Представление, возможно, не из самых приятных, что, впрочем, совсем несправедливо по отношению к нашим «квартирантам»: учеными уже давно установлено, что без них наша пищеварительная, иммунная система, да и весь организм нежизнеспособны. И подтверждается это тем очевиднее, чем длиннее становится список болезней современной цивилизации, причину возникновения которых, по крайней мере отчасти, можно связать с нарушениями в области кишечной флоры. В их числе избыточный вес, диабет II типа, а также психические расстройства (например, депрессии).
Кстати, не кожа, как принято думать, а именно кишечник является самым большим органом: если к длине около 8 метров и площади поверхности более 300 м2 добавить все малейшие его складки, получатся внушительные 4,5 тыс. м2, что соответствует величине половины футбольного поля. Примечателен и масштаб его работы: согласно статистике, за 75 лет жизни кишечник перерабатывает около 30 т твердой пищи и 50 тыс. л жидкости. В этом внушительного размера органе обитают до 100 биллионов микробов. Приспособленные к жизни в бескислородной среде, эти существа в своем большинстве с трудом поддаются культивированию в лабораторных условиях, чем и объяснялась их недостаточная изученность. Лишь недавно ученым удалось подвергнуть анализу их генетические фрагменты. В настоящее время установлены многие тысячи видов кишечных бактерий, в создании которых участвует такое количество генов, которое превосходит геном человека примерно в 100 раз.
Наш кишечник и его слизистую оболочку населяет около 40 тыс. видов бактерий. Эти бактерии живут в биологическом равновесии и регулируют путем изощренного взаимодействия большую часть процессов обмена веществ в организме.
Бурная жизнь, происходившая в кишечнике, в последние годы все чаще становилась центром исследовательского интереса. С 2008 по 2012 г. европейская комиссия по исследованиям в Брюсселе финансировала бюджетом в сумме €22 млн проект «MetaHIT» (Metagenomics of the Human Intestinal Tract) — своего рода «перепись населения» нашего желудочно-кишечного тракта. Американская служба здравоохранения в свою очередь обеспечила возможность проведения еще более масштабного — стоимостью в $115 млн — проекта «Human Microbiome Project».
Однако в последнее время и нейробиология все больше интересуется микрофлорой — микроорганизмами, заселяющими наш организм, и тем, каким образом кишечная микрофлора влияет на функции мозга. В 2012 г. журнал Science посчитал исследования на эту тему достаточно важными, чтобы посвятить ей целый номер.
Почему эта тема настолько захватила научную общественность? Прежде всего повысился уровень осознанности в питании: мы больше стали осознавать, как питание и выбор рациона влияют на наше здоровье. Мозг состоит из миллиардов нейронов, а в кишечнике нашли свое убежище триллионы полезных бактерий. Разумеется, возникло предположение, что именно эти бактерии, попавшие в нас естественным образом, могут влиять на развитие нашего мозга, на наше поведение, на появление стресса и на то, как наш организм реагирует на лечение.
Наука не могла обойти эту тему стороной. Ученые приложили немало сил, изобретая средства для глубокого изучения влияния микрофлоры на мозг и иммунную систему человека, особенно в первые годы жизни. И вот недавно ученые обнаружили, что регулярное употребление йогурта с живыми пробиотиками (то есть содержащего полезные бактерии) влияет на работу мозга женщин.
Существовало классическое понимание вертикальной системы контроля, при которой мозг влияет на функционирование остальных органов, включая кишечник. И это действительно так: команды мозга телу, включая кишечник, передаются через нервные связи вегетативной нервной системы и через гуморальные системы в кровеносном русле. Оба этих канала коммуникации активизируются в моменты стресса и оказывают влияние на работу пищеварительной системы. В ходе исследований была установлена обратная связь: оказалось, что кишечник с его микрофлорой тоже влиет на работу мозга.
Некоторые исследователи утверждают, что микровоспаления в кишечнике становятся причиной заболевания под названием «синдром раздраженного кишечника», которое большинство врачей до недавнего времени считало чисто психосоматическим. Однако исследования подтверждают, что ключевую роль в развитии синдрома раздраженного кишечника могут играть именно микробиомы. Кроме того, у пациентов с данным заболеванием значительно снижено число видов кишечных бактерий.
Таинственная игра нейронов и микробов
Действительно ли такие фундаментальные вещи, как эмоции и поведение зависят от состояния желудочно-кишечного тракта и той «мелочи», которая в нем обитает? Как ни безрассудно звучит это предположение, в настоящее время оно интенсивно и тщательно изучается. Результаты сегодняшних исследований пока еще неоднозначны и неконкретны, но реальность взаимной «игры» между микробиомами кишечника и мозгом неоспорима.
Микрофлора, которую часто в последнее время называют вторым геномом и вторым мозгом, может влиять на наше настроение посредством механизмов, к пониманию принципов работы которых ученые только начинают приходить. Но в отличие от генов, которые мы наследуем, микрофлору можно изменить и даже вырастить и тем самым попытаться вмешаться в «игру» между микробиомами кишечника и мозгом. Эта связь в настоящее время изучается на экспериментах с животными. Опыты с мышами продемонстрировали, что целенаправленное изменение флоры кишечника непосредственно влияет на психическое состояние зверьков: они становились нерешительными и пугливыми. И наоборот, страх и стресс изменяли флору кишечника. Исследователи института Brain-Body при университете McMaster канадского города Гамильтона отметили неблагоприятное изменение кишечной флоры мышей, подверженных стрессу в первые месяцы жизни. При этом зверьки становились и на всю жизнь оставались повышенно возбудимыми и особенно нервозно реагировали на раздражения.
В другом эксперименте того же университета исследователи под руководством С. Коллинз (S. Collins) в течение недели вводили мышам микстуру из антибиотиков, убивающих определенные бактерии в кишечнике. Ученые отметили, что поведение грызунов стало подчеркнуто неосторожным и безрассудным. Одновременно в мозге подопытных мышей было зафиксировано повышенное содержание протеина BDNF (brain-derived neurotrophic factor), регулирующего рост нервных клеток. При отмене антибиотиков нормализовались как флора кишечника, так и химическая составляющая мозга, а вместе с ней и поведение животных.
В следующем эксперименте Коллинз и его коллеги перенесли флору кишечника особого вида мышей, славящегося своей любознательностью и безбоязненностью, грызунам другого, более «сдержанного» вида. В результате осторожные мыши стали более решительными и бесстрашными. Эксперимент действует и в обратном направлении: флора кишечника нерешительных мышей делает их любопытных сородичей менее инициативными.
В какой мере результаты этих экспериментов можно перенести на человека, пока неизвестно. Тем не менее ученые уверены, что микробиомы кишечника играют важную роль в возникновении психических заболеваний: пациенты с синдромом раздраженного кишечника зачастую страдают тревожными состояниями и депрессивными расстройствами. И весьма вероятно, что эти симптомы являются не причиной, а именно следствием расстройств функций кишечной флоры.
По мере того как исследования переходят с мышей на людей, мы все больше понимаем связь микрофлоры с нашим мозгом и душевным здоровьем. Кишечная микрофлора на раннем этапе развития человека влияет на топологию нейронов (совокупность свойств целых участков головного мозга), связанную с тревожностью и депрессивными состояниями.
Есть надежда, что в ближайшем будущем ученые научатся правильно изменять кишечную микрофлору и таким образом лечить различные стадии душевных расстройств.
Нормальная симбионтная (дружественная) микрофлора заселяет кишечник и другие внутренние области тела млекопитающих вскоре после рождения и сохраняется в организме на протяжении всей жизни. У человека в толстом кишечнике (в нижних отделах) содержится от 1014до 1015 бактерий, то есть в кишечнике в 10, а то и в 100 раз больше бактерий, чем вообще клеток в нашем организме.
Сосуществование симбионтной микрофлоры с ее носителем по большей части взаимовыгодно. В частности, присутствие симбионтов принципиально для функционирования нашей системы обмена веществ, что характеризуется большим бактериологическим разнообразием: можно выделить до тысячи разных бактерий иммунной системы, для переработки питательных веществ и для других аспектов здоровой физиологии. Используя самые современные инструменты для изучения генетики и тканей организма на молекулярном уровне, ученые смогли продемонстрировать, что в кишечнике представлены несколько типов бактерий и их симбионтные видовые популяции. В дополнение к этому на формирование индивидуальной микрофлоры постоянно влияют такие факторы, как пол, генетика, возраст, тип питания. У здоровых людей бактериологическое разнообразие существенно больше, причем при отсутствии болезни состав микрофлоры практически не меняется. А вот в стрессовых ситуациях или в ответ на физиологические или диетические изменения она может сама измениться, создавая дисбаланс во взаимодействии с ее носителем. И такие изменения могут влиять на состояние здоровья человека.
