Какой орган появился первым?
Микробиота кишечника человека
Дмитрий Алексеев, ПостНаука
Микробиота – новый орган человеческого тела. Для начала разберемся с происхождением этого органа и историей его изучения. Кишечник – первый орган, который связан с появлением наших многоклеточных предков. Это было похоже на трубочку: вход, выход, мышцы и посередине трубочки кишечник, в котором жили бактерии. В кишечнике создана идеальная среда для бактерий, потому что там темно, тепло и есть еда. Бактерии имеют разные свойства, поэтому не все могут приспособиться к нашему кишечнику. Несмотря на свою роль в эволюции, кишечник не является нашим основным органом.
На протяжении всей эволюции с ним произошло много изменений. В какой-то момент появилась иммунная система, которая помогала поддерживать баланс внутри кишечника, сортировала хорошие и плохие бактерии. Затем для этого организма появились органы передвижения и органы мироощущения, которые реагировали на свет. Со временем развился мозг и кровеносная система, переносящая питательные вещества из кишечника по организму. Мозг развился, и мы стали себя мироощущать и решили, что мозг – это главное, а про кишечник забыли. Этот эволюционный процесс проходил миллионы лет, но одновременно с этим последние 100–120 лет происходила эволюция технологий. Благодаря этим технологиям и исследованию генома человека мы вспомнили о важности кишечника. К 2000 году люди разработали технологию, чтобы прочитать генетическую последовательность человеческой клетки, но у технологии есть побочные эффекты. Один из побочных продуктов чтения генома человека – появление технологии дешевого чтения любых последовательностей ДНК.
В конце XX века ученые думали, что вырастили и изучили всех микробов, которые существуют. Для изучения брали мазок с любой поверхности, потом клали эту ватную палочку в питательную среду. Так ученые узнавали, какие там бактерии. После таких исследований появились технологии чтения ДНК, с помощью которых узнавали состав не только микробов, но и ДНК. Новые технологии показали, что в окружающей среде есть много ДНК микробов, которых не изучали. Одновременно с этим открытием выясняли, что в нашем кишечнике тоже живет много неизвестных микробов – темная материя микробов (англ. microbial dark matter). Эволюция технологий привела нас к тому, что теперь возможно обнаружить и идентифицировать любых микробов.
После появления новых технологий ученые не сразу обратились к микробам кишечника, потому что они стали наблюдать заболевания, которые сильно прогрессировали XX век. Одно из таких заболеваний – ожирение. Изучая ожирение, американские исследователи стали сравнивать микробов людей с небольшой массой тела и высокой массой тела. Выяснилось, что микробы у двух групп различаются. Это не является доказательством того, что микробиота связана с ожирением. Для проверки доказательства взяли микробов у людей с ожирением и пересадили их в модельных животных. Одновременно с этим взяли микробов у людей без ожирения и пересадили в модельных животных. Всех животных кормили калорийным рационом. По итогам исследования выяснилось, что модельные животные, которые носят в себе микробов людей с ожирением, гораздо быстрее набирают вес. Это стало доказательством того, что микробиота связана с заболеванием. Мы обнаружили микробов, показали, что они связаны с определенными заболеваниями, но это еще не повод называть это новым органом.
Следующим этапом стало изучение микробов с точки зрения важности для организма и кишечника. Площадь поверхности нашей кожи – 2 квадратных метра. Площадь поверхности всех наших внутренних органов и слизистой – 400 квадратных метров. Если представите себе все воспаления, которые появляются на коже, то их площадь будет около 2 квадратных метров. Эти метры мы часто моем и чистим, и они находятся на свежем воздухе, будучи сухими. Представьте себе 400 квадратных метров, всегда влажных. Все эти метры находятся внутри нашего тела, а значит, в темноте. В такой питательной среде бактерии будут размножаться бесконечно, пока не кончится еда. Эти 400 квадратных метров – желанный кусок для наших бактерий. Со времени появления первого кишечника мы стали более лакомым кусочком для бактерий, потому что у нас высокая температура тела и мы активно перемещаемся. Еда, которую мы едим, подходит для бактерий, а кровь разносит по всему телу питательные вещества. Основной механизм поддержания чистоты и порядка на этих 400 квадратных метрах – иммунная система. Со стороны бактериального царства это какие-то наши симбиотические бактерии, которые живут на этой поверхности.
Если посмотреть на заболевания-эпидемии, которые росли в XX веке, мы заметим, что большинство этих заболеваний неинфекционные – болезни, связанные с дисфункцией иммунной системы. Сегодня это только аутоиммунные заболевания: метаболический синдром, ожирение и диабет. Иммунная система, которая связывает весь организм, начала хуже работать в XX веке. Заболеваний стало больше. Если внимательно посмотреть на изменения в работе иммунной системы, то окажется, что микробы пострадали в результате этих изменений больше всего. Изменения коснулись образа питания. За XX век питание сильно изменилось. Хорошие микробы стали получать меньше питания, а плохие – больше еды, которую они любят. В один момент спасением стали антибиотики, которые остановили много инфекций, но свойство этих молекул таково, что они убивают и хороших микробов, и плохих. Если мы принимаем антибиотики, то хорошие микробы не могут поддерживать чистоту в нашем теле, и на иммунную систему ложится неподъемная нагрузка. Кроме изменений самого рациона питания в нашей пище появилось огромное количество консервантов, гербицидов, пестицидов. Эти добавки влияют на наше микроцарство, поэтому в организме остаются микробы, которые способны быстро мутировать. Это не лучшие представители. Хотелось бы, чтобы на наших 400 квадратных метрах, 50–70% из которых приходится на наш кишечник, существовали разнообразные бактерии. Ученые начали рассматривать микробов на всей площади нашего тела как отдельный орган, называемый микробиотой. Но к этому органу относятся только бактерии, взаимодействие же бактерий с их окружением называется «микробиом».
Об авторе:
Дмитрий Алексеев – доцент института старения (г. Гронинген), кандидат биологических наук.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru