Существование микромира определяет жизнь макромира на Земле. Выдающийся французский ученый Луи Пастер писал по этому поводу: «Микробы бесконечно малые существа, играющие в природе бесконечно большую роль».
Когда же появились многоклеточные организмы (не без прямого участия бактерий и вирусов), то для бактерий это означало появление новых экологических ниш, новых «terra incognita», которые они взялись активно осваивать
Рис. 1.9. Незваная компания
А теперь представьте себе ситуацию: сидите вы дома, чай ароматный попиваете, читаете, быть может, книжку увлекательную или какими-нибудь другими интересными делами занимаетесь. И вдруг дверь ваша под напором трещит и ломается, а к вам вваливается некто, да не один, а с компанией, и они начинают активно поглощать ваши запасы, занимать вашу же жилую площадь и уже хищно так на вас поглядывать. Что вы будете делать в таком случае:
а) продолжите чаепитие;
б) предложите нежданным гостям торт;
в) попытаетесь избавиться от пришельцев и все восстановить.
Что-то нам подсказывает, что читатель выберет ответ (в). Так поступали и древние многоклеточные. В процессе этой бесконечной борьбы у многоклеточных появились факторы и механизмы, позволяющие им эффективно противостоять мощной интервенции. Это то, что сейчас мы называем защитными силами организма или иммунитетом. А что же бактерии? Они вынуждены были разделиться на группы в зависимости от своих возможностей. Некоторые из них не смогли приспособиться к условиям существования в живых организмах и остались свободноживущими.
Другие бактерии смогли «договориться» с многоклеточными, так возникла группа симбионтных8 бактерий. Правда, разные группы бактерий и здесь разделились, и «подписали» разные соглашения со своими (уже партнерами!) многоклеточными. Так, некоторые бактерии, взамен крова и пищи, которые предоставляет хозяин, тоже взяли на себя некоторые обязательства вырабатывать полезные вещества или выполнять защитную функцию. Союз этот оказался настолько полезным, а услуги оказываемые микробами настолько важными, что закрепились в ходе естественного отбора. Бактерии, «выбравшие» вариант отношений с хозяином, построенный на взаимовыгодных условиях называют мутуалистами. Другие бактерии комменсалы, находят для себя приемлемыми условия существования в организме более крупных существ и без причинения ущерба хозяину используют то, что ему не нужно. Мутуалисты и комменсалы сформировали особую «касту» бактерий, которая являет собой неотъемлемую часть организма многоклеточных микробиоту. О ней мы расскажем чуть позже. Среди симбионтных бактерий выделилась еще одна группа паразиты. Представители этой группы активно используют ресурсы макроорганизма, т.е. питаются и размножаются за его счет, при этом наносят вред повреждают органы и ткани, тем самым вызывая заболевания.
1.2. Кто в теле хозяин
Итак, на заре эволюции появилась новая экологическая ниша для микробов многоклеточные организмы. Эту нишу вскоре освоили различные представители микробного мира: бактерии, археи, вирусы, микроскопические грибы и простейшие. Союз многоклеточных и микробов оказался эффективным и полезным для обеих сторон, и закрепился в ходе естественного отбора. В настоящее время, эволюционно сложившуюся совокупность микроорганизмов, максимально адаптированных к жизни в организме многоклеточных, принято называть микробиотой. У нас с вами, дорогой читатель, она тоже имеется. Зачем они нам нужны? Какую пользу приносят? Не лучше ли обойтись без них? Попробуем разобраться в этих вопросах.
Пожалуй, первым, кто обратил внимание на роль микробиоты в организме человека, был Илья Ильич Мечников. Одним из его научных интересов была проблема преждевременного старения человека. В своих работах, посвященных этой проблеме, он выдвинул теорию о том, что причиной старения прежде всего является толстый кишечник человека, а именно токсичные вещества, которые там образуются при расщеплении белковых продуктов гнилостными микробами. Он считал толстый кишечник рудиментарным органом и даже предлагал его удалять. Вместе с тем, Илья Ильич считал, что в кишечнике живут как вредные микробы (гнилостные), так и полезные. К последним он относил «болгарскую палочку» (лактобактерии) и был уверен, что эти благородные бактерии защищают кишечник от вредных и препятствуют старению. Он небезуспешно пропагандировал обязательное употребление кисломолочных продуктов на собственном примере. В аптеках того времени можно было встретить препараты с болгарской палочкой (см. рис. 1.10). Так что, И. И. Мечников был первым, кто впервые обосновано использовал лактобактерии для коррекции микробиоты. Кстати, сейчас такие препараты, содержащие живые симбионтные микроорганизмы (лактобактерии, бифидобактерии, пропионибактерии и др.), называют пробиотиками.
Рис. 1.10. Фотография рекламы из аптеки-музея г. Евпатория (Майа-йогурт Таблетки д-ра Трайнера. Болгарские палочки, рекомендованы медицинскими авторитетами, проф. Мечниковым и др.) при всех острых и катаральных заболеваниях желудочно-кишечного канала, особенно при вздутии живота, при катарах кишок, плохом пищеварении, заболеваниях и воспалениях печени и желчного пузыря, при камнях в печени и при болезнях обмена веществ).
С тех пор представление об сообществе микроорганизмов, населяющих наше тело, значительно изменилось.
Практически все слизистые оболочки (глаз, носоглотки, ротовой полости, желудочно-кишечного тракта, мочеполового тракта) и кожные покровы нашего организма заселены различными представителями микромира. Численность их сопоставима с количеством клеток, из которых мы с вами состоим и к нашему весу они добавляют около 2 кг. Разнообразие же видов может достигать 1000. В нашем теле выделяют участки с однородными условиями обитания, которые принято называть биотопами. Видовое разнообразие и количество микроорганизмов для каждого из них специфично. У всех людей в сравниваемых биотопах всегда определяется общее «ядро», но вместе с тем, имеются и индивидуальные различия. Кроме того, видовой и количественный состав микробиоты зависит от множества факторов (возраст, пол, тип питания, прием лекарственных препаратов, стресс, заболевания, радиация и т.д.). Распределена микробиота в организме крайне неравномерно, что связано с особенными условиями в каждом биотопе (температурой, кислотностью среды, влажностью, доступность питательных веществ, наличием факторов самоочищения). Самым густо заселенным «регионом» нашего организма является кишечный тракт, так как площадь поверхности его слизистой оболочки составляет около 250 кв. м. Неудивительно, что из всех биотопов микробиота кишечника самая многочисленная, разнообразная и наиболее изученная. Поэтому далее речь пойдет именно о ней.
Ученые склонны рассматривать микробиоту не просто как эволюционно сложившуюся совокупность микроорганизмов, максимально адаптированных к жизни в организме многоклеточных, но как своеобразный орган или даже систему.
Действительно, можно провести ряд параллелей между микробиотой и «традиционным органом». Как известно, органы состоят из тканей (клеток, осуществляющих определённые функции) и имеют свою структуру.
Этот своеобразный орган начинает формироваться у нас сразу после рождения, полностью созревая к 12 годам и функционирует на протяжении всей жизни. Слизистая оболочка желудочно-кишечного тракта покрыта слоем слизи, выполняющего защитную роль. В этом то слизистом слое и располагаются представители микробиоты. По сути дела, слизистый слой выступает в качестве остова, а функциональная роль принадлежит микроорганизмам. Кстати, микробиота принимает самое непосредственное участие в формировании этого остова.
Организм хозяина и его микробиота вместе образуют единую экологическую систему. Мы предоставляем микробам благоприятные для них места обитания и пищу. А что же мы получаем взамен? Вот лишь некоторые наиболее важные функции, делающие микробиоту неотъемлемой частью нашего организма (Юдина Ю. В., и др., 2019; Dinan K., Dinan T.G., 2022; Sun P. и др., 2021):
· Защищает от внедрения «пришельцев», в том числе и болезнетворных. Занимая определённый биотоп, представители микробиоты эффективно конкурируют с чужаками за места прикрепления на поверхности слизистых оболочек и кожи, питательные субстраты, факторы роста. Кроме того, они создают неблагоприятные условия для заселения и размножения микробов, проникающих из вне: закисляют среду обитания, продуцируют бактерицидные вещества.
· Участвует в формировании слизистой оболочки, утилизируя компоненты слизи, продуцируемой кишечными клетками.
· Тренирует нашу иммунную систему. Являясь постоянным источником принципиально чужеродных веществ, наши симбионты обучают и стимулируют клетки лимфоидной ткани кишечника. В результате чего на слизистых оболочках появляются так называемые секреторные антитела (иммуноглобулины обеспечивающие местную защиту) и клетки-защитники фагоциты.
· Обеспечивает полноценное пищеварение. Гены микробов кодируют многие ферменты, необходимые для расщепления растительных волокон и некоторых полисахаридов (целлюлозы, крахмала и др.). При этом образуются короткоцепочечные жирные кислоты, которые являются важным энергетическим субстратом для клеток кишечника. Ферменты, продуцируемые микроорганизмами, участвуют в превращение желчных кислот, необходимых для переваривания жиров. Регулируют газовый состав кишечного содержимого, стимулируют двигательную активность кишечника.