1

Наші тіла вміщують цілий всесвіт мікробів

Ця думка може викликати жах у тих, хто звик розглядати мікробів як загрозу нашому здоров’ю та добробуту. Але мікроби переважно нешкідливі. Іноді вони просто баласт, інколи ж виступають у ролі захисників. Усі разом вони схожі на невидимий орган нашого тіла, який складається з мільйонів окремих клітин, що рухаються.

У клітинах людського організму від 20 до 25 тис. генів, але в бактерій їх набагато більше. До того ж вони швидко еволюціонують і чудово адаптуються до важких умов. Вони допомагають шлунку перетравлювати їжу, вивільняючи недоступні поживні речовини, з допомогою яких організм виробляє вітаміни й мінерали, відсутні в нашому раціоні, руйнують токсини та інші шкідливі речовини.

Світ «дружніх мікробів» усередині нас витісняє небезпечні мікроби, виробляє речовини, що впливають на наш запах, вивільняє молекули, які керують зростанням наших органів, допомагають імунній системі відрізнити хворі клітини від здорових. Від них залежить робота нашої нервової системи й певною мірою наша поведінка.

У наших тілах мешкає цілий Всесвіт. Це нерозривне партнерство з бактеріями супроводжує нас усе життя й не закінчується після нього. Коли ми ненароком руйнуємо цей симбіоз, страждає наше здоров’я.

Але не тільки люди підвладні впливу бактерій. Вони впливають і на тварин, наділяючи їх унікальними здібностями та можливостями, а іноді й власними генами. Так, бактерії містяться в рідині, якою удод забарвлює свої яйця. Вони виділяють антибіотики, що оберігають яйце від проникнення патогенних мікробів, уберігаючи пташенят від хвороб. Бактерії живуть на тілах мурах і продукують антибіотики, використовуючи їх для дезінфекції грибів, які споживають мурахи. Комаха мурашиний лев паралізує здобич токсинами, якими бактерії постачають його слину.

Якби раптом усі мікроби раптово зникли, саме життя на Землі виявилося б під питанням. Разом з інфекційними хворобами зникли б кишкові мікроби, які допомагають засвоювати їжу. А від них повністю залежать ссавці, що пасуться, яким мікроби допомагають розчинити жорсткі волокна трави, що потрапляють в шлунок. Ці тварини просто померли б від голоду. Комахи теж не можуть обійтися без бактерій, що заповнюють дефіцит поживних речовин у їхньому раціоні. Неможливо уявити без бактерій і життя мешканців океанських глибин. Від наслідків цього страждатимуть і люди, виживання яких теж залежить від мікробів.

Без розуміння ролі бактерій ми не можемо зрозуміти нашу власну біологію. Подібно до того, як у XIX столітті натуралісти вивчали різні види тварин на далеких островах, сьогоднішні мікробіологи вивчають різні види бактерій, збираючи їх із тіл тварин у зоопарках, витягуючи ДНК та секвенуючи гени. Для мікробів їхній господар, чи то людина, чи тварина, — це їхній острів. І навіть не острів, а цілий архіпелаг, мережа островів.

У кожного є власний мікробіом, що включає успадковані гени, їжу та ліки, які ми приймали, пам’ятаючи місця, де ми жили, та людей, з якими контактували. Кожна частина нашого тіла, кожен орган має власну мікробну фауну. Мікроби в тонкій кишці відрізняються від мікробів у прямій кишці, а ті, що живуть на обличчі та грудях, несхожі на мешканців паху та пахв.

Наш мікробіом змінюється залежно від часу та простору. У материнській утробі дитина мешкає в стерильному світі. Але тільки-но вона народжується, як на неї потрапляють вагінальні мікроби матері, а потім і інші мікроби з довкілля. Мікробіом її кишківника вчиться обробляти нові види їжі, а не тільки материнське молоко, і тоді біфідобактероїди, що обробляють молоко, поступаються місцем вуглеводам-бактероїдам.

Дослідження мікробіому, до яких тривалий час не ставилися серйозно, сьогодні дуже популярні. Вони показали, що багато хвороб, у тому числі астма, рак товстої кишки, діабет та аутизм, пов’язані зі змінами в мікробіомі. Якщо це дійсно так, то можна впливати на хворобу, просто змінюючи види мікробів у нашому мікробіомі, забираючи одні бактерії та підсаджуючи інші. Поки що це ще нова та маловивчена галузь науки, але надзвичайно перспективна.

2

Діяльність мікроорганізмів може впливати на тіло господаря

У 2004 році команда вчених, що вивчають кальмара породи, що світиться, гавайський бобтейл, встановила, що він випромінює світло завдяки бактеріям Vibrio fischeri, що світяться, яких повно в його органах. Це світло добре видно вночі, зверху, воно зливається з місячним світлом і робить кальмара непомітним для хижаків.

Мікробіолог Маргарет Макфол-Най вивчала в лабораторії дитинчат кальмарів, які народжувалися стерильними та поступово наповнювалися v. Fischeri. Бактерії спочатку покривали поверхню тіла новонародженого, потім протискалися через пори та досягали внутрішніх порожнин, заповнюючи їх до країв. Як тільки порожнини наповнювалися вщент, протоки в них звужувалися й незабаром закривалися зовсім. Крім v. Fischeri, в порожнини, що відповідають за світіння, вже не могли проникнути інші бактерії.

Вивчення v. fischeri показало, що за його перетворювальну силу відповідають молекули пептидоглюкану та ліпополісахариду, які вважаються патоген-асоційованими, що попереджають імунну систему організму про інфекцію, що розвивається. Так, у людей вони пов’язані з бактерією, що спричиняє холеру, але кальмару вони не завдають жодної шкоди. Їх вплив не вичерпується важким запаленням: світловий орган кальмара без них не розвинеться, вони йому необхідні. Без них він не загине, але не досягне повної зрілості й не зможе світитися. Коли організм росте, він вдається до генетичного коду власних клітин, але не тільки, він використовує й гени своїх мікробів, утворюючи з ними єдину екосистему. Якщо тварину позбавити її мікробів, це вкрай погано позначиться на ній. Комар Aedes aegypti, що переносить лихоманку, без бактерій не розвивається далі личинки, кальмар не може світитися, що не має значення в лабораторії, але може занапастити його в дикій природі.

Досліди довели згубний вплив відсутності мікробів на всіх лабораторних тварин, включно з мухами, мишами та зебрами.