Однако паразиты и вирусы — не единственные организмы, способные влиять на головной мозг. За последнее десятилетие исследователи обнаружили, что некоторые микроорганизмы, мирно обитающие в нашем пищеварительном тракте, обладают такими же впечатляющими способностями, хотя они не используют их против нас. Тем не менее на взаимодействие головного мозга и ЖКТ они влияют весьма серьезно.
Являются ли микроорганизмы посредниками в коммуникациях головного мозга и ЖКТ?
Всего несколько лет назад многие исследователи думали, что мы уже установили все компоненты, которые определяют двусторонние коммуникации мозга и ЖКТ.
Мы знали о способах, с помощью которых ЖКТ контролирует пищеварение и окружающую среду — как он чувствует тепло, холод, боль, растяжение, кислотность, наличие питательных веществ в пище и другие характеристики. Мы знали, что поверхность пищеварительного тракта является самой большой и самой сложной сенсорной системой в организме человека. Нам казалось очевидным, что внутренние ощущения с помощью гормонов, молекул иммунных клеток и чувствительных нервов (особенно блуждающего нерва) передаются из ЖКТ в маленький и большой мозг. Это объясняло, почему наша пищеварительная система большую часть времени прекрасно функционирует без участия сознания, почему ЖКТ специфически реагирует на испорченную еду и почему после вкусной трапезы человек чувствует себя хорошо.
Мы также знали, что энтеральная нервная система — маленький мозг в ЖКТ — выступает в качестве «низового» органа, регулирующего пищеварение, а при возникновении чрезвычайных ситуаций действует в тесном контакте с высшим органом — головным мозгом. Мы узнали, что, когда мы испытываем эмоции, специализированные эмоциональные операционные программы в головном мозге создают различные сюжеты, разыгрывающиеся в нашем пищеварительном тракте. Они вызывают особые паттерны (комбинации) сокращений в ЖКТ, изменяют кровоток, а также секрецию жизненно важных пищеварительных жидкостей, характерных для каждой эмоции.
Клиницисты довольны новым знанием о том, что нарушение коммуникаций головного мозга и пищеварительного тракта играет важную роль в возникновении таких функциональных расстройств ЖКТ, как синдром раздраженного кишечника. И вопреки мнению подавляющего большинства психиатров и большинства моих коллег-гастроэнтерологов я уже давно подозревал, что нарушения в этой системе коммуникаций могут проявляться в таких не относящихся напрямую к пищеварению расстройствах, как тревога, депрессия и аутизм.
Однако, как это часто бывает в науке, первоначальная уверенность оказалась преждевременной. Мы многое уяснили в двусторонней связи между пищеварительным трактом и головным мозгом, и тем не менее становилось все более очевидным, что организм на самом деле организует внутренние реакции и ощущения в виде сложной схемы связи между головным мозгом и ЖКТ. В состав этой схемы в качестве основного компонента входит кишечная микробиота. В тогдашних выводах и прогнозах мы не учитывали важнейшую роль, которую она играет.
Как оказалось, реакции пищеварительного тракта, запускаемые под влиянием эмоций, не ограничиваются ощущениями, будто в животе «что-то крутит» и происходят спазмы. Они вызывают массу других сенсорных сигналов в ЖКТ, которые передаются обратно в головной мозг. Там они могут изменяться или создавать определенные ощущения и хранятся в виде эмоциональных воспоминаний о пережитом конкретном опыте. Лишь в последние несколько лет, к удивлению ученых всего мира, стало понятно, сколь важную роль в этом взаимодействии между реакциями и ощущениями в ЖКТ играет микробиота.
Как мы теперь знаем, эта масса невидимых живых организмов может постоянно общаться с головным мозгом с помощью различных сигналов, в том числе подаваемых гормонами, нейротрансмиттерами и несметным числом соединений, называемых метаболитами. Эти метаболиты являются результатом специфических привычек питания микроорганизмов и возникают, когда те питаются остатками перевариваемой пищи, желчными кислотами, секретируемыми печенью в кишечник, или покрывающей его стенки слизью. Фактически микробиота кишечника также участвует в активно происходящем диалоге ЖКТ и головного мозга, используя сложный биохимический язык, который я называю «микробоговорение» (‘microbe-speak’).
Зачем головному мозгу и кишечным микроорганизмам нужна эта сложная коммуникационная система? Как формировался язык, на котором разговаривают микроорганизмы? Чтобы ответить на эти вопросы, нам придется заглянуть в далекое прошлое — в первобытные, богатые микроорганизмами океаны Земли.
Зарождение «микробоговорения» — диалога микроорганизмов
Жизнь появилась на Земле примерно 4 млрд лет назад в виде одноклеточных микроорганизмов — архей. В течение первых трех миллиардов лет существования микроорганизмы были единственными обитателями нашей планеты. Триллионы микроорганизмов (а это больше, чем звезд в нашей Галактике) плавали в океанских водах, давших приют примерно миллиарду видов микроорганизмов разных форм, цветов и типов поведения.
На протяжении этого огромного пласта времени методом проб и ошибок, совершаемых в ходе естественного отбора, постепенно совершенствовалась способность микроорганизмов общаться друг с другом. Для передачи сигналов они создали сигнальные молекулы, а также рецепторные молекулы, действовавшие как механизмы декодирования получаемых сигналов. Сигнальные молекулы, испускаемые одним микроорганизмом, могли быть декодированы другим, например соседним. Такая сигнализация вызывает временное или постоянное изменение в поведении принимающего микроорганизма. Как обнаружили Джесси Рот и Дерек леройт, многие из сигнальных молекул во многом похожи на гормоны и нейротрансмиттеры, которыми пользуется наш пищеварительный тракт для связи с энтеральной нервной системой и головным мозгом. В совокупности эти молекулы можно считать древним и относительно простым языком, чем-то вроде тех биологических сигнальных диалектов, которые в наши дни используют различные системы органов в теле человека.
Около 500 млн лет назад в океане начали развиваться первые примитивные многоклеточные морские организмы, а в их пищеварительных системах поселились морские микроорганизмы. Одну из крошечных древних многоклеточных — гидру — можно и сегодня обнаружить в водоемах с пресной водой. По сути, это плавающий желудочно-кишечный тракт. Гидра представляет собой трубку длиной в несколько миллиметров со ртом на одном конце, пищеварительной системой, заполненной микроорганизмами, и так называемой подошвой на другом конце, с помощью которой гидра прикрепляется к скале или к подводному растению.
Постепенно у животных и микроорганизмов сформировались симбиотические отношения, и микроорганизмы нашли способы передавать своим хозяевам жизненно важную генетическую информацию. Эта информация поступала в виде молекул, которых у самих животных-хозяев не было, микроорганизмы же в течение миллиардов лет методом проб и ошибок научились производить их. Некоторые из этих молекул стали нейромедиаторами, гормонами, гастроинтестинальными пептидами, цитокинами и другими видами сигнальных молекул, которыми организм человека пользуется и сейчас.
