Сакс Д. Микробы хорошие и плохие. Наше здоровье и выживание в мире бактерий. Джессика Снайдер Саксмикробы хорошие и плохие. Наше здоровье ивыживание в мире бактерий

не культивированных и не отмечаемых организмов. Дело в том, что, исследуя под микроскопом разведенные образцы стула, они видели, что могут насчитать намного больше бактериальных клеток (порядка 100 миллиардов в пересчете на грамм), чем когда-либо вырастало в колонии при культивировании в чашках Петри. Как выяснилось,
соприкосновение с кислородом губительно для подавляющего большинства кишечных бактерий. Они оказались строгими анаэробами, в отличие от не имеющей узкой специализации кишечной палочки – факультативного анаэроба, успешно живущего и в бескислородной и в кислородной среде. Кроме того, судя по всему, пищевые потребности большинства кишечных бактерий отличались от обычной смеси белков и углеводов,
составлявшей меню стандартной лабораторной питательной среды.
Как ни заманчиво было бы пренебречь этой малопонятной и малоизвестной частью населения кишечника,
небольшой горстке микробиологов удалось оценить ее принципиальную важность благодаря данным, накопленным гнотобиологией – научной отраслью, занимающейся изучением животных, появившихся на свет и выращиваемых в безмикробных условиях. Без бактерий кишечный тракт таких животных остается недоразвитым, с выстилкой необычайно тонкой и уязвимой для повреждений в одних местах и сильно распухшей в других. Чтобы они вообще могли выжить и стать взрослыми, их рацион должен включать дополнительный набор витаминов, незаменимых аминокислот и повышенное количество калорий, чтобы компенсировать все то, что в норме поставляют кишечные бактерии. Кроме того, эти животные оказываются более уязвимыми для природных токсинов, содержащихся в их естественной пище, вероятно из-за отсутствия одной или нескольких разновидностей бактерий, необходимых для расщепления этих ядов до безвредных соединений. Самое же впечатляющее – что иммунная система безмикробных животных пребывает как бы в состоянии спячки, делая их менее защищенными от смертельных инфекций, развивающихся, если какой-нибудь микроб случайно проникнет в их стерильную среду.
Это была интереснейшая загадка, но средств на выделение и изучение смутно знакомых микробиологам обитателей экзотичной экосистемы толстой кишки отчисляли мало или вообще не отчисляли. Государственные органы здравоохранения просто отказывались финансировать изучение безвредных бактерий. При этом они щедро раздавали гранты исследователям, изучавшим болезнетворных микробов, таких как сальмонеллы,
шигеллы и другие важнейшие источники так называемых пищевых отравлений.
И тут в дело вступило НАСА.
Микробы в космосе
Внезапно разгоревшийся интерес космического агентств к микробиоте человеческого организма в целом и анаэробным кишечным бактериям в особенности начался с одного странного доклада, прочитанного перед аудиторией состоявшей из летчиков-испытателей и медиков НАСД* в конце апреля 1964 года. Как будто главному врачу НАСД Чарльзу Берри и без того не хватало забот с предсказаниями, что глазные яблоки будут лопаться при нулевой гравитации (к счастью, опровергнутыми) или что после длительного пребывания в невесомости мышцы и кости будут превращаться в кашу! А теперь еще нашелся ученый утверждавший, что главной опасностью для астронавтов могут оказаться поцелуи их жен после возвращения мужей из изоляции в богатую микробами земную атмосферу.
“Микробный шок” – вот как назвал это Дон Лаки в своем докладе на организованной НАСА
конференции на тему “Питание в космосе”, проходившей в Университете Южной
Флориды14. “Смертельный поцелуй Дона Лаки” – такие заголовки появились на следующий день в газетах.
Лаки, один из первопроходцев гнотобиологии, уже знал, что происходит, если изолировать небольшую группу выращенных обычным способом крыс в герметически закрытой камере, а затем поить их стерильной водой и кормить исключительно стерильной

пищей (ситуация, не лишенная сходства с положением астронавтов, живших в течение всего полета на растворимых напитках марки Тапд и сублиованных продуктах). Через пару месяцев разнообразие митерий в кишечниках этих животных сокращалось с сотни лишним до всего лишь одного или двух видов.
“Наша нормальная микрофлора образована, очевидно, не столько коренным населением, сколько непрерывным потоком новых иммигрантов”, – объяснял Лаки. £6з их притока эта богатая и разнообразная экосистема градирует в направлении монокультуры. В
зависимости оттого, кто при этом победит, уже сама по себе потеря разнообразия может оказаться смертельной. В качестве примера Лаки привел кишечную палочку. В благотворном присутствии каких-то других кишечных бактерий, сказал он, кишечная палочка остается безвредной. Но сама по себе она оказалась смертоносной15. При этом даже если победителем окажется какой-нибудь безвредный микроорганизм, результатом такой победы может стать “обленившаяся” иммунная система. В своих экспериментах Лаки наблюдал, как легко животные с обедненной микрофлорой заболевали и умирали после того, как их возвращали обратно в нормальную крысиную колонию.
Отсюда и возникла идея “смертельного поцелуя”. Полет на Луну должен был продлиться около трех недель. Прибавьте к этому месячный карантин после возвращения
(чтобы убедиться, что астронавты не подхватили какую-нибудь опасную лунную инфекцию).
Они вернутся из изоляции с обедненной микрофлорой и нарушенной работой иммунной системы. А жены бросятся к ним в объятия с поцелуями. “У нас не может быть серьезных сомнений в том, что одной из проблем будущих астронавтов станет та или иная разновидность, или те или иные разновидности, микробного шока, – подытожил Лаки. –
Некоторые из этих разновидностей могут оказаться настолько легкими, что будут представлять лишь чисто научный интерес. Другие могут вызывать болезни и смерть”.
Предсказания
Лаки сделали
“просто интересную”
проблему микрофлоры человеческого организма вопросом жизни и смерти. Чарльз Берри быстро изыскал для Лаки средства на изучение микрофлоры приматов, которых в течение года содержали на диете из обезвоженной и облученной космической пищи.
Заодно
Лаки сумел провести исчерпывающий учет микроорганизмов в рамках запланированного ранее исследования физических и психологических последствий тридцатидневного пребывания шести летчиков-испытателей в условиях, приближенных к космическим. Этот учет включал десятикратное взятие мазков из горла, ротовой полости и с поверхности кожи, а также ежедневный анализ стула в течение всего периода изоляции. Все образцы передавались через туннель с двумя дверями, разделявший летчиков и микробиологов Лоррейн Голл и Филлис
Райли. В ходе работы исследовательницы использовали более 150 тысяч чашек Петри и пробирок с питательной средой и изучили более ю тысяч микропрепаратов. Правда, их работа ограничивалась известными микроорганизмами,
то есть поддающимися выращиванию в лабораторных культурах, в том числе и некоторыми анаэробами из числа наименее привиредливых.
Как и ожидалось, они обнаружили, что общая численность бактерий на коже астронавтов за время изоляции и ограниченной возможности мыться возрастала, причем некоторые потенциально опасные разновидности стафилококков и стрептококков стали доминировать. Ни одно из этих изменений не привело к развитию заболеваний. Однако существенный сдвиг в кишечной микрофлоре космонавтов породил в ограниченном пространстве испытательной камеры другую, более неотложную, проблему – вспышку метеоризма, столь неприятную, что специалисты НАСА по питанию получили срочное указание исследовать влияние диеты на выделяющих газы кишечных бактерий.
И всё же все шестеро астронавтов вышли из экспериментальной камеры здоровыми и оставались здоровыми Течение следующего месяца. Исследование оставило \ ответа вопрос о том, могут ли у астронавтов произойти кие-тο более существенные изменения в результате более продолжительной изоляции, и если да, то какие.
В 1966 году Берри получил повышение: из “главного тора астронавтов” он стал

руководителем отдела биомедицинских исследований НАСА. Помимо необходимости защитить астронавтов от микробного шока перед ним стояла задача сделать так, чтобы их собственные бактерии не помешали запланированным поискам жизни на Луне, ученые
НАСА смогли бы отличить лунных микробов (если они существуют) от земных лишь в том случае, если у них в распоряжении будет полный перечень всех организмов, “загрязняющих”
самих астронавтов, их скафандры, оборудование и вообще все, к чему они прикасаются.
Берри положил начало исследованиям в этом направлении, возглавив подготовку систематического каталога микрофлоры кожи и ротовой полости астронавтов до и после двух предшествующих полетов кораблей серии “Джемини”. Он нанял микробиолога
Джеральда Тейлора, чтобы тот возглавил подготовку более полного каталога микрофлоры команды для всех полетов “Аполлонов”.
Что касается опасных изменений в микрофлоре астронавтов, Тейлор выяснил, что у участников первых полетов “Аполлонов” наблюдались симптомы, соответствующие заражению грибком Candida, в изобилии отмеченном в ротовой полости и в образцах стула многих астронавтов, возвращавшихся из полетов на “Аполлонах”. Поэтому он предсказывал,
что, за исключением легко излечимой молочницы полости рта, ничто более серьезное не должно случиться в результате более продолжительной изоляции, которую предполагал предстоящий полет “Аполлона-11” на Луну. В августе 1969 года, когда Базз Олдр Нил
Армстронг и Майкл Коллинз прошли после возвращения с Луны трехнедельный карантин,
никто не запрещал женам их целовать, хотя Берри и позаботился о том чтобы избавить астронавтов от обычной толпы репортёров и фотографов, выпустив их из карантина глубокой ночью.
Но микробиологи и врачи НАСА не забывали о возможности микробного шока в свете уже планировавшегося тогда запуска орбитальной станции “Скайлэб”, на которой астронавтам предстояло проводить до нескольких месяцев Наметившаяся разрядка в соревновании НАСА с советской космической программой усугубила эти страхи, потому что советская сторона сообщала о намного более серьезных и потенциально опасных изменениях в микрофлоре космонавтов, чем какие-либо изменения, выявленные в исследованиях НАСА.
Самым загадочным был отмеченный советскими исследователями настоящий захват кишечного тракта горсткой устойчивых к медикаментам и производящих токсины бактериальных штаммов.
Берри изо всех сил добивался выделения средств на проведение подробнейшего пятидесятишестидневного исследования имитации полета на “Скайлэб” в испытательной камере для создания условий больших высот в Космическом центре имени Джонсона. Но после победы в лунной гонке конгресс урезал щедрый годовой бюджет НАСА на сотни миллионов долларов. Берри удалось добыть для Тейлора сумму, которой хватило лишь на проведение поверхностного анализа микробиоты команды и от которой осталось немного денег, позволивших поручить другой группе более глубокое исследование кишечных бактерий тех же астронавтов. И все же этих остатков хватило на то, чтобы дать толчок изучению анаэробной “темной материи” человеческого микрокосмоса.
Где не ступала нога биолога
Холдеман вспоминает, как взволнован был Эд Мур, когда коллега пришёл к ней в конце 1971 года с потрясающей заявкой НАСА ПР финансирование микробиологических исследований.
100 тысяч долларов. “Для нас это были немыслимые деньги, могли могли позволить нам сделать то, о чем мы не смели и мечтать”, – говорит она. Пег и Эд много лет по крохам добывали средства на исследование загадочных анаэроб- бактерий, доминантов среди организмов, живущих на человеке (“на” – правильное слово, потому что внутренняя поверхность открывающегося наружу пищеварительного акта находится как бы снаружи по отношению к внутренней поверхности нашего тела). Они познакомились за шесть лет до

этого на конференции Американского микробиологического общества. В то время Пег отвечала за выращивание в культуре и определение анаэробных бактерий, присылаемых департаментами здравоохранения разных штатов в Центр инфекционных заболеваний США
(предшественник нынешних Центров по контролю и профилактике заболеваний). Хотя в то время лишь немногие профессиональные медики верили, что анаэробные бактерии могут вызывать заболевания, некоторым хотелось знать, что за загадочных микробов они замечали в крови и тканях своих пациентов – микробов, которых у них самих не получалось выращивать в культуре. Пег с большим энтузиазмом относилась к этой работе, но ей явно не хватало средств и сотрудников. Ее лаборатория могла в лучшем случае идентифицировать лишь малую долю анаэробных бактерий, присылаемых на определение.
В то же время Эд Мур, профессор Виргинского политехнического института, имел в своем распоряжении достаточно средств на изучение анаэробных микроорганизмов – но только не тех, что живут внутри людей. И Министерство сельского хозяйства США, и скотоводческие предприятия финансировали исследования анаэробов со времени сделанного в тридцатые годы открытия, что именно деятельность анаэробных бактерий лежит в основе производства говядины и молока. Конкретно это относится к анаэробным бактериям,
живущим у коров в рубце, своего рода “прихожей” их желудка, и расщепляющим содержащиеся в их пище растительные волокна (которые иначе бы не переваривались), тем самым обеспечивая животное большей частью получаемых им калорий, а также множеством витаминов и других питательных веществ. Такие исследователи, как Эд Мур, надеялись разобраться в динамике этого процесса, чтобы повысить его производительность – то есть добиться, чтобы коровы производили больше молока и мяса, потребляя меньше сена и зерна.
В то время Муру уже удалось разработать необычайно эффективную методику выращивания анаэробных бактерий в культуре. Она предполагала содержание их на специально обогащенной питательной среде в запаянных пробирках, откуда предварительно удаляли весь кислород. Интерес Мура к кишечным бактериям человека начался с никем не финансируемого побочного проекта: один из его аспирантов засеял часть анаэробных пробирок Мура не содержимым коровьего рубца, как обычно, а образцами человеческого стула. Под руководством Мура аспиранту удалось вырастить в культуре около 80 %
бактерий, которых замечали в образцах стула, и это был рекорд. Но у Мура не было средств на продолжение этих исследований. Поэтому все богатство впервые выращенных в культуре видов осталось неописанным и безымянным.
Мур рассказал обо всем этом Пег Холдеман на микробиологической конференции в
1965 году. Они оба подозревали, что 99 % кишечных бактерий окажутся анаэробами и что это бактериальное сообщество имеет на человеческое здоровье существенное влияние, как благотворное, так и вредное (когда какие-то его представители попадают не на свое место,
например загрязняют раны или хирургические разрезы). “Выглядело это так, будто две потерявшиеся души наконец нашли друг друга, – вспоминает Роберт Смайберт, микробиолог из Виргинского политехнического. – Мы просто сидели и слушали, что они говорят.
И глазом моргнуть не успели, как они уже придумали, что им делать с анаэробами. В
итоге Пег ушла из Центра п0 контролю заболеваний и перешла к нам на ветеринарное отделение”. Так, по словам Смайберта, было положено начало будущей знаменитой лаборатории анаэробов Виргинского политехнического.
Но добывание денег на исследования малоизвестного мира анаэробных бактерий человеческого организма оказалось непростым делом. Первым большим прорывом в этой области стал грант на исследование кишечной флоры астронавтов, выделенный в 1971 году.
В течение месяца Рег и Эду удалось выиграть еще один, более крупный, грант
Национального онкологического института. Результаты недавних исследований заставляли предположить, что отклонения от нормы в состоянии кишечной флоры могут способствовать развитию рака толстой кишки, и это позволило Холдеман и Муру убедить грантодателей, что наука должна определиться с тем, что же собой представляет эта “норма”. Одновременный запуск двух крупных исследований превратил деятельность новообразованной лаборатории

анаэробов Виргинского политехнического в настоящий сумасшедший дом. Когда Эд не летал в Хьюстон за новыми образцами стула астронавтов, они с Пег ездили на машине в
Балтимор, где останавливались в дешевом мотеле и ждали звонка от судмедэксперта. Дело в том, что немалая часть их исследования по гранту Онкологического института предполагала подтверждение того, что выделенные легким способом – из образцов стула – кишечные микроорганизмы были те же, что живут в непосредственном контакт с толстой кишкой человека. Но исследователи не могли попросить брать соскобы со стенок кишечника какого-ни будь хирурга, проводящего соответствующие операции потому что используемые при подготовке к операции антибиотики убивают миллиарды кишечных бактерий (и уничтожают одни их виды в большей степени, чем другие). Пег и Эд решали эту проблему,
добывая соскобы, взятые из кишечников недавно умерших, но прежде бывших в целом здоровыми людей, которые погибли на улицах Балтимора (преимущественно жертв убийств и дорожно-транспортных происшествий). Как выяснилось, всех микробов, растущих в контакте с выстилкой человеческого кишечника, можно найти в образцах стула.
Примерно в то же время работа, проводимая Холдеман и Муром для НАСА, позволила космическому ведомству избавиться от опасений по поводу микробного шока, по крайней мере при подготовке околоземных полетов, занимающих месяцы, а не годы. Один из результатов исследований микрофлоры астронавтов оказался особенно интригующим. В
течение первыхтрех недель имитации работы орбитальной станции “Скайлэб” среди населения кишечников всех астронавтов наблюдался резкий всплеск численности выделяющего водород анаэроба из рода бактероидес – Bacteroides thetaiotaomicron,
сокращенно называемого В. theta. Численность этого микроба подскакивала от нормальных 2
триллионов, или 2 % кишечной флоры, до 26 триллионов, или более 25 %. К концу шестой недели уровень В. theta вернулся к норме у астронавтов Роберта Криппена и Кэрола Бобко,
но остался запредельно высоким у третьего члена команды – Уильяма Торнтона.
“Происходило ли что-нибудь необычное за эти первые шесть недель?” – спрашивал Мур.
Врач, следивший за здоровьем команды, рассмеялся ему в ответ.
В первые три недели астронавты чуть не подняли бунт, так возмущала бесконечная неразбериха с оборудованием и очевидный недостаток внимания к их проблемам со стороны
“центра управления полетом”. В самом начале четвертой недели была организована телеконференция по этим допросам, итогами которой Бобко и Криппен остались удовлетворены, а вот Торнтон по-прежнему гневался, так как считал, что его мнение о размере порций пищи не было учтено. “Не могло ли его эмоциональное возбуждение быть причиной всплеска В. theta?” – подумали Мур и Холдеман. “Мы бы отбросили бы эту идею как неправдоподобную, если бы него, с чем нам пришлось столкнуться впоследствии”, –
вспоминает Пег Холдеман. Исследователи отметили похожие резкие всплески численности
В. theta в двух других случаях: вначале в ходе исследования рациона питания, когда одна из добровольных сотрудниц ввязалась в производственный конфликт, из-за которого ее чуть не исключили из проекта, а затем в кишечной флоре девятнадцатилетней жительницы
Балтимора, застреленной собственным мужем после долгих побоев и преследования.
Заинтригованные Холдеман и Мур занялись поиском чего-нибудь подобного у подверженных стрессу студентов (у которых брали образцы стула в день устных экзаменов),
но не отметили никаких существенных изменений. “Быть может, для этого нужно было очень-очень-очень разозлиться или испугаться, – размышляет Пег. – Но комиссия рецензентов, перед которой мы отчитывались, едва ли разрешила бы нам гоняться за студентами с ножом”. В любом случае всплески численности В. theta, отмеченные у возмущенных астронавтов и ссорившихся служащих, не причиняли никакого явного вреда.
И в НАСА, и в Онкологическом институте эти исследования признали полезными. Но еще важнее для долгосрочных задач Холдеман и Мура было то, что их сдвоенные проекты позволили выделить от 150 до 200 неизвестных ранее разновидностей кишечных бактерий человека. Исследователи определили всех этих бактерий до рода, после чего сосредоточили свои средства и усилия на подготовке полных морфологических и биохимических описаний

дюжины самых общинных видов. В числе этих впервые описанных бактерий бы даже один новый род – копрококков (Coprococcus), объединяющий микроорганизмов, которые расщепляют флороглюцины (токсичные вещества растительного происхождения), а также ряд новых видов из рода Rumenococcus, представителей которого еще не находили у людей,
хотя их роль в переваривании сена коровами была уже хорошо известна.
К 1985 году, когда Пег и Эд поженились, их исследовательское партнерство подарило науке подробный обзор микроорганизмов человеческой толстой (или ободочной) кишки. По их оптимистичным оценкам, им удалось выявить более 90 % представителей этого сообщества и все его доминантные виды. И хотя индивидуальные роли и характер взаимоотношений этих бактерий оставались загадкой, теперь стало ясно, что работа всей их совокупности во многом похожа на работу микроорганизмов коровьего рубца. Набитая бактериями толстая кишка человека оказалась, по сути, необычайно эффективным центром биоферментации, где обитающие в ней микроорганизмы добывают калории и питательные вещества из не переваримой другими способами растительной пищи, причем значительной частью этих калорий и веществ они щедро делятся со своим хозяином.

перейти в каталог файлов