Ароматный ландшафт
Практически все части нашего микробиома вносят свой вклад в запах нашего тела и в некоторой степени даже определяют наши индивидуальные обонятельные и вкусовые пристрастия. Главную роль в этом играют микробы нашего кишечника, рта, кожи и мочеполового тракта. Воздух, выдыхаемый нашим суперорганизмом, а также выделения упомянутых участков тела содержат богатую информацию не только о статусе нашего микробиома, но и о потенциальных рисках для здоровья.
Без преувеличения можно сказать, что д-р медицины Майкл Левитт сделал себе карьеру на изучении кишечных «выхлопов» нашего суперорганизма. Левитт работал в Медицинском центре по делам ветеранов в Миннеаполисе и профессором в Медицинской школе Миннесотского университета. В 2006 г. шуточный научный журнал «Анналы невероятных исследований» (Annals of Improbable Research) опубликовал хронику 40-летних изысканий Левитта, иллюстрировав ее подборкой статей ученого, опубликованных в различных изданиях и посвященных исключительно пуканью: «Исследование пациентов, страдающих метеоризмом» (Studies of a Flatulent Patient, New England Journal of Medicine), «Метеоризм» (Flatulence, Annual Review of Medicine), «Знает только нос» (Only the Nose Knows, Gastroenterology), «Случай пациента с чрезвычайно сильным метеоризмом» (Evaluation of an Extremely Flatulent Patient, American Journal of Gastroenterology) и т. д. Открытие суперорганизма позволяет ученым, как и непрофессионалам, по-новому оценить наблюдения Левитта за поведением кишечного микробиома.
Само по себе образование кишечных газов — самое обычное дело. По сути дела, выброс некоторого количества газов после потребления определенных продуктов (например, пищи, богатой клетчаткой) — вполне закономерное событие и признак метаболизации этих продуктов особыми микробами. Среди этих микробов — древние археи, появившиеся на Земле миллиарды лет назад. Эти одноклеточные организмы не имеют ядра и не являются ни эукариотами (то есть представителями группы существ, к которым относятся люди), ни бактериями. Внешним видом и образом жизни они похожи на бактерий, но строение их клеток сильнее напоминает клетки эукариотов. Археи вырабатывают газ в заболоченных местах, в пищеварительном тракте коров и в нашем кишечнике.
Многие газы, образующиеся у нас в кишечнике, запахом вовсе не обладают; отталкивающий аромат им придают примеси соединений серы. Но серосодержащие соединения (такие, например, как сульфорафан, содержащийся в брокколи, обычной, цветной, брюссельской и кудрявой листовой капусте и листьях горчицы), возможно, обладают противораковыми свойствами. Научные исследования указывают на то, что это вещество приносит пользу и пациентам с расстройствами аутистического спектра.
Человеческая кожа — благодатное и просторное место для жизни многих наших микробных партнеров. Исследования кожного микробиома проводились не столь активно, как изучение микробиома кишечника. Недавние открытия указывают на то, что манипуляции с кожным микробиомом также откроют медикам множество новых возможностей по мере превращения современной медицины в медицину суперорганизма. Кожа покрывает все наше тело с головы до пят и предлагает микробам самые разнообразные локальные местообитания — от «влажных тропических лесов» до «открытых засушливых пустошей». Каждая область кожи населена особой смесью микробов, предпочитающих свои источники пищи и вырабатывающих метаболиты, которые поддерживают участки нашего тела в определенном состоянии или модифицируют их. Вряд ли кому-нибудь захотелось бы, чтобы микробная смесь, живущая между пальцами ног или под мышками, вдруг очутилась на лице. Результаты такой смены местожительства не понравились бы никому!
Кожа — основной источник запаха нашего тела. Это одна из причин, почему мы уделяем такое большое внимание личной гигиене и тратим такую кучу денег на гигиенические средства, позволяющие людям становиться хозяевами собственного запаха. Можно, однако, подумать и о других способах контроля над ароматом своего тела — таких, которые одновременно оказывают благотворное влияние и на микробиом. Хотите верьте, хотите нет, но человеческий пот в чистом виде совершенно лишен запаха. Этот факт был установлен еще в 1950-х гг. А запах нашему поту придают химические вещества, вырабатываемые нашим кожным микробиомом. Как станет ясно, запах каждого человека — своего рода его визитная карточка. Перемещаясь в пространстве, каждый из нас, по словам Джека Гилберта из Аргоннской национальной лаборатории, окружен персональным микробным облаком. Мы ходим вместе с ним на работу, берем его с собой в путешествия и носим его, взаимодействуя друг с другом. Его чувствуют другие люди и животные, не говоря уже о комарах — этих докучливых кровососах, способных передавать смертельно опасные болезни.
Во время летних посиделок в саду одним из нас комары попросту не дают покоя, а на других словно не обращают внимания. Некоторые люди притягивают этих насекомых как магниты. Эти несчастные порой собирают вокруг себя практически всех окрестных комаров. Одним из факторов, привлекающих или отпугивающих комаров, может быть пища людей. Так, на чеснок, а точнее на содержащиеся в нем сераорганические соединения, комары реагируют словно вампиры. Они его ненавидят. Таким образом, чесночный запах изо рта отталкивает от нас не только других людей.
Но главный фактор, заставляющий комаров преследовать или, наоборот, избегать определенных людей, — их кожный микробиом. Хотя при поиске подходящей жертвы комары руководствуются множеством подсказок, их выбор определяют главным образом ЛОС, вырабатываемые кожным микробиомом. В исследовании, проведенном на 48 добровольцах с различными кожными микробиомами, группа голландских ученых из Вагенингенского университета выясняла, какие характеристики кожного микробиома делают людей наиболее привлекательными для комаров, а какие, напротив, позволяют им избегать их внимания. Было установлено, что, как правило, надежнее всего от комаров защищают нас наиболее разнообразные в видовом отношении кожные микробиомы. Важную роль играет и присутствие в микробиоме большого количества определенных бактерий. Люди, изобилующие стафилококковыми бактериями, пользовались у комаров огромной популярностью, а обладатели больших количеств двух других разновидностей бактерий — Pseudomonas и Variovorax — вызывали у них неприязнь. Таким образом, все зависит от химических веществ, вырабатываемых нашими микробными партнерами. Возможно, эти новые данные заставят нас иначе взглянуть на продукты, называемые натуральными средствами от комаров.
Недавно международная группа исследователей из США и Европы детально изучила региональные особенности кожного микробиома человека. Проще говоря, они составили карты заселения человеческой кожи различными микробами, подобные картам распределения растений по территории той или иной страны. Эти карты трехмерные, то есть рельефные. Глядя на них, легко судить о различиях кожной микробиоты на определенных участках поверхности тела (например, в области паха, верхней и нижней части стопы, подмышек, головы, шеи, лица и т. д.), а также о ее особенностях у мужчин и женщин. Кроме того, ученые показали, какое влияние может оказать на микробиом использование средств личной гигиены. Помимо карт заселенности микробами различных участков кожи человеческого тела ученые разработали также карты микробных метаболитов, показывающие, какие области нашей кожи богаты теми или иными химическими веществами, вырабатываемыми нашими микробными партнерами. Многие из этих продуктов вносят свой вклад в запах нашего тела, смешиваясь с присутствующими на коже белками и жирами, вырабатываемыми нашими собственными клетками. Самое главное то, что каждый отдельный участок нашей кожи заселен уникальной смесью микробов, т. к. отличается локальными условиями «среды» от соседних участков. Кроме того, каждый участок кожи располагает и собственной миниатюрной «парфюмерной фабрикой», результат работы которой — неповторимое сочетание запахов, вырабатываемых сотнями видов живущих в этой области микробов, и ароматов выделений, секретируемых нашей собственной кожей. По разнообразию и сложности производимых запахов с каждой такой мини-фабрикой не сравнится даже Дом Шанель!
Чтобы лучше понять жизнь кожного микробиома, нелишне познакомиться с природой основных желез нашей кожи — потовых и сальных (наибольшее количество которых сосредоточено на голове). Потовые железы бывают двух типов: эккринные, или экзокринные (вода, фрагменты белков, соли, мочевина, молочная кислота), и апокринные, или апокриновые, железы (феромоны, белки, а главное, жирорастворимые вещества).
Региональные особенности имеет даже микробиом нашей стопы. Анализ запаха ног выявил ряд любопытных фактов. Оказывается, неприятным запахом ног мы обязаны главным образом одной из разновидностей бактерий, сальмонелле (Salmonella), хотя зловонные метаболиты могут вырабатываться и некоторыми другими, менее многочисленными бактериями. Сальмонеллы населяют нижнюю часть стопы, где составляют более 90 % общего количества бактерий. Напротив, верхняя часть стопы заселена более разнообразными микробами и поэтому издает менее сильное «благоухание». Вероятно, сальмонеллы предпочитают жить на нижней стороне стопы благодаря каким-то анатомическим особенностям этой области. Сальмонеллы расщепляют белки на соединения, среди которых присутствует и изовалериановая кислота. Этим веществом изобилуют подошвы ног, а на верхней стороне стопы его практически нет. Вероятно, изовалериановой кислоте мы главным образом и обязаны характерным кисловатым, «сырным» ароматом, исходящим от наших ног после долгой ходьбы или бега.
Исследуя происхождение микробных запахов, ученые выясняли и их зависимость от пола, возраста и состояния здоровья людей, а также от локализации их источников на теле. Изучая стратегии так называемого конкурентного исключения, предполагающие использование пробиотических бактерий для подавления роста других, менее желательных бактерий, ученые предложили заменять в определенных местах тела (например, под мышками) одни бактерии на другие. Благодаря таким «натуральным дезодорантам» можно получить искусственный пот с желаемым ароматом.
Рот — это особый, невероятно сложный микробный мир. Сотни видов бактерий, грибов, архей, вирусов и простейших взаимодействуют здесь не только с клетками нашего тела, но и между собой. Во рту они расщепляют пищу и прочие попавшие сюда объекты, обмениваются друг с другом и с нашей иммунной системой особыми сигналами и образуют сложные «мультикультурные» сообщества. Они способствуют формированию в полости рта особой локальной среды и постоянно реагируют на ее изменения. Состояние этой среды имеет большое значение не только для здоровья зубов, но и для работы двух наших органов чувств — вкуса и обоняния. Микробиом рта способен влиять не только на нашу вкусовую и обонятельную чувствительность, но и на запах выдыхаемого воздуха. По сути дела, галитоз — неприятный запах изо рта, вызываемый микробами, — в каждом случае имеет определенную «химическую подпись», и некоторые фармацевтические компании даже производят инструменты для его количественной оценки и анализа. Это — один из способов выявления дисбаланса микробиома, возникающего, например, при НИЗ.
А теперь немного об изысканных букетах вин. Интересно то, что большинство химических веществ, содержащихся в ягодах винограда, запаха не имеют. Пахучие соединения образуются в виноградном соке только после воздействия на него бактерий. Как показали недавние исследования, бактерии, порождающие особый аромат вин из белых сортов винограда, на самом деле находятся во рту человека. Виноград содержит лишенные запаха вещества-предшественники, которые живущие во рту бактерии превращают в пахучие соединения. А это заставляет задуматься, чему больше обязаны своими талантами ценители и дегустаторы вин — сверхчувствительному человеческому нёбу или населяющим их рот бактериям?
Особенности микробов, содержащихся во рту и слюне тучных людей, влияют на восприятие пищи во многом так же, как микробиом рта дегустаторов — на восприятие ароматов белого вина. Исследователи, изучавшие тучных людей и людей с нормальной массой тела, выявили у испытуемых значительные различия как в составе микробиома рта, так и в характеристиках локального метаболизма. Когда тучный человек пьет белое вино, микробиом его рта, похоже, образует меньшее количество ароматических соединений.
Обнаруживать микробов и микробные запахи можно обучить не только собак, но и людей. В исследовании, проведенном в Лондонской стоматологической школе, испытуемые должны были выявлять неприятный запах, связанный с заболеваниями пародонта бактериальной природы у людей и собак. Этот запах — результат жизнедеятельности патогенных бактерий, вырабатывающих большие количества летучих соединений серы, уровень которых в выдыхаемом воздухе повышается при болезнях пародонтоза.
Не обошли ученые вниманием и микробиом мочеполовой системы. Выше я уже говорил о значении вагинального микробиома для деторождения и заселения им новорожденного младенца. Гораздо больше сведений, однако, получено о роли микробов влагалища (и полового члена) в возникновении телесных запахов, жизненном цикле, половой активности и их значении для здоровья.
В вагинальном микробиоме здоровой женщины преобладают лактобактерии, или лактобациллы (Lactobacillus). Но внутри влагалища отмечаются существенные локальные различия в составе и распределении микрофлоры. Эти характеристики могут изменяться в зависимости от возраста, фазы менструального цикла и уровня половой активности. Но, похоже, главную роль во многих этих сдвигах играет эстроген. Изменения влагалищного микробиома отмечаются у женщин с бактериальным вагинозом: у них снижается количество различных видов лактобацилл и увеличивается количество других бактерий — гарднереллы (Gardnerella) и превотеллы (Prevotella). Лечение бактериального вагиноза приводит к росту концентрации лактобацилл. Но через несколько недель микробный профиль, способствующий развитию заболевания, может вновь вернуться, а вместе с ним возвратятся и симптомы болезни. В недалеком будущем, возможно, ученые выяснят фундаментальные причины дисфункциональности вагинального микробиома, а на сегодняшний день нам лучше известны факторы, определяющие изменения вагинальных запахов. К их числу относятся: 1) секреты (выделения) экзокринных желез (то есть желез, высвобождающих свои продукты во внешнюю среду или полости тела), которые могут метаболизироваться вагинальными бактериями, и 2) смесь микробов внутри влагалища. Эти запахи представляют собой сочетания запахов выделений экзокринных желез, отмерших эпителиальных клеток, слизи и присутствующих микробных метаболитов; все эти факторы могут меняться в зависимости от обстоятельств, включая фазу менструального цикла. Общие изменения вагинальных запахов во время этого цикла в большей степени определяются, вероятно, экзокринными секретами и спектром присутствующих бактериальных метаболитов, чем изменениями самих бактерий, поскольку, как считают ученые, на протяжении всего менструального периода вагинальный микробиом остается относительно постоянным. Исключение составляет бактериальный вагиноз, когда изменения влагалищных запахов, похоже, определяются изменениями самого вагинального микробиома.
На изменения вагинальных запахов реагируют мужчины. Как показала международная группа исследователей, при предъявлении мужчинам подмышечных и вагинальных запахов женщин, полученных в разные фазы менструального цикла, уровень тестостерона в слюне и кортизола в крови у мужчин также был различным.
Мужскому половому члену, как и влагалищу, тоже присущ особый микробиом, но образующие его микробы не столь разнообразны и многочисленны. Хотя половой член изучен в этом плане хуже влагалища, о некоторых фактах можно говорить с уверенностью. Так, например, были выявлены различия микробиома пениса в зависимости от обрезания (наличия или отсутствия крайней плоти), возраста мужчин и уровня их половой активности. Кроме того, на микробиом полового члена мужчин, похоже, влияет микробиом их половых партнеров. Исследований же, посвященных запахам полового члена и их изменениям в зависимости от различных факторов, почти не проводилось. Появление неприятных запахов (например, «тухлой рыбы») обычно связывают с накоплением мертвых эпидермальных клеток и изменениями микробиоты (с такими, например, как увеличение количества бактерий, вызывающих бактериальный вагиноз у женщин). Для получения более полной и четкой информации о запахах пениса придется подождать дополнительных исследований.
