Книга слизи. Скользкий след в истории Земли - Сюзанна Ведлих

Кожа – это очень плотный барьер, поскольку ее задача – ограничивать путешествия нежеланных гостей внутрь организма и, что еще важнее, регулировать потери воды. Будучи биологической стеной, кожа и сама защищена толстым слоем склеенных вместе клеток. Это сухая, малопитательная и кислая среда, в которой патогенам сложно поселиться. Более того, кожа и так уже заселена полезными микробами, которые приспособились к этой среде и не желают делить ее с соперниками. Попасть в организм через кожу зачастую можно только через рану. Не бывает полностью непроницаемых стен, как не бывает и крепостей без связи с внешним миром. Так и с кожей: патогены могут попробовать пробраться через одну из брешей в этой биологической стене.

К таким слабым местам относятся рот и нос, которые к тому же хуже охраняются. Структурно они обозначают переходы от плотной кожи к пористым слизистым оболочкам, которые снабжают все внутренние контактные поверхности гидрогелем, например, поверхность глаз и внутреннее ухо. Они не могут отгородиться от внешнего мира, например, с помощью кожи, в связи с чем эти зоны и сам организм становятся уязвимыми. Захватчики стремятся туда несметными полчищами. Согласно исследованию Стэнфордского университета, только во время приема пищи в организм ежедневно попадают миллиарды микробов.

Не все микробы несут опасность, но те, которые появляются в испорченной еде, а также их токсины, – однозначно. Каждый кусочек строго оценивается стражами – нашими органами чувств. Есть ли слизь? На вкус или на запах подозрительно? Если да, объект отторгается, по меньшей мере так должно быть. Существует ряд национальных деликатесов – например, японское блюдо натто, ферментированное и сброженное настолько, что оно имеет длинные вязкие нити слизи. Тот, кто с детства не привык к аромату и текстуре таких блюд, едва ли во взрослом возрасте сможет справиться с отвращением. Такой же привычки требует специфический вкус или запах, как, например, у экзотического азиатского фрукта дуриана, который можно учуять с большой дистанции.

Молекулы запаха и вкуса мы воспринимаем тогда, когда они попадают на рецепторы носа и языка, однако на этом этапе им предстоит раствориться в гелесодержащей слюне или слизи из носа. Это первая важная преграда на входе в крепость под названием «человек». «Таким образом, орган обоняния приобретает новую защитную функцию в нашем организме, – пишет Ален Корбен. – Нос, предшественник вкуса, предупреждает нас о ядовитых веществах». Ценность этой функции проявляется еще и в том, что эффективные рецепторы обоняния расположены не только в носу, но и на языке. Органы чувств в данном случае работают сообща, что объясняет, почему молекулы запаха изменяют восприятие вкуса. Этот пример также доказывает, что информация о вкусе и запахе поступает в мозг порознь – по разным каналам.

Разумеется, не стоит злоупотреблять сравнениями с городом Дюрера, однако в нем, как и в организме, оборона расставлена на разных уровнях. В случае каменных крепостей это означает, что врагам нужно сначала преодолеть ров, затем штурмовать огромные стены, а в конце сразиться с защитниками крепости или выманить их хитростью. В нашем организме четыре системы гидрогелей, тесно связанные между собой, выполняют как «гражданские», так и «военные» функции, поскольку они защищают и те поверхности, которые одновременно являются для нас спасательными кругами. Гидрогели должны останавливать врагов, снабжать организм воздухом и питательными веществами, а также следить за внутренним порядком. Тому, кто не вносит своего вклада, нет места ни в организме, ни в городе Дюрера: «Не бесполезный король должен жить в этом замке, а талантливые, мудрые, мужественные, умелые люди, способные держать замок в порядке, а также опытные воины».

Патогенам и паразитам не дозволено проходить в наш организм, однако и опухолевые клетки, к примеру, играют не по правилам. Напротив, они выходят из-под контроля, растут и распространяются без нашего согласия, да еще и с эксплуатацией ценных ресурсов. «Наемники», наоборот, желанные гости, но и с них нельзя спускать глаз. Это – микробиом, триллионная армия микроорганизмов разного рода, среди которых бактерии, археи и грибы, обитающие в основном в слизистых слоях и непременно следящие за благополучием нашего организма. Исследования сосредоточены прежде всего на бактериях, однако по численности вирусы их опережают.

Виром[5], или фагеом, для нас не опасен, поскольку он состоит из так называемых бактериофагов. Эти вирусы-хищники нападают исключительно на бактерии. Они находят своих жертв, потому что те прилипают к нашим муцинам и накапливаются в слоях слизи. Бактериофаги ограничивают число бактерий, населяющих наш организм, тем самым поддерживая здоровый и разнообразный микробиом. Попутно они борются с патогенами, которые движутся внутрь организма.

Но обо всем по порядку: первый уровень нашей физической защиты состоит из больших слоев геля, своего рода крепостных рвов, заполненных слизью перед входами в организм. Микробы попадают внутрь с пищей, воздухом или иным образом, застывают в геле, отфильтровываются, а затем либо вымываются из организма, либо погружаются в глубокий сон. Тем не менее вышеописанный алгоритм не всегда срабатывает. Отдельный микроб может прорваться в пищеварительном тракте через гель, однако затем попадает в слизистую оболочку под ним. Ее клетки сомкнуты плотно, просто так проскользнуть через них не получится. На этом этапе наши защитники выстраивают стену из щитов – чрезвычайно толстый гликокаликс клеток, то есть их внешнее гелевое покрытие, в молекулярной среде которого застревают многие патогены. Такие бывалые вояки как Streptococcus pneumoniae приносят с собой специальные молекулярные ножницы и прорезают дыру, тем самым поражая определенные муцины.

Рисунок 16. Гликокаликс как оболочка клетки: клетка в разрезе (а), с ядром (b), а также гликокаликсом (d), чьи молекулы (с) закреплены в мембране клетки. В зависимости от плотности муцина и других составляющих меняется внешняя форма клетки (A – D)

Энзим[6] такого типа может быть использован и в медицине. Все клетки тела одеты в гликокаликс, как в созданные индивидуально под них рыцарские доспехи. В таком случае защитные силы организма могут отличить своего от чужого, идентифицировать патогены, а также отреагировать на пересаженную ткань или неправильное переливание крови с несовместимой группой. В последних случаях защитная реакция нежелательна и может составлять угрозу жизни. В связи с этим американские ученые используют разрезающий муцины энзим кишечной палочки, чтобы создать в определенной степени безличные, универсальные клетки крови, подходящие для любого переливания. С другой стороны, важно восстановить гликокаликс. Известно, к примеру, что клеткам стенок вен необходима плотная гелевая оболочка, иначе они будут разрушены кровотоком. Дегенерация этой оболочки характерна для