Вселенная внутри нас. Как микробы обогащают наш взгляд на жизнь - Эд Йонг

В Калифорнийском университете в Дейвисе над большим виноградником и огородом со спелыми овощами возвышаются несколько зданий со стенами цвета обожженной глины. Все вместе напоминает тосканский особняк, который чудом телепортировали на запад США. На самом деле это научно-исследовательский институт, где все просто помешаны на изучении молока. Управляет ими невысокий нервный и энергичный дяденька по имени Брюс Джерман. Если бы существовала награда за самое активное расхваливание молока в мире, Брюс бы ее точно получил. Я захожу в его кабинет, жму ему руку и спрашиваю: «А почему вы интересуетесь молоком?» Полчаса спустя он все еще толкает речь, прыгая на фитболе и теребя в руках истрепанный кусочек пленки с пупырышками.

Молоко – это идеальный источник питательных веществ, рассказывает Брюс, «чудо-пища», действительно достойная такого названия. Так считают немногие. На данный момент научных публикаций, посвященных молоку, совсем немного, если сравнивать со статьями о других телесных жидкостях – крови, слюне и даже моче. В молочной промышленности несметные богатства тратятся на то, чтобы получать от коров больше молока, но практически не выделяется денег на то, чтобы понять суть этой белой жидкости и принципы ее работы. В медицинских фондах посчитали, что это не имеет значения. Как объясняет Джерман, «это никак не относится к болезням белых мужчин среднего возраста». А вот диетологи решили, что молоко – это обычная смесь жиров и сахаров, которую можно с легкостью заменить искусственными аналогами. «Говорят, что это просто кучка химических веществ, – жалуется Джерман. – На самом деле это даже близко не так».

Молоко впервые появилось у млекопитающих. Любая кормящая мать, будь то пантера или панголин, жираф или женщина, для кормления детенышей в прямом смысле растворяет собственное тело, чтобы создать белую жидкость, которую затем выделяет через соски. Состав этой жидкости в течение 200 миллионов лет правился и улучшался, чтобы детеныши могли получать из нее все необходимые питательные вещества. Помимо всего прочего в составе есть сложные сахара – олигосахариды. Их производят все млекопитающие, но человек почему-то решил особенно выделиться: ученые уже нашли более 200 олигосахаридов человеческого молока[162] – это третья по объему его составляющая, сразу после лактозы и жиров. Уж они-то наверняка должны быть отличным источником энергии для подрастающих младенцев!

Только вот младенцы не способны ее переваривать.

Джерман, впервые узнав об олигосахаридах, был просто ошеломлен. Зачем матери тратить столько энергии на производство этих сложнейших веществ, если ее ребенок не сможет их переварить и получить от них хоть какую-то пользу? Почему естественный отбор не положил конец такому расточительству? Вот подсказка: через желудок и тонкую кишку эти сахара проходят целыми, оказываясь в итоге в толстой кишке, где живет большинство наших бактерий. А может, они вообще предназначены не для младенцев? Вдруг они являются пищей для микробов?

Эта теория появилась в начале XX века, когда две разные группы ученых сделали открытия, не зная, что они окажутся тесно между собой связанными[163]. В одной группе педиатры обнаружили, что микробы по имени Bifidobacterium более распространены в стуле младенцев, вскармливаемых грудью, чем искусственно вскармливаемых. Они выдвинули предположение, что человеческое молоко содержит вещество, снабжающее этих бактерий питанием, – его вскоре назовут «бифидус-фактор». А химики тем временем выяснили, что в человеческом молоке содержатся углеводы, которых нет в коровьем, и начали понемногу разбивать эту загадочную смесь на отдельные составляющие, среди которых в итоге нашли и несколько олигосахаридов. Два одиночества встретились в 1954 году, а все благодаря сотрудничеству Ричарда Куна (химика, австрийца и лауреата Нобелевской премии) и Пола Дьердя (педиатра, американца с венгерскими корнями и приверженца грудного вскармливания). Вместе они установили наверняка, что таинственный бифидус-фактор и олигосахариды молока – это одно и то же и что именно они питают кишечных микробов. Нередко для того, чтобы понять партнерство разных царств жизни, требуется партнерство разных отраслей науки.

К 1990-м годам ученые уже знали, что в человеческом молоке содержится более ста олигосахаридов, но подробно описали лишь несколько. Никто не знал, как большинство из них выглядят и каких бактерий кормят. Считалось, что они питают сразу всех бифидобактерий одновременно. Джермана это не устраивало. Он хотел точно знать, кем являются посетители молочной кухни и что они заказывают. Чтобы это выяснить, он вспомнил прошлое и набрал к себе в команду химиков, микробиологов и специалистов по проблемам питания[164]. Вместе они идентифицировали все олигосахариды, вывели их из молока и накормили ими бактерий. К их большому разочарованию, на рост бактерий это не подействовало.

Вскоре выяснилось, в чем дело: оказывается, олигосахариды человеческого молока – это не универсальная еда бифидобактерий. В 2006 году команда обнаружила, что этими сахарами питается лишь один их подвид, Bifidobacterium longum infantis, или B. infantisдля краткости. Покуда у этой бактерии есть доступ к олигосахаридам, она будет превосходить числом всех остальных микробов в кишечнике. Родственный ей подвид – B. longum longum – растет на тех же сахарах довольно вяло. Как бы иронично это ни звучало, B. lactis, на которой основано большинство йогуртов-пробиотиков, не растет на них совсем. Еще у одного популярного компонента пробиотиков, B. bifidum, дела с олигосахаридами обстоят чуть лучше, но, когда дело касается еды, она – большая привереда. Расщепив несколько олигосахаридов, она съедает только те их кусочки, что ей больше всего нравятся. А вот B. infantis, напротив, пожирает все до последней крошки благодаря кластеру из 30 генов – настоящему столовому набору для употребления олигосахаридов[165]. Такого кластера больше нет ни у одной бифидобактерии, только у B. infantis. Человеческое молоко развилось так, чтобы кормить именно эту бактерию, а она, в свою очередь, стала отпетым олигосахаридоедом. Неудивительно, что в кишечниках вскармливаемых грудью младенцев она, как правило, доминирует.

И она заслуживает свое место. Переваривая олигосахариды, B. infantis вырабатывает короткоцепочечные жирные кислоты, которые питают клетки кишечника младенца, – получается, что, пока мать кормит микроба, микроб кормит ее ребенка. Путем прямого соприкосновения B. infantis также побуждает клетки кишечника к выработке адгезивных белков, которые заделывают щели между ними, и противовоспалительных молекул, которые калибруют иммунную систему. Все это происходит, лишь когда B. infantisпитается олигосахаридами, – если же она получает вместо них лактозу, она выживает, но никак не влияет на клетки организма ребенка. Полностью свой потенциал помощника она раскрывает, лишь питаясь грудным молоком. И соответственно, чтобы ребенок мог воспользоваться всеми преимуществами материнского молока, у него в кишечнике должна обитать B. infantis[166]. Поэтому Дэвид Миллз, микробиолог, работающий с Джерманом, рассматривает B.