Наша лаборатория из Университета Британской Колумбии очень заинтересовалась этой идеей, и мы решили провести простой эксперимент. Как и у людей, применение антибиотиков на мышатах сделало их более подверженными астме, но следующее наблюдение изумило нас. Когда мы давали антибиотики мышатам, которых уже отлучили от матери, никакого влияния на астму это не оказывало. Мы обнаружили некое критическое «окно» на раннем этапе жизни, в котором антибиотики влияли на развитие астмы. При пероральном приеме антибиотик ванкомицин, который мы давали мышатам, убивает только кишечные бактерии, не попадая ни в кровь, ни в легкие, ни в другие органы. Это открытие показало, что изменения в составе кишечных бактерий приводят к тому, что астма легочное заболевание становится тяжелее! Этот эксперимент, а также другие эксперименты нескольких разных лабораторий, привел ученых к следующему выводу: изменение состава микробов, живущих в нас в младенчестве, может оказать заметное пагубное влияние на здоровье в дальнейшей жизни. Обнаружив, что этот ранний период в жизни так важен и так уязвим, мы поняли, что нужно обязательно идентифицировать факторы окружающей среды, которые влияют на микробную популяцию детского организма.
Один из этих факторов мы наблюдали, сравнивая детей, выросших на фермах в сельской местности, с детьми, выросшими в городах. Несколько исследований показали, что у детей, поживших на ферме, астма развивается с меньшей вероятностью даже у детей из семей, страдавших астмой, и ученые сейчас начали понимать, почему. Дети с ферм больше времени проводят на улице и больше контактируют с животными, грязью и фекалиями все это стимулирует иммунную систему. Важнейшая часть подготовки и развития иммунной системы проходит в первые годы жизни. Астма, характеризующаяся гиперактивной иммунной системой, похоже, с большей вероятностью развивается у детей, у которых контакты со стимуляторами иммунитета ограничены, потому что из-за этого иммунная система лишается важных инструментов нормального развития. «Зачищая» окружающую среду детей, мы мешаем их иммунным системам созревать так, как они до этого делали миллионы лет: с помощью множества контактов с микробами. Наши предки контактировали с микробами из окружающей среды, еды, воды, фекалий и многих других разнообразных источников. Сравните это с нашим современным образом жизни: мясо мы покупаем в стерильных пенопластовых поддонах, запакованное в полиэтилен, а воду обрабатывают, очищая ее практически от всех микробов.
Дети всегда дети
Наша подруга Джулия переехала на небольшую ферму, где выращивали свиней и кур, когда ее первый ребенок ходил в детский сад. Она своими глазами увидела, как по-разному растут дети в городе и в деревне. Она всегда любила гулять, так что даже в городе часто выпускала старшего сына Джедда на улицу. Они ходили в парки и на детские площадки, и там Джулия не запрещала Джедду ни пачкаться, ни играть в песочницах и грязных лужах, ни даже совать в рот небольшие предметы вроде камушков и листьев. Она считала, что ее любовь к прогулкам поможет им легче адаптироваться к сельской жизни во многом так и произошло. Тем не менее она оказалась совершенно не готова к тому, чем ее дети станут заниматься на ферме. Родив второго сына, она каждое утро сажала его себе на спину и ходила в курятник за яйцами. Джедд поначалу побаивался животных, но потом стал гоняться за курами, кататься на них верхом, пробовать корм и трогать свежие яйца. Пару раз Джулия даже видела, как он жевал что-то, что поднял с земли. Любой, кто когда-либо был в курятнике, знает, что там обычно лежит на земле, так что она совершенно уверена, что Джедд хотя бы пару раз, да попробовал куриный помет. Джулия, естественно, сначала пришла в ужас, но помешать пятилетнему мальчику испачкаться, когда ты занята работой и уходом за младенцем, практически нереально. Поняв, что Джедд ничем не заболел после этих «дегустаций», Джулия немного успокоилась. Сейчас Джедду уже восемь лет, и он каждое утро собирает яйца. Только что снесенные яйца часто грязные, а перчатки он не носит. Он, конечно, потом моет руки, но чтобы маленькие частички всей этой грязи вообще не попали ему в рот, это невероятно.
Второй сын Джулии, Джейкоб, родился и вырос на ферме, и, как и старший брат, он никогда не боялся перепачкаться. Однажды его нашли по колено в выгребной яме со свиными помоями. В возрасте 14 месяцев он съел целую горсть свежего куриного помета Джулия не успела его остановить. Поначалу она боялась, что дети подхватят какую-нибудь болезнь из этой грязи, но беспокойство постепенно ушло, когда они остались здоровыми.
Сейчас, нося на себе третьего ребенка, она даже не содрогается, видя, как два старших сына занимаются тем же, чем и все деревенские дети жутко пачкаются. Каждый день они приходят домой с налипшей на кожу и одежду грязью, перьями, пометом и бог знает чем еще. Они, конечно, стараются ходить в сапогах только по улице, но иногда забываются и заходят в них на ковер, лежащий в гостиной. Джулия заставляет их обязательно мыть руки перед едой и каждый день мыться в ванне (цвет воды в ванне постоянно напоминает о том, почему ежедневная помывка у них в доме обязательна).
Даже много играя на улице, большинство городских детей никогда не пачкается так сильно, как дети Джулии практически каждый день. С этой точки зрения деревенский ребенок (и его микробы) очень отличается от городского. Нет, мы, конечно, не говорим о том, что нужно разрешать всем детям играть с пометом животных и помоями от этого действительно можно заболеть. Но на фермах и в крестьянских домах среда очень богата микробами, полезными для развития иммунной системы; именно так мы все жили на протяжении практически всей истории, за исключением нескольких последних поколений.
Подавляющее большинство детей похожи на Джедда и Джейкоба: они словно специально ищут грязь, чтобы перепачкаться, и постоянно что-то тянут в рот. Почему? Наше естественное поведение в первые годы жизни явно способствует максимальному контакту с микробами: во время грудного вскармливания дети прикасаются к коже матери, младенцы постоянно тянут в рот руки, ноги и вообще все, до чего дотянутся. Когда дети начинают ползать, они постоянно держат руки на полу, а потом опять-таки тянут в рот. Иногда даже кажется, что они буквально ждут, пока родители на несколько секунд отведут взгляд, чтобы каким-то волшебным образом тут же дотянуться до самой грязной вещи, лежащей поблизости, и тут же запихнуть в рот, истекая слюнями. Мы задумались: может быть, детей инстинктивно тянет к микробам?
Более старшие дети любят копаться в грязи, доставать оттуда червей, кататься по земле, ловить лягушек и змей и т. д. Может быть, это естественное поведение, которое помогает детям пополнять свою микробную популяцию? Дети редко стесняются что-то (или кого-то) лизать. И, что вполне ожидаемо, дети чаще страдают от инфекций, чем взрослые. Они ведут себя как настоящие пылесосы: тянут в себя микробов и тренируют иммунную систему, чтобы она реагировала на них соответствующим образом. Если они встречаются с болезнетворным микробом (патогеном), иммунная система обнаруживает его, реагирует, вызывая болезнь, а потом хорошенько его запоминает, чтобы при следующем контакте с этим патогеном предотвратить заболевание. А вот когда иммунная система встречается с безвредным микробом, а подавляющее большинство микробов для людей безвредны, она обнаруживает его и с помощью нескольких механизмов, которые наука еще до конца не поняла, решает игнорировать или терпеть его. Таким образом, если образ жизни и поведение ребенка не обеспечивает достаточного количества «тренировок» иммунной системы, она останется незрелой и не научится правильно реагировать на патогены или терпеть безвредных микробов. Впоследствии, не получив этих «тренировок» в раннем возрасте, иммунная система может слишком яростно реагировать на безвредных микробов, вызывая воспалительные реакции в разных органах тела. Это вносит свой вклад в появление «болезней развитых стран» (в частности, астмы и ожирения), которые сейчас получили такое широкое распространение.
Микробы спешат на помощь
Помощь в развитии иммунной системы лишь одна из услуг, оказываемых нам микробами. Они переваривают бóльшую часть нашей пищи, в том числе клетчатку и сложные белки, разделяя их на более удобоваримые части. Кроме того, они обеспечивают нас важнейшими витаминами B и K, синтезируя их с нуля человеческий организм на это не способен. А, например, без вырабатываемого микробами витамина K у нас бы не сворачивалась кровь.
«Хорошие бактерии» и другие полезные микробы еще и помогают нам бороться с болезнетворными микроорганизмами. Эксперименты в нашей лаборатории показали, что инфекции, которые вызывает Salmonella, проходят намного хуже, если перед заражением принимать антибиотики. Многие из нас наверняка сталкивались с побочными эффектами от долгого курса антибиотиков: спазмами в животе и жидким стулом. Микробы, обитающие в нас, живут в сбалансированном состоянии, которое приносит нам много пользы, а в обмен «просят» всего лишь небольшую часть калорий, которые мы получаем ежедневно, и теплое темное место для жилья с регулярной кормежкой и поливом.
Но современные изменения в образе жизни меняют этот баланс, особенно во время критического «окна» в первые годы жизни. Во многих развитых странах около 30 % детей рождаются при помощи кесарева сечения, антибиотики применяются намного чаще, а большинство детей благодаря вакцинации не переносят серьезных инфекций. Мы ни в коем случае не утверждаем, что всего этого нужно избегать; наша цель рассказать родителям (в том числе будущим), бабушкам, дедушкам и воспитателям о решениях, которые мы принимаем каждый день и которые могут сказаться на всей последующей жизни, воспитывая детей в намного более чистой среде, чем когда-либо ранее.
Мы сами родители, так что понимаем, что большинству из нас приходится иметь дело с весьма ограниченными ресурсами, так что не собираемся диктовать вам, как вы должны воспитывать детей. Но как микробиологи мы все больше узнаем о ключевой роли, которую наши микроскопические обитатели играют в развитии нашего организма. Микробные сообщества младенцев и детей меняются, из-за чего потом портится их здоровье, причем меняются они из-за медицинских практик, которые должны поддерживать их здоровье. Вот вам и обоюдоострый меч!
Научное сообщество только начинает осваивать эти новые знания, а широкая публика только-только с ними знакомится через новости в СМИ, часто основанные на неверной интерпретации статистики. Профилактика серьезных заболеваний, безусловно, должна оставаться нашим главным приоритетом, но вместе с этим нужно уметь и отличать необходимое вмешательство, например, прием антибиотика для борьбы с опасной бактериальной инфекцией, угрожающей жизни, и необязательной гипергигиеной например, мытье рук с дезинфицирующим средством каждый раз после того, как ребенок поиграет на улице. Не всех детей будут воспитывать, как Джедда и Джейкоба (да это и не обязательно), но с некоторыми аспектами нашего слишком стерильного мира все-таки нужно бороться.
Во время учебы на микробиологов мы изучали только микробов, которые вызывают заболевания, и способы их убить. Теперь же мы понимаем, что много лет игнорировали подавляющее большинство микробов, которые поддерживают в нас здоровье. Наши исследовательские лаборатории меняют направление деятельности, и мы даже начинаем думать, что пора бы уже стать более гостеприимными хозяевами для наших гостей-микробов.
Дэвид Веттер родился в 1971 году в Хьюстоне, штат Техас. Он страдал редкой генетической болезнью, из-за которой его иммунная система вообще не работала. Любой контакт с нестерильным миром вызвал бы скорую смерть. Из-за этого он появился на свет при помощи кесарева сечения, и сразу после рождения его посадили в стерильный пузырь. Медики приняли неоднозначное решение: его поселили в госпитале, и его пузырь рос вместе с ним. Курс лечения включал множество антибиотиков для профилактики любых бактериальных инфекций. Отсутствие бактерий привело к тому, что врачам пришлось разработать для него специальную диету с повышенным содержанием витаминов K и B, которые обычно производятся кишечными бактериями. История Дэвида показывает, что без иммунной системы в мире, полном микробов, жить невозможно, и что люди очень зависимы от микробов и от того, что они для нас производят. К сожалению, Дэвид умер в двенадцать лет от вирусной инфекции через несколько месяцев после того, как ему наконец пересадили костный мозг.
Глава 2Новооткрытый орган: микробиом человека
Невидимая жизнь
Идея, что на человеке обитает бесчисленное множество микробов, невидимых глазу, появилась одновременно с первым микроскопом. Антони ван Левенгук, родившийся в 1632 году в городе Дельфт, сейчас входящем в состав Нидерландов, был ремесленником, особенно интересовавшимся производством линз. Ему захотелось поближе рассмотреть все хитросплетения тканей, которые он рекламировал, так что он стал делать шары из стекла, нагревая стеклянные трубки. Эти почти идеальные сферы позволили ему наблюдать в увеличенном виде не только нитки, но и все другие предметы. Левенгук не имел научной подготовки, но в глубине души был ученым, так что вскоре начал рассматривать в свои примитивные микроскопы самые странные вещи: воду из ручья, кровь, мясо, кофейные бобы, сперму и т. д. Он методично записывал все свои наблюдения и отправлял их в Лондонское Королевское общество, которое публиковало его интереснейшие письма.
Однажды в 1683 году Левенгук решил соскрести немного белого налета с зубов и рассмотреть его в микроскоп. Вот что он записал в дневнике:
«Невероятно большое скопление живых анималкул, плавающих ловчее, чем я когда-либо видел в жизни. Самые большие (которых было там великое множество) сгибали свои тела, продвигаясь вперед Более того, другие анималкулы были там в таком невероятном количестве, что вся вода казалась живой Во всех Объединенных Нидерландах не найдется столько людей, сколько я сегодня нашел живых существ у себя во рту».
Что естественно, рассказ Левенгука о никогда ранее не описывавшемся мире, полном микроскопических «анималкул», вызвал немалый скептицизм и бурю насмешек. Лишь позже, когда британские ученые увидели «анималкул» своими глазами, они согласились, что Левенгук не бредил. Левенгук написал много писем в Королевское общество, но наибольшую славу обрел как первооткрыватель микроскопической жизни. Благодаря своим многочисленным открытиям Левенгук считается отцом микробиологии.
Впрочем, эти открытия в то время остались лишь любопытными наблюдениями, которые имели мало отношения к человеческой биологии, пока другие ученые не обнаружили, что эти «анималкулы» вызывают болезни. Это откровение случилось лишь почти двести лет спустя, когда Роберт Кох, Фердинанд Кон и Луи Пастер независимо друг от друга подтвердили, что такие болезни как бешенство и сибирская язва вызываются микробами. Кроме того, Пастер доказал, что молоко скисает из-за микробов, и разработал процесс, известный ныне как пастеризация убийство микробов высокой температурой. Загрязнение молока микробами навело Пастера на мысль, что возможно и предотвратить попадание микробов в организм человека, и вместе с Джозефом Листером он разработал первые методы антисептики. Одно из веществ, созданных в те времена, до сих пор в ходу листерин.
Избежать заражения любой ценой
Благодаря работам Пастера, Кона, Коха и других ученых широкая публика узнала, что болезней можно избежать, предотвратив контакты с микробами и убивая их, и началась настоящая война на уничтожение. В Лондоне, Париже, Нью-Йорке и других больших городах открылись департаменты здравоохранения. Мусор, который раньше валялся кучами на тротуарах, стали увозить и уничтожать, питьевую воду очищать, за крысами и мышами стали охотиться, во многих городах появились канализации, а людей, подхвативших заразное заболевание, стали изолировать. Именно в те времена слово «бактерия» получило свою плохую репутацию его однозначно стали связывать с болезнями, заражениями и чумой. Продвинемся еще на полтораста лет вперед, и нас ждет еще одно поразительное открытие: в борьбе за чистоту мира мы убили больше микробов, чем необходимо, и, по иронии судьбы, из-за этого можем серьезно подорвать себе здоровье. Почему? Потому что наши тела умеют нормально развиваться только в присутствии множества микробов. Эта революционная концепция значительно расширяет известные научные познания о полезных бактериях, населяющих организм: они помогают переваривать определенные виды пищи и вырабатывают некоторые необходимые витамины. Но лишь недавно мы начали понимать, насколько же необходимы микробы для нашего нормального развития и благополучия.