У ваших генов есть дружелюбные соседи
Ранее я уже упоминал о том, что митохондрии, источник энергии для наших клеток, когда-то были свободно живущими бактериями, но каким-то образом превратились в часть нашей физиологии, чтобы давать топливо нашей жизни. Оказывается, что нашей жизнью и здоровьем мы обязаны большему количеству микробов, чем когда-либо себе представляли. Собственно, можно даже сказать, что мы обязаны жизнью микробам даже в большей степени, чем нашей ДНК, если смотреть чисто с числовой точки зрения: микробных клеток в нас в десять раз больше, чем наших собственных, и в них содержится более восьми миллионов генов – в 300 раз больше, чем в нашей ДНК. К счастью, наши клетки намного крупнее, так что микробы хотя бы весят не в 10 раз больше нас. Эти микробы повсюду: и вне, и внутри нас. Они живут у нас во рту, носу, ушах, кишечнике, гениталиях, на коже. Ученые на данный момент идентифицировали около 10?000 видов микробов, в том числе многие из тех, которые не были известны раньше, но это число, скорее всего, будет расти и достигнет примерно 35?000 тысяч. Сейчас появляются новые технологии, которые позволят идентифицировать все виды, многие из которых невозможно вырастить традиционным образом в лаборатории, так что для них требуется высокотехнологичное секвенирование ДНК.
Большинство из этих организмов живут в нашем пищеварительном тракте; среди них встречаются грибки и вирусы, но главную роль в поддержке нашего здоровья все-таки играют различные виды бактерий. Причем мы взаимодействуем не только с микробными организмами, но и с их генетическим материалом. По сравнению с двумя миллионами уникальных бактериальных генов, идентифицированных в микробиоме каждого человека, 20?000–25?000 кодирующих белки генов в наших клетках кажутся каплей в море. Поистине, мы в большей степени микробы, чем люди.
Даже в нашей собственной ДНК есть коды, имеющие вирусное происхождение. В течение всей нашей эволюции вирусы встраивались в геном человека; некоторые из них, возможно, виноваты в наших заболеваниях. Недавние исследования, например, показали, что смертельное мышечное дегенеративное заболевание, боковой амиотрофический склероз (ALS), также называемый «болезнью Лу Герига», может быть связано с остатками древнего вируса, который вошел в наш геном тысячи лет назад. Исследования только начались, и нужно понять еще очень многое – в частности, факторы окружающей среды, приводящие к экспрессии генов, которые вызывают болезнь, – но главное, что нужно понять, – мы состоим не только из человеческих клеток. Мы – сложная сеть микробных компонентов, которые всю жизнь влияют на нашу биологию.
Как я уже упоминал, микробиом – это термин, которым мы обозначаем сложный микробный мир, живущий вне наших клеток, но внутри нас (микро означает «маленький, микроскопический», а биом – естественное сообщество флоры, развившееся в большой среде обитания, в данном случае – в человеческом теле). Человеческий геном одинаков почти у каждого, за исключением генов, которые кодируют определенные физические характеристики, факторы риска для определенных болезней и группу крови, а вот население кишечника может быть совсем разным даже у однояйцевых близнецов. Состояние микробиома, как оказывается, играет настолько ключевую роль в человеческом здоровье, что его можно считать даже отдельным органом. Наше самочувствие, как физическое, так и психологическое, может зависеть от состояния микробиома. В 2008 году Национальный институт здравоохранения США в продолжение проекта «Геном человека» запустил программу «Микробиом человека», чтобы составить каталог микроорганизмов, живущих в наших телах, и с каждым годом мы все лучше и лучше понимаем, насколько же важную роль они играют [9].
Мы все больше узнаем о микробиоме благодаря опытам на мышах, модифицированных таким образом, чтобы у них не было кишечных бактерий. Это позволяет ученым изучать эффект от отсутствия микробов или подвергать «безмикробных» мышей воздействию различных штаммов бактерий и отмечать изменения в поведении. У безмикробных лабораторных крыс, например, отмечается повышенная тревожность, хроническое воспаление кишечника или общее воспаление; последнее – фактор риска едва ли не для всех известных заболеваний [10]. Исследования влияния искусственных подсластителей на микробиом, например, одни из многих, которые наконец-то показали, какое влияние эти микробы имеют на нашу физиологию и что может произойти, если их здоровый баланс каким-либо образом нарушить. Кроме того, ученые обнаружили «диабетный отпечаток» – конкретный набор кишечных бактерий, коррелирующих с болезнью. Исследователи уже умеют манипулировать кишечными бактериями у подопытных животных, помогая им лучше контролировать сахар в крови и повышая чувствительность к инсулину (что очень важно для контролирования и даже лечения диабета типа 2). Диабетом страдают более 29 миллионов американцев; это открытие дает нам потрясающие возможности как для профилактики и лечения болезни, так и для борьбы с ее осложнениями, среди которых – серьезные неврологические расстройства вроде повреждения нервов, слепоты и деменции. Почти половина американцев так или иначе подвержены влиянию диабета: у них либо метаболический синдром, либо преддиабетическое состояние.
Еще один пример: в 2015 году в журнале Nature опубликовали исследование о пагубных эффектах, оказываемых пищевыми эмульгаторами на микробиом, по крайней мере, у мышей [11]. Эмульгаторы – это молекулы, действующие как связующие вещества в пищевых продуктах, содержащих ингредиенты, которые обычно не смешиваются, например растительное масло и вода. Они есть в любой переработанной еде, в том числе мороженом, салатных заправках и сливочном сыре. Поищите в списках ингредиентов на упаковках следующие названия: каррагинан, лецитин, полисорбат-80, полиглицеролы, гуаровая камедь, камедь рожкового дерева, карбоксиметилцеллюлоза, ксантановая камедь. Лецитин – это природный эмульгатор, встречающийся в яичных белках и сое; именно он придает майонезу кремовую консистенцию.
Еще эмульгаторы добавляют в продукты, чтобы продлить им срок годности, улучшить текстуру и не дать ингредиентам разделиться. В последние десятилетия значительно увеличилось число людей с метаболическим синдромом и воспалительными заболеваниями кишечника. Метаболический синдром – это сама по себе не болезнь, а, скорее, группа факторов риска, включающая в себя ожирение, диабет 2 типа и сердечно-сосудистые события вроде инфарктов и инсультов. Воспалительные заболевания кишечника – общее название воспалений тонкой и толстой кишки, в частности язвенного колита и болезни Крона. Все эти заболевания связаны с изменениями в кишечном микробиоме и, в свою очередь, влияют на пищеварение.
Ученых уже давно озадачивает растущее число этих болезней; они не могут быть обусловлены генетическими причинами, потому что человеческая генетика за последние десятилетия изменилась незначительно. Эта загадка вдохновила Эндрю Гевирца, профессора биологии в Университете штата Джорджия, на поиск внешних факторов, влияющих на рост заболеваемости. Он и его коллеги использовали для опытов две группы мышей. У одной группы была ненормальная пищеварительная система с предрасположенностью к колиту (воспалению толстой кишки), другая группа была здоровой. Когда больным мышам вместе с водой и пищей давали эмульгаторы, у них развивался хронический колит. У здоровых мышей развивалось слабое воспаление кишечника и метаболическое расстройство, из-за которого они начинали больше есть, у них развивалось ожирение, гипергликемия и резистентность к инсулину.
Эмульгаторы, похоже, нарушают целостность слизистой оболочки, защищающей стенки кишечника, из-за чего бактерии попадают не туда, куда следует, и тело реагирует на это воспалительным процессом. Воспалительный процесс, в свою очередь, нарушает чувство сытости – инстинктивное понимание, что вы уже съели достаточно. Именно это, как считают ученые, заставляло подопытных мышей переедать и толстеть. Планируются исследования на людях с целью узнать, как эмульгаторы влияют на эпидемию ожирения. Кроме того, проводятся опыты, чтобы определить, имеет ли естественный эмульгатор лецитин такой же эффект, как искусственные.
Подобные исследования – только начало. В общем и целом современная наука говорит, что наши кишечные организмы участвуют в самых разнообразных физиологических процессах, в том числе функционировании иммунной системы, воспалениях, гормональных функциях, производстве нейротрансмиттеров и витаминов, пищеварении и усвоении питательных веществ и выводе токсинов. Они диктуют нашему телу чувствовать голод или сытость, а также как распоряжаться углеводами и жирами. От всех этих процессов зависит, разовьются ли у нас такие разнообразные заболевания, как диабет, рак, депрессия и деменция. Микробиом влияет на наше настроение, либидо, обмен веществ, иммунитет, даже восприятие мира и мыслительные процессы. Некоторые новейшие исследования показывают, что болезнь, корнем которой долго считали мозг – депрессия, – на самом деле происходит из кишечника, как и ее родичи: хроническая тревога, бессонница, избыточное беспокойство и обсессивно-компульсивное расстройство (ОКР) [12]. Оказывается, наши чувства в основном контролируются балансом бактерий в кишечнике и их воздействием на мозг через блуждающий нерв, который их соединяет. Не стоит и говорить, что английский фразеологизм «gut feeling» («интуиция», буквально «ощущение в животе») получает совершенно новое значение. Гиппократ намного опередил свое время, сказав много веков назад, что есть непосредственная связь между тем, что вы едите, и тем, как себя чувствуете.
Невидимые микробы воздействуют даже на то, как мы спим, что, в общем-то, неудивительно, учитывая, что и кишечные бактерии, и сон оказывают огромное влияние на наше здоровье [13]. Вот как выглядит эта связь: для сна, особенно глубокого, восстановительного сна, требуются специализированные биологические молекулы под названием цитокины. Новые исследования показывают, что кишечные бактерии стимулируют производство этих химических веществ синхронно с уровнем кортизола. Вы, скорее всего, слышали о кортизоле, главном гормоне стресса в человеческом теле. Уровни этого гормона связаны с нашим циркадным ритмом – изменениями в теле, которые подчиняются примерно 24-часовому циклу, реагируя в основном на свет или темноту окружающей среды. Эти изменения определяют, бодрыми или усталыми мы себя чувствуем. Ниже всего уровень кортизола должен быть ночью, после чего в утренние часы он начинает расти. В общем, цитокины, по сути, подчиняются циркадному циклу, диктуемому кишечными бактериями. Утром, когда уровень кортизола повышается, выработка цитокинов ингибируется – в этот момент происходит смена фаз сна. Нарушение функций кишечных бактерий может оказать значительный негативный эффект на сон и циркадные ритмы.
Вот вам еще один дикий пример. Сейчас все более популярным средством борьбы с ожирением становится хирургическое вмешательство, например желудочное шунтирование, физически изменяющее пищеварительную систему. Подобные процедуры часто включают в себя уменьшение размеров желудка и перенаправление некоторых частей тонкого кишечника. Раньше мы думали, что подобные операции вызывают резкую потерю веса в основном потому, что из-за них пациенты начинают меньше есть, но важнейшее исследование, опубликованное в журнале Nature в 2014 году, показало, что микробиом играет важную роль в успехе желудочно-кишечных операций [14]. В значительной степени сброс веса обусловлен изменениями кишечной микробиоты, которые происходят после операции не только из-за анатомических изменений, но и смены рациона: пациент начинает есть продукты, благоприятные для развития других групп бактерий. После операции у таких пациентов часто отступает еще и диабет, и, готов биться об заклад, отчасти это тоже обусловлено изменением состава кишечных бактерий.
Исследование 2012 года, опубликованное в Science, показало связь между определенным штаммом бактерии E. coli, нарушающим нормальный состав микробиома, и развитием рака кишечника.
Экологи уже давно знают, что, когда в экосистеме происходят значительные изменения, влияющие на среду, структура экосистемы тоже резко меняется. Более того, перемены в разнообразии, численности и взаимоотношениях обитающих в экосистеме видов, в свою очередь, преображают весь пейзаж – например, богатый, плодородный лес или луг может быть необратимо разрушен; экосистема становится нестабильной и уничтожает окружающую среду. Поэтому не стоит удивляться, что значительные изменения в организме человека могут резко поменять состав стабильных в иных условиях микробных сообществ, сосуществующих в нем, а перемены во внутренней экосистеме, которую называют микробиомом человека, могут привести к неожиданным и серьезным последствиям для человеческого здоровья [15].
Опять-таки мы видим, какую силу имеет контекст. Бактерии были первыми обитателями Земли. В 2013 году обнаружили самые старые следы жизни на Земле – возрастом 3,5 миллиарда лет. В отдаленном районе Северо-Западной Австралии обнаружили древние породы, где отпечатались признаки сложной микробной экосистемы. Симбиотические отношения с бактериями стали частью нашей эволюции.
Наука о микробиоме пока что пребывает на младенческой стадии развития, но я жду, что в ближайшие десять лет она переживет взрывной рост. Вскоре мы начнем понимать, как различные микробиотическое профили, равно как и генетические, соотносятся с определенными болезнями или, напротив, оптимальным здоровьем. А потом научимся использовать микробиом для профилактики и лечения самых разнообразных заболеваний, от задержки нервного развития в раннем детстве до нейродегенеративных проблем и хронических болезней на склоне лет. Вы сможете узнать, какие «племена» бактерий живут в кишечнике: те, что кодируют здоровье, или, наоборот, те, что приводят к болезни. Благодаря этому вы сможете слегка изменить диету и ежедневные привычки, чтобы поспособствовать выживанию и росту микробов, полезных для вас. Вы, возможно, считаете, что из-за генетики обречены на X, Y и Z, но в «Завтра…» ваша судьба будет зависеть скорее от того, как вы будете разыгрывать карты, выданные вам по ходу жизни, чем от того, какой у вас изначальный расклад.
Все это говорит о том, что дело не только в ДНК, но и в микробиоме. Наш контекст – взаимодействие этого динамичного дуэта. Возможно, они даже неожиданным образом дополняют друг друга. Например, экспрессия пятой части генов зависит от времени года. Это обнаружили совсем недавно, во время элегантного исследования, проведенного парой ученых Кембриджского университета. Они обнаружили, что зимой в вашей крови выше концентрация клеток, отвечающих за иммунный ответ [16]. А в летние месяцы кровь содержит больше гормонов, помогающих телу сжигать жир, наращивать ткани и сохранять воду. Эти сезонные изменения, возможно, помогут лучше понять природу воспалительных болезней вроде гипертонии и аутоиммунных заболеваний вроде диабета 1 типа. Подобные сезонные изменения происходят и в микробиоме, что, в свою очередь, влияет на здоровье и риск заболеваний. Возможно, вскоре мы узнаем, в каком месяце или в какое время года включаются определенные гены или доминируют определенные микробы. Эта информация, в свою очередь, подскажет нам в реальном времени, с какими рисками мы сталкиваемся и как должны себя вести, чтобы оптимизировать наши генетические и микробные механизмы.
Одно дело – обсуждать секвенирование генов и опухолей, удаление болезней и человеческий микробиом. И совсем другое – донести уроки, полученные от новых технологий, до повседневной жизни. Я предлагаю вам свою помощь для измерения и интерпретации ваших данных. Но прежде чем вы этим займетесь, хочу задать вам важный вопрос, который поможет поместить вашу жизнь в контекст:
Каковы ваши личные цели в плане здоровья?
Вы явно взяли эту книгу не просто так. Так что будет очень полезно четко понимать, какие цели вы перед собой ставите. И я надеюсь, что они более высокие и точные, чем просто «Я хочу сбросить вес» или «Хочу выглядеть и чувствовать себя лучше». Цельтесь выше, например: «Я хочу играть с детьми и внуками, когда постарею», или «Я хочу оптимизировать мою повседневную жизнь, используя лучшие возможности медицины, чтобы достичь поставленных целей по здоровью и сейчас, и в будущем», или «Я хочу освободиться от хронической тревоги и страха, чтобы лучше работать и быть счастливее дома».
А теперь давайте о личном.
