Исследования европейских ферм, многие из которых проводились доктором Эрикой фон Мутиус из Мюнхенского университета (Германия), показали, что фермы с более высоким разнообразием микробов, а также те, где микробы из коровников чаще попадали в дом, лучше всего защищают от астмы. В одном исследовании количество микробов на матрасе матери оказалось обратно пропорционально риску детей заболеть экземой, аллергической болезнью кожи, часто ассоциирующейся с астмой. Все эти исследования явно говорят о том, что когда микробы, живущие на фермах, контактируют с совсем маленьким детьми, они каким-то образом защищают детей от этой болезни.
Еще одно исследование, тоже устроенное группой доктора фон Мутиус, показало, что у новорожденных детей с ферм иммунитет лучше, чем у детей, которые росли в других местах. Исследователи выделили иммунные клетки из пуповинной крови и обнаружили, что у новорожденных, чьи матери жили на фермах во время беременности, больше регуляторных T-клеток – важных иммунных клеток, которые работают «миротворцами» и модуляторами иммунной системы (см. главу 2), гарантируя, что иммунная система не даст избыточной реакции на непрошеного гостя. Кроме того, известно, что они играют важнейшую роль в профилактике астмы и аллергии. Поскольку исследователи сравнивали популяционные группы с одинаковой этнической принадлежностью, различия, которые они нашли, связаны не с генетическими вариациями, а, скорее всего, с различиями окружающей среды. Ученые считают, что жизнь на ферме во время беременности больше похожа на естественные условия развития иммунитета у плода, при которых стимулируется конкретная группа клеток, необходимая для контроля иммунитета и профилактики аллергии. Контактируя с коровами, курами, свиньями и грязью, матери, по сути, проводят иммунизацию детей, чтобы их организм терпимее относился к будущим аллергенам (веществам, вызывающим аллергию): в конце концов, люди как вид эволюционировали именно так – в тесном контакте с животными и природой. Именно отсутствие таких контактов во время беременности (как сейчас в большинстве западных стран) – это, скорее всего, одна из причин резкого повышения риска астмы у всех, кроме земледельцев и их семей.
Из кишечника в легкие
Все эти исследования паттернов астмы показали нам, что для того, чтобы понять, каков защитный механизм и как именно он работает, ученым нужно внимательнее присмотреться к контактам с микробами и к тому, как они влияют на иммунную систему. Идея, как именно можно это сделать, пришла в голову Бретту, когда он ужинал со своей женой Джейн. Она тридцать лет работала педиатром и сообщила ему, что есть данные, согласно которым дети, которых лечили антибиотиками в младенчестве, больше рискуют заболеть астмой. Бретту идея показалась довольно занимательной, но он отнесся к ней скептически. Впрочем, как и всегда, Джейн оказалась права: литература поддержала ее.
Бретт очень заинтересовался этим явлением и решил изучить его в своей лаборатории. В то время его команда применяла антибиотики как инструмент изменения микрофлоры; они смотрели, как эти изменения влияют на диарейные инфекции в кишечнике. Бретт поговорил с одной из своих студенток, Шеннон, и она решила в рамках работы над кандидатской диссертации рассмотреть важнейший вопрос: влияют ли изменения микрофлоры на подверженность астме? Это было всего пять лет назад, но тогда идея казалась очень странной, и у нее даже были побочные проекты на случай, если эта работа закончится неудачей.
Шеннон решила провести простой эксперимент. Она подготовила две группы мышей: одна группа получала антибиотики с рождения до взрослого возраста, а другая – с возраста примерно трех недель, когда мышей уже отлучают от груди и считают «взрослыми» (кроме того, была и контрольная группа, которая вообще не получала антибиотиков). Когда Шеннон проверила мышей на астму, результат удивил всех. У мышей, которые получали антибиотики в детстве, астма была сильнее, чем у тех, которые получали их только во взрослом возрасте или не получали вообще. Более того, она проанализировала типы иммунных клеток в этих мышах и обнаружила примерно тот же эффект, что у людей, живущих на ферме: у мышей, получавших антибиотики в младенчестве, было меньше регуляторных T-клеток («миротворцев») в кишечнике. Антибиотик, который использовала Шеннон, дают перорально, и он не впитывался ни в кровь, ни в остальные органы; это означает, что изменение микробной популяции кишечника влияет на исход иммунной болезни, развивающейся в легких. Участие регуляторных T-клеток также говорило и о том, что явление, наблюдавшееся у мышей, скорее всего, как-то связано и с аналогичным явлением у людей. Шеннон провела много других экспериментов и показала, что антибиотики влияют на развитие астмы только в самом начале жизни – от рождения мышонка до его отлучения, что примерно соответствует нескольким первым месяцам жизни человеческого младенца.
Примерно в это время в лабораторию пришла Клэр, и она с энтузиазмом продолжила этот проект, используя человеческие образцы. Нашей лаборатории повезло: мы завели партнерство с национальным проектом «Канадское лонгитюдное исследование развития здоровых детей» (Canadian Healthy Infant Longitudinal Development (CHILD) Study), в котором рассматривались факторы, влияющие на развитие астмы у детей. Исследователи CHILD собирали образцы по всей Канаде с 2009 года, поставив себе целью собрать и охарактеризовать образцы от 3500 детей с рождения до пяти лет (это огромная работа). Клэр и ее сотрудники запросили 350 образцов детского кала, собранных в трехмесячном и годовалом возрасте.
Наш вопрос был прост: есть ли разница в популяции кишечных микробов у детей, у которых астма развивается рано, и у детей, у которых вообще не развивается астма? С помощью нового метода поиска бактерий (см. главу 16) мы секвенировали кишечную микрофлору этих образцов, и результат немало нас удивил. У трехмесячных детей с большим риском заболеть астмой отсутствовало четыре типа бактерий, но вот микрофлора в возрасте одного года была практически одинаковой. Все это – вкупе с другими исследованиями об антибиотиках, фермах и т. д. – показывает на критически важный период времени, в который изменения микробной популяции в кишечнике приводят к долгосрочным иммунным последствиям для легких. Кроме того, мы обнаружили, что различия не ограничиваются только типами бактерий, встречающихся в кале, – некоторые вещества, производимые микробами, тоже отличаются. Что интересно, только одно из этих веществ оказалось продуктом жизнедеятельности кишечных бактерий (ацетат, см. главу 2); многие из них были бактериальными веществами, обнаруженными в моче этих детей – еще одно доказательство того, что бактериальные метаболиты у нас в организме повсюду.
Наша лаборатория все еще пытается разобраться, как эти четыре бактерии (они присутствуют в кишечнике в сравнительно малом количестве; мы назвали их FLVR) вызывают астму, но еще один набор экспериментов на мышах показал, что FLVR непосредственно участвуют в развитии предрасположенности к астме, это не просто корреляция. Клэр пересадила одной группе безмикробных мышей фекальных микробов от ребенка, у которого не было в кале FLVR (а позже развилась астма), а другой группе – тех же самых фекальных микробов вместе с FLVR. Когда мыши выросли, у группы, получившей FLVR, наблюдалось меньше воспалительных процессов в легких и других симптомов астмы.
