Чтобы выяснить, какие именно микробы оказывают нам эти ценные услуги, ученые решили начать с конца, то есть взять образцы материала, так сказать, в месте его естественного выхода[31]. Однако, «хотя брать образцы свежего кала довольно просто, полученные на их основе данные не дают полного представления о том, что происходит в кишечнике», отмечает команда исследователей, опубликовавшая свой труд в журнале Gut («Кишечник»). Как мы уже видели, тонкий и толстый кишечник выполняют очень разные функции: в первом всасываются в основном питательные вещества, а во втором – вода. И еще «нам известно, что тонкий кишечник отличается иным составом и количеством бактерий», пишут они. Другие ученые применяют иную тактику исследований.
«По большей части мы изучаем какашки», – прямолинейно заявляет мне Джонатан Эйзен, биолог-эволюционист и специалист по микробам из Калифорнийского университета в Дейвисе, когда одним погожим весенним деньком я иду поболтать с ним в местный парк. Как обычно, он щеголяет шикарной бородой и майкой с надписью на любимую тему (на этот раз, увы, не со знаменитым призывом «Спроси меня о трансплантации кала»). «Есть ли толк в пробах кала? – спрашивает он и сам же отвечает: – Да, кал – отличная штука. Нам удалось узнать очень многое, но есть одно но: в фекалиях содержится все, что можно найти в пищеварительной системе вообще». По его словам, попытки составить полную картину кишечной микробиоты на основе одних лишь образцов кала сродни попыткам получить полное представление об Австралии, подбирая мусор, который выносит одна-единственная река. Конечно, можно собирать и изучать перья, ракушки, кости и исследовать химический состав воды, но это не поможет вам понять, что на самом деле происходит выше по течению, – например, насколько важную роль играют нелетающие птицы казуары, оставляя везде вместе со своим пометом семена съеденных плодов и тем самым участвуя в распространении растений, в том числе банановых деревьев. Или, скажем, есть ли конкуренция за места обитания между варанами и собаками динго. Поэтому вместо того, чтобы полагаться на отходы кишечной «реки», Джонатан предлагает другой способ: «…лучше было бы по-настоящему проникнуть внутрь этой системы и изучить ее составляющие прямо на месте». Однако проделать это на людях не так-то легко. «До сих пор очень мало кто изучал образцы из полости кишечника. На самом деле мы очень плохо представляем, какие виды там обитают и как они распределены».
Тем не менее, утверждает он, ученые все же сумели выявить в этих отходах некоторые закономерности. «Если вы станете кормить сотню людей пищей одного и того же состава, то в среднем с микробами в их кале будут происходить похожие вещи», – говорит Эйзен. Но ударение он делает на словах «в среднем». А мы знаем, что все мы очень разные – и наши микробы тоже.
Но кто же они, эти наши маленькие спутники? Обычно мы склонны представлять себе этих скромных тружеников, обосновавшихся в нашем кишечнике, как аморфную и безликую массу существ, которые все примерно на одно лицо, но, как нам скоро предстоит удостовериться, они происходят из эволюционно очень удаленных друг от друга групп. Возможно, когда вы думаете о микробах, у вас перед глазами встает цветная картинка в объективе микроскопа. А может, лишь расплывчатый образ невидимых глазу, но от этого не менее противных ползучих тварей. Но если попытаться описать, как эти организмы выглядят и чем они занимаются, слово «микроб» окажется столь же пространным, как слово «животное». Толку в таком описании и того меньше.
Дело в том, что мы носим в своем кишечнике ни много ни мало все три домена жизни: бактерии, эукариоты (одноклеточные и многоклеточные организмы, клетки которых содержат ядро) и археи[32]. Вирусы тоже чувствуют себя в нашем кишечнике как дома, но следует ли считать их живыми организмами – вопрос спорный, поскольку размножаться они могут лишь в чужих клетках. Каждый из этих доменов, в свою очередь, объединяет совершенно разные царства и типы. К одной только эволюционной ветви бактерий[33] могут принадлежать организмы, в генетическом отношении не менее (а то и намного более) непохожие друг на друга, чем человек и, скажем, мох или померанский шпиц и амеба. При этом все мы – и люди, и померанские шпицы, и амебы, и мхи – относимся к домену эукариот. Большинство эукариотических обитателей нашего кишечника – это грибы. Относительно недавно (в историческом плане) мы также имели и множество отнюдь не микроскопических многоклеточных сожителей, таких как паразитические черви.
При том, что разнообразие наших микробов чрезвычайно велико, индивидуальные микробиоты людей могут разительно отличаться друг от друга. Скажем, у вас и вашего соседа (да и любого другого человека из любой точки земного шара) 99,9 % общих генов, однако ваши микробные сообщества могут пересекаться лишь в весьма незначительной степени[34]. А сейчас ученые все чаще обнаруживают, что даже один вид микробов в вашем кишечнике может иметь менее половины общих активных генов с микробом того же вида, но из кишечника вашего соседа.
Эти гены – очень важный компонент микробной активности, а следовательно, их влияние на среду и на нас самих очень велико. Активированные гены отражают, насколько деятелен микроб, чем он склонен питаться и как он взаимодействует – или воюет – с другими микробами. Иными словами, микробиом – это своего рода генератор генов. Каждая микробиота содержит в сотни раз больше генов, чем наш собственный человеческий геном. То есть каждый из нас носит в себе гораздо больше микробных генов, чем человеческих. Так что если вы все еще склонны думать о себе как об исключительно человеческом индивидууме, вероятно, настало время пересмотреть это крайне устаревшее представление.
Кто же они такие, эти наши безликие микроскопические сожители? За многие годы исследований ученые разработали разные способы классификации этих организмов. Например, бактерий принято делить на три категории в зависимости от формы их клеток: бациллы, кокки и спириллы.
Бациллы – это самые привычные нам бактерии в форме палочек, которые под микроскопом зачатую выглядят как россыпь лекарственных капсул или как длинные опушенные колбаски. К бациллам относятся очень многие виды, от Lactobacillus plantarum, присутствующего в кислой капусте, до Bacillus anthracis, возбудителя сибирской язвы. То есть внешний вид бактерии еще ни о чем не говорит.
Кокки имеют шаровидную форму, и обычно они очень маленького размера. К ним относятся, например, Streptococcus thermophilus, ключевой ингредиент йогурта, и Staphylococcus aureus, возбудитель стафилококковых инфекций (включая и такую опасную лекарственно-устойчивую форму, как метициллин-резистентный стафилококк).
Спириллы (если вы еще не догадались) похожи на спираль, или, точнее, на штопор. Насколько нам известно, в мире болезней и еды они играют менее значимую роль, но все равно приятно знать, что есть и такие безумно занятные микробы.
Микроскопические грибы, встречающиеся в нашем кишечнике и в нашей пище, отличаются даже большим разнообразием форм, нежели бактерии. Некоторые из них, например дрожжи рода Saccharomyces, без которых не могут обойтись ни пекари, ни пивовары, имеют овальную форму. Представители рода Geotrichum, присутствующие в некоторых кисломолочных продуктах, больше похожи на палочковидные бактерии из группы бацилл. И есть еще Aspergillus. Эта разновидность грибов, которую культивируют для ферментации соевых бобов, образует совершенно удивительные головки, где развиваются их споры. В полном «цвету» эти спороносные головки похожи (под микроскопом, конечно) на распустившуюся стрелку какого-нибудь роскошного декоративного лука.
Эти формы и признаки определяют, как микробы взаимодействуют, воспроизводят себе подобных и двигаются. Большинство бактерий размножаются митозом, делясь пополам: ДНК и все важнейшие органеллы удваиваются, клетка увеличивается в размерах, после чего на ее поверхности появляется перетяжка, которая, все больше углубляясь, разделяет клетку на две (теоретически) идентичные клетки. Грибы размножаются разнообразными способами, в том числе и упомянутым выше – за счет спор. Грибы – неподвижные существа, тогда как многие бактерии имеют тонкий «хвостик» – жгутик, с помощью которого они перемещаются в пространстве, а также мелкие ворсинки – пили, позволяющие им прикрепляться к разным поверхностям.
В качестве первого шага к пониманию, как все эти микробы влияют на наше здоровье, необходимо разобраться, с кем именно мы имеем дело – и в нашем кишечнике, и в нашей пище.
Этот «список исполнителей» не полон и, скорее всего, еще некоторое время таким и останется. Пока последние несколько столетий ученые с увлечением каталогизировали потрясающее разнообразие населяющих нашу планету растений и животных, наши микробы оставались толком не изученными. Понятно почему. Во-первых, их нельзя увидеть невооруженным глазом. Кроме того, большинство кишечных микробов – анаэробные, а потому плохо себя чувствуют в нашем кислородном мире (в том числе и в наших лабораториях). До недавнего времени в микробиологических исследованиях нам приходилось полагаться только на организмы, которые удавалось вырастить в чашках Петри. Ясно, что, если взять мазок в одной среде и посмотреть, что из него вырастет в совершенно другой, это далеко не лучший способ выяснить, кто же на самом деле живет в той, первой среде. Это примерно как взять образцы растений и животных из Амазонки, переселить их в пустыню Атакама и посмотреть, кто из них там приживется. Естественно, то, что выживет и даже будет процветать на сухом песке, едва ли будет напоминать исходное изобилие речных видов. Но многие десятилетия нам приходилось довольствоваться только этим способом, и мы даже не представляем себе, насколько богато и разнообразно микробное население нашей кишечной «Амазонки».