В 2007 году, после нескольких попыток запустить модель, мы наконец начали первый полный набор экспериментов по изучению фермерских практик, добавив четыре разных субтерапевтических курса антибиотиков (СТК) в воду в мышиных поилках. Рассматривали только самок, потому что они дерутся гораздо реже самцов, и это облегчило работу. Первые результаты оказались не слишком многообещающими: разницы в весе между мышами, получавшими СТК, и контрольной группой не наблюдалось.
Когда исследовательскому комитету Ильсына сообщили, что мыши не набирают вес, один из экспертов спросил: «А как меняется состав их тела?»
{146} Он имел в виду массовую долю жира, мышц и костей. Мы не знали ответа.
– Может быть, провести ДЭРА и узнать? – предложил он.
Это аббревиатура от «двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии», теста, который измеряет у женщин толщину костей и связанный с этим риск остеопороза. Но кроме этого, говорит, сколько в теле жира, а сколько – мышц.
Предложение оказалось полезнейшим. Мы обнаружили, что у всех четырех групп СТК-мышей на 15 % больше жира, чем у контрольной группы – такую разницу нельзя объяснить простой случайностью.
Это было первое доказательство, что антибиотики изменяют обмен веществ и влияют на состав тела. СТК-мыши были жирнее, но вот мышечная масса была почти такой же, как у контрольной группы. Кроме того, обнаружилась неожиданная вещь: в возрасте семи недель, через три недели после начала курса антибиотиков, мыши начали ускоренно набирать костную массу. Это говорило о том, что они должны стать больше, длиннее и выше. Но к возрасту в десять недель костная масса была одинаковой у всех. Более ранний набор проявился только у мышей, которым давали лекарства. В последующих экспериментах мы так же обнаружили изменения роста костей, некоторые остались на всю жизнь. Этот эффект опять-таки не ограничивался только одним антибиотиком. Иначе все можно было бы списать на побочные эффекты конкретного лекарства. Повторюсь, он проявлялся для всех, использованных в эксперименте. Наша работа подтверждает идею, что вместе с улучшенным питанием и чистой водой медикаменты – один из факторов, благодаря которым люди в среднем сейчас выше, чем когда-либо.
Итак, мы получили доказательства, что СТК изменяет развитие в начале жизни, но так и не поняли, почему это происходит. Каким образом добавление антибиотиков в воду вызывает подобный эффект? Что делает животных жирнее и заставляет их набирать костную массу? Мы заподозрили, что лекарства меняют состав кишечной микрофлоры, так что начали исследовать помет. Фекалии – это конечный продукт всех процессов, происходящих в кишечнике, и в нашем распоряжении его было достаточно. Они дали стандартный материал для сравнения во времени у одной и той же мыши и между теми, кому скармливали разные антибиотики и разную пищу.
Кроме того, после смерти животных мы изучали материал из верхней части толстого кишечника, которую называют слепой кишкой. Его содержание было важно для исследований, потому что оно показывало, какие микробы присутствуют и проявляют активность в теле, а не только после выделения в фекалиях. Поскольку этот материал можно добыть только хирургическим путем, мы получали его один раз. По большей части содержимое кишечника (и толстой кишки, и фекалий) мышей и людей состоит из непереваренных пищевых волокон, воды и бактерий; почти все присутствующие ДНК – бактериальные. Чтобы узнать больше, был проведен так называемый универсальный бактериальный анализ на 16S рРНК.
У всех микроорганизмов есть ген, кодирующий 16S рРНК, необходимую для производства белков. Но точная последовательность ДНК у разных видов бактерий значительно отличается. Форма гена у E. coli совсем не такая, как у стафилококка. Так что, воспользовавшись универсальным анализом с последующим секвенированием ДНК, мы смогли провести перепись «кто здесь». Это примерно то же самое, что проводить перепись населения Нью-Йорка или Чикаго, чтобы узнать, сколько там живет учителей, юристов, полицейских и школьников. В данном случае нас интересовало, сколько присутствует клостридий, бактероидов, стрептококков и так далее, вплоть до тысяч отдельных видов бактерий. На основании результатов переписи мы смогли ответить на несколько важных вопросов.
Во-первых, влияет ли СТК на разнообразие бактерий? Другими словами, живет ли в мышах, принимавших антибиотик, такая же разношерстная компания микробов, как в мышах контрольной группы? В обоих образцах, безусловно, будет немало «учителей», «школьников» и «полицейских», потому что они широко распространены. Но будут ли там «актуарии» или «настройщики фортепиано» (редкие профессии)?
Мы обнаружили, что антибиотики, возможно из-за низкой дозы, не оказывали очевидного эффекта на бактериальное разнообразие. В образцах СТК-мышей и контрольной группы обнаружилось одинаковое количество «профессий».
А меняют ли медикаменты функции бактерий? Да. Большинство пищи, которую вы едите, переваривается в тонкой кишке. Остатки, добирающиеся до толстой кишки, переварить практически невозможно. И тут на помощь приходят бактерии. Вспомните: некоторые микробы толстой кишки переваривают этот материал и выделяют так называемые короткоцепные жирные кислоты (КЦЖК), которые всасываются в стенки кишечника. Эти КЦЖК составляют 5-15 % всех калорий, которые вы получаете за день. Если бы ваши микробы эффективнее добывали калории из «неперевариваемой» еды, вы получали бы еще больше питания и толстели.
Но что происходит с составом – относительными пропорциями между «учителями», «полисменами» и т. д. – при приеме СТК? Например, можно ожидать, что распределения этих профессий в Нью-Йорке и Чикаго будут более похожи между собой, чем, например, в Дели или Пекине. Вот модель, которую мы находим в кишечном микробиоме.
Тут стало уже интереснее. СТК меняет состав популяции кишечных микробов – это обнаружилось и в слепой кишке, и в фекалиях. Мы знали, что обычная доза антибиотика изменяет пропорции, но не знали, какое влияние окажут очень маленькие дозы. Оказалось, они вызывают тот же эффект.
Мы измерили их уровень в содержимом слепой кишки и обнаружили, что у СТК-мышей он намного выше, чем у контрольной группы. Это означало, что грызуны, принимавшие лекарства в начале жизни, когда развивались ткани, получали больше калорий от своих микробов.
Затем перешли к печени, главной метаболической фабрике тела. Она перерабатывает пищу, усвоенную кишечником, в том числе и КЦЖК, в полезные продукты – белки, источники энергии вроде сахаров и крахмалов, а также жировые молекулы для запасания энергии. Мы сравнили, какие гены чаще работали в печени наших подопечных.
