту книгу

Мы верим в важность дать всем будущим родителям возможность ознакомиться с самыми последними данными доказательной науки, чтобы они смогли сделать на основе этой информации полностью осознанный выбор способа рождения своего ребенка.

Также нам хотелось бы подчеркнуть, что мы ни в коем случае не ставим под вопрос целесообразность решения будущих родителей провести операцию кесарева сечения. Мы не ставим задачу вызвать у кого бы то ни было чувство вины за сделанный выбор. Наша дочь появилась на свет в результате кесарева сечения, поэтому мы знаем, что не всем детям суждено (в зависимости от определенных медицинских обстоятельств) появиться на свет естественным путем.

Мы хотим дать ожидающим ребенка людям доступ к самым последним научным данным, которые обладают потенциалом определять здоровье человека на многие годы вперед. Предстоят ли будущей матери вагинальные роды или операция кесарева сечения, ей следует обладать достоверной актуальной информацией, чтобы быть в состоянии принять сознательное решение в конкретной ситуации. Также мы считаем, что современные данные в сфере формирования микробиома новорожденного должны быть доступными для медицинских работников, участвующих в родах, так, чтобы они могли понимать и поддерживать родителей в их решениях.

В настоящий момент критически важная для будущих родителей и работников здравоохранения информация в основном сокрыта в объемных научных документах, доступных лишь ученым. Наша задача – распространить эту информацию среди всех заинтересованных лиц.

Мы бы очень хотели обладать всей полнотой информации из этой книги восемь лет назад, когда родилась наша дочь, и быть в состоянии тогда принять осознанное решение. Мы не можем изменить прошлое, но с помощью своей книги мы надеемся изменить будущее, и мы готовы поделиться теми бесценными знаниями, что приобрели за время своего путешествия.

В последней главе книги содержится громкий призыв к действию. Мы хотим сделать все, что в наших силах, для защиты будущих поколений. Мы надеемся, что, прочитав книгу, вы услышите наш призыв и захотите присоединиться к нам в нашем стремлении изменить мир к лучшему. Вместе мы способны на это!

Тони Харман, Алекс Уэйкфорд

Познакомиться с авторами

Глава 1
Что такое микробиом человека?

История эволюции жизни

Мы хотим рассказать историю, которая начинается с рождения. Чтобы понимать, какое место занимает рождение в летописи всей жизни, необходимо обратиться в прошлое, ко времени зарождения жизни на Земле.

Четыре с половиной миллиарда лет назад появилась планета Земля. В течение следующих полумиллиарда лет метеориты непрерывно бомбардировали новую планету. После окончания метеоритного обстрела поверхность планеты начала постепенно охлаждаться и стабилизироваться. Сформировалась земная кора, создав горячий скалистый рельеф, первые твердые породы Земли. Планета продолжала охлаждаться, образовались облака, производившие большие объемы дождевой воды, которая впоследствии стала океанами. Начала формироваться суша, и примерно в это же время появилась жизнь.

Около трех с половиной миллиардов лет назад в крайне токсичных условиях окружающей среды появились первые одноклеточные микроорганизмы. Эти живые микробы, например бактерии, не просто выживали, но процветали. С тех самых пор бактерии успешно от края до края колонизируют нашу планету. Образцы бактерий находят на вершинах самых высоких гор, на дне самых глубоких океанов и даже высоко в атмосфере.

По-видимому, первоначально возникли простые бактериальные клетки, вскоре после этого (или даже до того) на сцене появились другие одноклеточные организмы, археи. Бактерии и археи – прокариоты, похожие друг на друга одноклеточные создания, имеющие мембрану и клеточную стенку, но не содержащие истинного ядра. Возможно, они эволюционировали от одного и того же предшественника. Однако генетически они отличаются друг от друга. Наряду с бактериями и археями есть третья группа – эукариоты. Практически все живые организмы, окружающие нас сегодня, от растений до всех животных, относятся к этой категории. Эукариотические клетки имеют более сложное строение по сравнению с прокариотическими: у них есть ядро и энергетические центры – митохондрии.

В этой точке истории эволюции начали происходить интересные вещи, в частности, живые организмы начали становиться крупнее, их можно было увидеть невооруженным глазом. Около шестисот миллионов лет назад произошли резкие изменения: сначала появились простейшие, многоклеточные, затем рыбы, протоамфибии; тогда же сформировались и высшие растения. Четыреста миллионов лет назад случился еще один скачок, ознаменовавший возникновение насекомых и земноводных; в растительном мире – покрытосеменных. Рептилии появились около трехсот миллионов лет назад, а млекопитающие – через сто миллионов лет после этого. Затем возникли птицы, и лишь шестьдесят миллионов лет назад сформировались приматы. Виду Homo sapiens (человек разумный) только около пятидесяти тысяч лет. Другими словами, человеческая история занимает 0,004 % истории нашей планеты.

Какова роль бактерий в эволюции?

На протяжении всех этапов развития жизни – от микробов до появления вида Homo sapiens – на Земле всегда присутствовали бактерии. За миллиарды, миллионы, тысячи и сотни лет бактерии стали частью всех других форм жизни.

Другими словами, издавна все виды живых существ плотно взаимодействовали с бактериями, сливались с ними для образования новых форм жизни. То же относится и к людям. Мы в процессе эволюции сблизились с бактериями до такой степени, что они стали ощутимо присутствовать в наших телах и даже в наших клетках. Если проникнуть в клетку (или органеллу клетки) любого животного или растения, то там мы повстречаем бактерии.

По словам микробиолога доктора Марии Домингез Белло из университета Нью-Йорка, «наши собственные клетки действительно представляют собой объединение бактерий и других предшествующих клеток. В наших клетках присутствуют бактериальные компоненты, а именно митохондрии – это бывшие бактерии, которые проникли в другие клетки».

Получается, что митохондрии (элементы каждой клетки человека) – это потомки бактерий. Каждую митохондрию можно назвать прапраправнучкой отдельно существующей бактерии. Когда-то одна из таких свободно живущих бактерий слилась или была поглощена другой клеткой. Такая клетка получила преимущество, так как самостоятельная бактерия стала митохондрией, органеллой, производящей столь необходимую энергию. Митохондрия также извлекла пользу из нового положения, оказавшись в защищенном, богатом питательными веществами доме. Однако бактерии живут не только в заточении человеческих клеток. Триллионы бактерий живут вне клеток, заполняя, покрывая и окружая все наше тело.

То есть наши тела состоят не только из человеческих клеток. Они также полны бактерий. Фактически тело человека – это сложная экосистема, где клетки и микроорганизмы сосуществуют рядом друг с другом. Можно сказать, мы все частично люди, а частично – бактерии. Как говорит доктор Домингез Белло, «когда мы приходим к этому пониманию, каждый индивид начинает восприниматься нами как составная композиция. Мы по большому счету – ходячая экосистема».

Что представляет собой микробиом человека?

Будучи директором программы «Микробиом человека» в университете Нью-Йорка и автором книги «Плохие бактерии, хорошие бактерии» (Missing Microbes), доктор Мартин Блейзер является одним из основных специалистов по микробиому человека в мире. Он описывает микробиом как «все организмы, живущие в теле человека: бактерии, грибы, вирусы и так далее. Это организмы, живущие внутри и на поверхности нашего организма, для них он является домом».

До недавнего времени считалось, что в теле человека живет около ста триллионов бактерий, а клеток человеческого тела десять триллионов. То есть соотношение между микробами и клетками составляет 10:1; ученые говорили, что человек на 90 % состоит из микробов и лишь на 1 % – из человеческих клеток. Общую массу всех бактерий оценивали всего в один килограмм, что примерно равнозначно весу мозга.

Недавно ученые пересмотрели расчеты. Стало известно, что усредненные цифры не работают, так как соотношение бактерий и клеток зависит от размера человека и даже, возможно, от того, что человек только что съел [8]. Соотношение может быть и 100:1 (в 100 раз больше микробов, чем клеток), и 1:1 (равное количество бактерий и клеток). Но какой бы ни была точная пропорция, бактерий в теле каждого из нас предостаточно!

На этом история не заканчивается: тысячи различных видов бактерий, живущих снаружи и внутри нас, вместе несут весомую часть генетического материала.

Напомним, что в организме человека содержится от 20 до 25 тысяч генов, совокупность этих генов известна как геном человека, он заключает в себе все программы роста и развития человеческого организма.

В то же время микробы, населяющие нас, также имеют свой геном. Исследователи проекта «Микробиом человека» посчитали, что «микробный геном состоит примерно из восьми миллионов уникальных кодирующих белки генов, или, другими словами, в нас в 360 раз больше бактериальных, чем человеческих генов» [9]. Если этот расчет верен, то наши бактерии несут в себе в несколько сот раз больше генетического материала, чем наши гены.

Лесли Пейдж, на момент написания книги избранная президентом Королевского колледжа акушерок, так описывает свои чувства относительно того, что мы больше бактериальные, нежели человеческие существа: «Как будто мы обнаружили новый неизведанный ранее мир, и теперь я смотрю на себя по-другому. Я и раньше знала, что на моей коже, в кишечнике живут микроорганизмы, но осознание того, что они несут в себе больше генетического материала, чем мои собственные гены, теперь больше сближает меня с Вселенной».

Где в наших телах находятся бактерии?

Бактерии обитают на тех частях тела, которые контактируют с внешним миром. Снаружи это кожа, внутри – рот, горло, дыхательные пути и легкие, куда некоторое количество микробов попадает при дыхании. Подсчитано, что с каждым вдохом человек вдыхает около 50 бактерий: это 600 в минуту, 36 000 в час и более 860 000 вдыхаемых микроорганизмов в день [10].

Бактерии живут в наших глазах, ушах и носу – во всех тех «окнах», через которые микробы попадают в организм человека и колонизируют его. Исторически считалось, что в норме моча стерильна. Однако последние достижения в секвенировании генов показали, что в моче здорового человека в ограниченном количестве присутствуют микроорганизмы [11]. В почках бактерий быть не должно, но при воспалении мочевого пузыря или мочевыводящих путей микробы поднимаются наверх по мочеиспускательному каналу, попадают в мочевой пузырь и далее могут инфицировать почки. Что касается других органов и тканей, таких как кровь, сердце, печень, поджелудочная железа и яичники, то в этой области все еще продолжаются исследования с целью выяснить, являются ли они в норме стерильными или нет.

Мозг всегда считался стерильным органом, но и здесь в последнее время появляются новые данные. Ученые, изучавшие вопрос, является ли мозг людей с ВИЧ (СПИД) более подверженным инфекциям, обнаружили, что бактерии находились в образце каждого мозга, который они изучали, независимо от ВИЧ-статуса [12]. Никто пока с уверенностью не может описать процесс, как бактерии преодолевают гематоэнцефалический барьер, но их популяции точно есть в мозге.

Возвратимся к перечислению мест обитания бактерий в нашем организме: у женщин во влагалище живет множество бактериальных колоний. Этот влагалищный микробиом чрезвычайно важен, так как он представляет собой резервуар микробов для будущих поколений. Во время беременности плацента также становится местом обитания небольших колоний. Подробнее микробные колонии, представленные во влагалище и плаценте, мы рассмотрим в следующей главе.

Очень важно, что микробы также заселяют каждый сантиметр желудочно-кишечного тракта (или кишечника) человека, все девять метров в длину [13]. (Заметим, что общая площадь поверхностей органов пищеварения составляет площадь футбольного поля.) Желудочно-кишечный тракт человека включает в себя органы, начиная с ротовой полости и расположенные ниже: желудок, тонкий кишечник, толстый кишечник и анус. По сути, это полая трубка, по которой пища перемещается сверху вниз. Внутреннюю поверхность трубки покрывает тонкая слизистая оболочка, состоящая из эпителия (слой эпителиальных клеток), соединенного с рыхлой соединительной тканью (собственная пластинка подслизистой оболочки кишечника), под которой располагается гладкомышечный слой, который помогает пищевому комку перемещаться по кишечнику. Вместе эти слои образуют барьер, отделяющий содержимое кишечника от остальных частей тела [14].

Говоря о кишечном микробиоме, обычно имеют в виду триллионы бактерий, обитающих в конечных отделах желудочно-кишечного тракта, – в толстом кишечнике. Они живут внутри, на поверхности или вокруг его слизистой оболочки. Около 60 % объема каловых масс составляют именно бактерии [15].

Кишечный микробиом – наиболее тщательно изученное бактериальное сообщество из всех, населяющих человека. Во-первых, это связано с тем, что появляются все новые и новые свидетельства о тесной взаимосвязи между кишечником и мозгом: то, что происходит с бактериями в кишечнике, может оказывать влияние на развитие мозга и поведение человека. Во-вторых, как мы увидим в пятой главе нашей книги, желудочно-кишечный тракт также представляет собой один из важнейших органов иммунной системы человека.

Микробом каждого человека индивидуален. По словам доктора Мартина Блейзера, он «настолько же уникален, как отпечатки пальцев». Даже у идентичных близнецов профили микробиоты разные. Это связано с тем, что с самого момента рождения мы постоянно взаимодействуем с разными видами бактерий. Каждый раз, когда мы делаем вдох, откусываем кусок пищи, нюхаем или трогаем что-либо, мы приобретаем новые бактерии. Невозможно увидеть все их бесчисленные множества, но они непрерывно заселяют наш организм, и некоторые из них становятся частью нас.

Какую именно работу выполняют в нашем организме бактерии?

Так же, как и у большинства живых организмов, у людей сложились симбиотические отношения с микробами, живущими на поверхности и внутри наших тел. Другими словами, эти отношения можно считать взаимовыгодными: наши человеческие клетки делают работу, выгодную для бактерий, и наоборот. Это взаимодействие, когда клетки и бактерии работают как команда, приносит пользу всему организму человека. Можно сказать, что человеческие клетки плюс бактерии, вирусы, археи, грибы и простейшие – игроки одной «команды» – человеческого организма.

Поговорка, что в команде работать надежнее, прекрасно описывает микробиом. Микробы помогают органам функционировать и защищают от заболеваний. Взамен человеческий организм служит для микробов домом и обеспечивает их питанием.

По словам профессора Родни Дитерта, вместе «мы сформировали так называемый симбиотический суперорганизм, в котором мы выполняем нужные друг другу функции, и эти функции очень важны для организма в целом».

Кишечные бактерии помогают расщеплять питательные вещества, и, если по каким-либо причинам бактерий недостаточно, «мы можем недополучать некоторых необходимых питательных веществ, потому что они не расщепляются до усвояемых элементов». Также бактерии способны нейтрализовывать токсины из окружающей среды. При отсутствии нужных микроорганизмов, «у нас может не быть некоторой части защиты и беспрерывной линии границ с окружающим миром, которые обеспечивают бактерии».

Наравне с любым человеком, когда-либо жившим на этой планете, каждый из нас представляет собой целостный человеческий суперорганизм. Наше тело – идеальная экосистема, наполненная триллионами бактерий, трудящихся в гармонии с триллионами человеческих клеток.

По крайней мере, это так, пока мы здоровы.