Микробы в толстой кишке разлагают волокна и переваривают крахмал. В каком-то смысле все, что дошло до конца вашей тонкой кишки, будет исторгнуто из организма, потому что вы это переварить не смогли. Голодные бактерии много чего усваивают, переваривают и превращают в еду – в основном, чтобы прокормить себя. Но некоторые вещества, произведенные ими, в частности молекулы, которые называются короткоцепными жирными кислотами, все же идут в пищу нам – начиная с клеток стенки толстой кишки. Кормят хозяина своей «гостиницы».
До 15 % калорий из еды перерабатываются в толстой кишке и используются, чтобы кормить вас. Как и все микробы, ее обитатели – не просто случайные гости: мы эволюционировали, помогая друг другу. У всех млекопитающих, даже тех, чьи последние общие предки жили десятки миллионов лет назад, есть заметное сходство между типами кишечных бактерий и их функциями [12, см. с. 44].
Там тепло и влажно; есть несколько «районов», населенных специализированными микроорганизмами. Те из них, что производят конкретные витамины, могут располагаться на маленьких пятачках, а вот те, которые перерабатывают крахмал в простые сахара, живут на более обширной территории. Есть и конкуренция. Как в городах: хорошие парковки и места в престижных школах легко не достаются. Бактерии, питающиеся одними и теми же веществами, вооружены одинаковыми ферментами и, словно львы и гепарды, охотящиеся на одну и ту же добычу, жестко конкурируют между собой. Мне кажется, многие из них хотят забраться в одни и те же мягкие слои слизи и воспользоваться одними и теми же немногочисленными укрытиями, защищенными от жестоких дождей из желудочного сока или желчи. В то же время клетки, которыми устлан желудочно-кишечный тракт, каждый день сбрасываются, так что сегодняшнее укрытие может завтра превратиться в тонущий корабль. В конце концов, когда остатки переваренной пищи покидают ваше тело в качестве фекалий, вместе с ними выходит смесь бактериальных клеток, а также старые клетки стенок кишечника. Вместе они, их фрагменты и вода составляют основную часть вашего стула.
Чтобы понять, насколько важную роль играют микроорганизмы в обмене веществ, подумайте вот о чем: почти все химические субстанции в крови – результат деятельности микробов [13, см. с. 44]. Кроме того, бактерии переваривают лактозу, производят аминокислоты и разлагают волокна в клубнике или, например, если вы едите суши, – в водорослях.
С помощью производимых ими веществ удается сохранять стабильное кровяное давление – благодаря особым рецепторам в кровяных тельцах (и, как ни странно, в носу). Эти сенсоры засекают небольшие молекулы, создаваемые микробами, которые населяют кишечник. Реакция на них влияет на давление. Таким образом, после еды оно обычно понижается. Сможем ли мы когда-нибудь получить лекарство от гипертонии, где используются эти бактерии? Вполне вероятно.
Микробы перерабатывают лекарства. Например, миллионы людей по всему миру принимают дигоксин – вещество, добываемое из наперстянки, для лечения различных заболеваний сердца. Сколько его конкретно попадет в кровь зависит от состава микробиома человека; первая химическая обработка и усвоение [14, см. с. 44] происходят в кишечнике. Химические различия имеют последствия. Если доза получится слишком низкой, лекарство не сработает. Если, напротив, слишком высокой, пациент может получить дополнительные проблемы с сердцем, изменение в цветовосприятии и расстройство желудка. В будущем врачам, возможно, удастся контролировать этот процесс, активизируя или угнетая кишечных микробов.
Некоторые бактерии производят витамин К, который необходим для свертываемости крови, чего не делают собственные клетки организма. Возможно, положиться на бактерии для его выработки оказалось для человеческого тела эффективнее, чем идти на дополнительные метаболические трудности, то есть вырабатывать самостоятельно. Так что наши предки выиграли конкуренцию у собратьев, которым пришлось либо самим над ним потрудиться, либо собирать из растений. В каком-то смысле можно сказать, что пращуры отдали ключевую метаболическую функцию на аутсорсинг. Мы их накормили и приютили, а они за это помогают сворачивать кровь – замечательный обмен.
Некоторые производят эндогенный «валиум». Люди, умирающие от рака печени, часто впадают в кому. Но если им дать вещество, ингибирующее бензодиазепины (в число которых и входит «валиум»), они просыпаются. Дело в том, что здоровая печень разлагает естественные бензодиазепины, вырабатываемые кишечными микробами, а вот больная печень – нет, так что «домашний валиум» поступает прямо в мозг и усыпляет больного. Другие микробы позволяют горным народам Новой Гвинеи жить на диете, 90 % которой составляет батат, в котором мало белка [15, см. с. 44]. Подобно бактериям, живущим на корнях бобовых растений, кишечные микробы этих племен его вырабатывают из атмосферного азота в кишечнике хозяев и создают аминокислоты.
* * *
У женщин бактерии колонизируют и защищают влагалище. До недавнего времени медики считали, что лишь одна группа бактерий, лактобациллы, защищает от патогенов, например возбудителей молочницы. И действительно, они вырабатывают молочную кислоту, которая уменьшает кислотно-щелочной баланс, делая среду кисловатой и менее гостеприимной для патогенов. Считалось, что женщины, во влагалище которых живут другие бактерии, более уязвимы для вагинальных заболеваний. Но сейчас, когда доступны секвенции ДНК микробов от сотен здоровых женщин, мы знаем, что существуют пять основных типов вагинальных микробиот, лишь в четырех из которых доминируют лактобациллы. В пятом лактобациллы, по сути, отсутствуют [16, см. с. 44]. У женщин с подобным типом живут несколько других кодоминантных видов. Но, в противоположность распространенному мнению, это не повышает вероятность развития вагинальных заболеваний, и его обладательницы вовсе не принадлежат к незначительному меньшинству. Подобной «ненормальной» смесью обладает около трети всех женщин.
У женщин без лактобацилл кислотно-щелочной баланс влагалища чуть выше, но их бактерии умеют создавать недружественную среду для непрошеных гостей не менее эффективно. Подобные функциональные замены, скорее всего, происходят по всему телу; у разных людей одинаковую работу выполняют разные бактерии.
Кроме того, мы узнали, что популяция во влагалище меняется со временем. Например, в течение большей части месяца доминирует бактерия L. inners, a во время месячных расцвет переживает другая, L. gasseri, при этом после быстро идет на спад. Все вроде бы ясно, но подобный график – скорее исключение. Самая распространенная схема – отсутствие всякой схемы. Иногда доминирующие бактерии меняются в середине менструального цикла, а в следующем месяце – в конце цикла. Бывает вообще ничего не меняется. Периодически лактобациллы начинают доминировать по очереди, словно играя в чехарду. В некоторых случаях преобладают вообще «необычные» бактерии, которые затем без всякой видимой причины исчезают. Мы до сих пор не разгадали тайны этих неожиданных и значительных перемен.
* * *
Возможно, самая важная услуга, которую оказывают нам бактерии, – иммунитет.
Микробы – это важная третья ветвь иммунной системы. Первая – врожденный иммунитет. Он основан на том, что у большинства микроогранизмов, с которыми мы контактируем, есть схожие структурные черты, которые «видят» белки и клетки, охраняющие наши поверхности. Вторая – адаптивный иммунитет, способность к распознаванию специфических химических структур. Основа микробного иммунитета – бактерии, которые уже живут в вашем теле, долгосрочные обитатели, не пускающие вновь прибывших, используя при этом различные механизмы. Мы еще подробнее рассмотрим все эти ветви.
