Микробы – самая древняя группа организмов из ныне существующих на Земле. Первые бактерии появились, вероятно, более 3,5 миллиарда лет назад и на протяжении почти миллиарда лет были единственными живыми существами на планете.

Большинство микроорганизмов состоят из одной клетки, но есть и многоклеточные микроорганизмы. Размеры отдельных микробов исчисляются обычно несколькими микронами, а иногда и десятыми долями микрона (1 микрон равен 1/1000 мм).

Все микроорганизмы отличаются друг от друга по величине, форме, размерам, строению, подвижности, отношению к внешней среде (температуре, влажности и т.д.), характеру питания и дыхания. Для одних микробов необходим кислород, а для других (анаэробов) он не нужен.

Все микробы делят на 3 большие группы:
– бактерии;
– плесени – нитеобразные клетки, образующие обычно большие скопления (колонии);
– дрожжи – крупные клетки круглой или овальной формы.

Микроорганизмы распространены повсеместно, обитают везде, где есть вода, включая горячие источники, дно мирового океана, а также глубоко внутри земной коры. Исключение составляют лишь кратеры действующих вулканов и небольшие площадки в эпицентрах взорванных атомных бомб.

Микробы в почве:
– превращают перегной в различные минеральные вещества, которые потом могут быть поглощены из почвы корнями растений;
– поглощают азот из воздуха, выделяя азотные соединения, и, таким образом, обогащают почву и способствуют повышению урожая.

Микробы в воде:
– окисляют сероводород до серной кислоты и предотвращают замор рыбы;
– очищают воду от различных отходов.

Микробы в воздухе:
– патогенные микробы могут быть опасными, так как могут служить источником инфекционного заболевания.

В организме человека:
– лактобактерии способны преобразовывать углеводы в молочную кислоту, которая препятствует развитию вредных микробов;
– снабжают организм человека естественными антибиотиками;
– принимают участие в процессах синтеза различных витаминов;
– благотворно влияют на функцию опорожнения кишечника;
– оказывают стимулирующее действие на иммунную систему организма.

Различные микроорганизмы могут вызывать тяжёлые заболевания у человека (туберкулёз, сибирскую язву, ангину, пищевые отравления, гонорею и др.), животных и растений. Патогенные бактерии проникают в организм воздушно-капельным путём, через раны и слизистую оболочку, пищеварительный тракт. В борьбе с микробами человеку помогают природные и синтетические лекарственные средства (пенициллин и т.д.).

Микробы также – виновники порчи продуктов питания. Почти все натуральные, необработанные пищевые продукты – мясо, рыба, овощи, фрукты, молоко – не могут храниться длительное время при комнатной температуре и через несколько дней, а иногда и часов портятся из-за влияния бактерий. Чтобы приостановить размножение, продукты пастеризуют, хранят на холоде, высушивают, солят или маринуют.

Ещё 3000 лет назад великий грек Гиппократ догадался, что заразные болезни вызываются и переносятся живыми существами. Назвал он их миазмами. Но глаз человека не мог их различить. В конце XVII века голландец А.Левенгук создал достаточно мощный микроскоп, и только тогда удалось описать и зарисовать самые разные формы бактерий – одноклеточных организмов, многие из которых являются возбудителями различных инфекционных заболеваний человека. Бактерии – один из видов микробов («микроб» – от греч. «микрос» – малый и «биос» – жизнь), правда, самый многочисленный.

После открытия микробов и изучения их роли в жизни человека оказалось, что мир этих мельчайших организмов весьма разнообразен и требует определённой систематизации и классификации. И сегодня специалисты используют систему, согласно которой первое слово в названии микроорганизма означает род, а второе – видовое название микроба. Эти имена (обычно латинские или греческие) – «говорящие». Так, в имени одних микроорганизмов отражены некоторые наиболее яркие особенности их строения, в частности формы. К этой группе, прежде всего, относятся бактерии. По форме все бактерии разделяются на шаровидные – кокки, палочковидные – собственно бактерии и извитые – спириллы и вибрионы.

Шаровидные бактерии – болезнетворные кокки (от греч. «коккус» – зерно, ягода), микроорганизмы, различающиеся друг от друга расположением клеток после их деления.

Наиболее часто из них встречаются:
– стафилококки (от греч. «стафиле» – виноградная гроздь и «коккус» – зерно, ягода), получившие такое название из-за характерной формы – скопления, напоминающего грозди винограда. Самым болезнетворным действием обладает вид этих бактерий стафилококкус ауреус («золотистый стафилококк», так как образует скопления золотистого цвета), вызывающий различные гнойные заболевания и пищевые интоксикации;
– стрептококи (от греч. «стрептос» – цепочка), клетки которых после деления не расходятся, а образуют цепочку. Эти бактерии – возбудители различных воспалительных заболеваний (ангина, бронхопневмония, отит, эндокардит и другие).

Палочковидные бактерии, или палочки, – это микроорганизмы цилиндрической формы (от греч. «бактерион» – палочка). От их имени и произошло название всех таких микроорганизмов. А вот те бактерии, которые образуют споры (защитный слой, предохраняющий от неблагоприятных воздействий окружающей среды), называются бациллами (от лат. «бациллюм» – палочка). К спорообразующим палочкам относится бацилла сибирской язвы, страшной болезни, известной с древних времен.

Извитые формы бактерий – это спирали. Например, спириллы (от лат. «спира» – изгиб) представляют собой бактерии, имеющие форму спирально изогнутых палочек с двумя-тремя завитками. Это безвредные микробы, за исключением возбудителя «болезни укуса крыс» (судоку) у человека.

Своеобразная форма отражена и в названии микроорганизмов, относящихся к семейству спирохет (от лат. «спира» – изгиб и «хатэ» – грива). Например, представители семейства лептоспиры отличаются необычной формой в виде тонкой нити с мелкими, тесно расположенными завитками, что делает их похожими на тонкую извитую спираль. Да и само название «лептоспира» так и переводится – «узкая спираль» или «узкий завиток» (от греч. «лептос» – узкий и «спера» – извилина, завиток).

Коринебактерии (возбудители дифтерии и листериоза) имеют на концах характерные булавовидные утолщения, на что и указывает название этих микроорганизмов: от лат. «корине» – булава.

По такому же принципу образованы названия и некоторых микроорганизмов, относящихся к простейшим. Например, амёбы не имеют постоянной формы, отсюда и название: от греч. «амоибе» – изменение. Название «токсоплазмы» (паразиты, размножающиеся внутри клетки) тоже связано с их формой в виде дольки апельсина или арки: от греч. «токсон» – арка и «пласма» – образование. А трипаносомы (возбудители «сонной болезни») названы так из-за своего тела, похожего на веретено: от греч. «трипанон» – бурав и «сома» – тело.

Сегодня все известные вирусы также сгруппированы в роды и семейства, в том числе и на основании их строения. Вирусы такие маленькие, что, для того чтобы их разглядеть в микроскоп, он должен быть намного сильнее, чем обычный оптический. Электронный микроскоп увеличивает в сотни тысяч раз. Ротавирусы получили название от латинского слова «рота» – колесо, так как вирусные частицы под электронным микроскопом выглядят как маленькие колесики с толстой втулкой, короткими спицами и тонким ободом.

А название семейства коронавирусов объясняется наличием ворсинок, которые прикрепляются к вириону посредством узкого стебля и расширяются к отдалённому концу, напоминая солнечную корону во время затмения.

Название некоторых микроорганизмов связано с названием органа, который они поражают, или болезни, которую они вызывают. Например, название «менингококки» образовано от двух греческих слов: «менингос» – мозговая оболочка, так как именно её преимущественно поражают эти микробы, и «коккус» – зерно, указывающее на принадлежность их к шаровидным бактериям – коккам. От греческого слова «пневмон» (лёгкое) образовано название «пневмококки» – эти бактерии вызывают заболевания лёгких. Риновирусы – возбудители заразного насморка, отсюда и название (от греч. «ринос» – нос).

Происхождение названия у ряда микроорганизмов обусловлено и другими наиболее характерными их особенностями. Так, отличительная черта вибрионов – бактерий в форме короткой изогнутой палочки – способность к быстрым колебательным движениям. Их название образовано от французского слова «вибрер» – вибрировать, колебаться, извиваться. Среди вибрионов наиболее известен возбудитель холеры, который так и называется «холерный вибрион».

Бактерии рода протесу (протей) относятся к так называемым микробам, которые для кого-то опасны, а для кого-то нет. В связи с этим они были названы именем морского божества из древнегреческой мифологии – Протеуса, которому приписывалась способность произвольно менять свой облик.

Великим учёным устанавливают памятники. Но иногда памятниками становятся и названия микроорганизмов, открытых ими. Например, микроорганизмы, занимающие промежуточное положение между вирусами и бактериями, были названы «риккетсии» в честь американского исследователя Ховарда Тейлора Риккетса (1871-1910), погибшего от сыпного тифа при изучении возбудителя этого заболевания. Возбудителей дизентерии основательно изучил японский учёный К.Шига в 1898 году, в его честь впоследствии они и получили свое родовое название – «шигеллы». Бруцеллы (возбудители бруцеллёза) названы в честь английского военного врача Д.Брюса, который в 1886 году впервые сумел выделить эти бактерии. Бактерии, объединённые в род «иерсинии», названы по имени известного швейцарского учёного А.Йерсена, открывшего, в частности, возбудителя чумы – иерсиния пестис. Одноклеточные кишечные паразиты лямблии впервые подробно описал в 1859 году профессор Харьковского университета Д.Ф. Лямбль. По имени английского врача В.Лейшмана названы простейшие одноклеточные организмы (возбудители лейшманиоза) лейшмании, подробно описанные им в 1903 году. С именем американского патолога Д.Сальмона связано родовое название «сальмонеллы», палочковидной кишечной бактерии, вызывающей такие заболевания, как сальмонеллёз и брюшной тиф. А немецкому учёному Т.Эшериху обязаны своим названим эшерихии – кишечные палочки, впервые выделенные и описанные им в 1886 году.

В происхождении названия некоторых микроорганизмов определённую роль сыграли обстоятельства, при которых они были обнаружены. Например, родовое название «легионеллы» появилось после вспышки в 1976 году в Филадельфии среди делегатов съезда Американского легиона (организация, объединяющая граждан США – участников международных войн) тяжёлого респираторного заболевания, причиной которого стали эти бактерии, – они передавались через кондиционер. А вирусы Коксаки были впервые выделены у больных полиомиелитом детей в 1948 году в посёлке Коксаки (США), отсюда и название.

Всего сто лет назад микробов, живущих в человеческом кишечнике, считали нахлебниками и вредителями. В последние годы человеческую микробиоту стали называть своеобразным органом нашего тела, необходимым для нормальной жизнедеятельности организма.

Со времен Пастера известно, что желудочно-кишечный тракт человека – это, по существу, биореактор проточного типа, в котором обитает множество микроорганизмов. Отношение ученых к микрофлоре кишечника за это время радикально изменилось. Лет сто назад великий Илья Мечников, основоположник современной теории иммунитета, за создание которой он получил Нобелевскую премию (на двоих со своим непримиримым оппонентом, не менее великим Паулем Эрлихом), предлагал даже удаление толстого кишечника как один из способов продления жизни. А тем, кому эта мера казалась слишком радикальной, рекомендовал пить как можно больше кефира, чтобы вытеснить вредных, по его мнению, микробов полезными лактобактериями. Через полвека курс изменился на 180 градусов. Оказалось, что нормальная микрофлора кишечника, а также кожи и слизистых оболочек выполняет множество полезных функций – например, подавляет жизнедеятельность постоянно атакующих организм патогенных микроорганизмов. А в последние годы самые смелые из микробиологов пошли еще дальше, объявив человека и его микробов единым симбиотическим сверхорганизмом.

Развитие методов молекулярной биологии вывело ученых на новый уровень понимания процессов симбиоза человека и его микрофлоры, которые казались хорошо изученными и от дальнейшего изучения которых не ждали особых сюрпризов. Стремительный рост скорости и падение стоимости методов секвенирования ДНК (определения ее нуклеотидной последовательности) и параллельный рост мощности персональных компьютеров и развитие интернета дали возможность анализировать информацию о крупных участках геномов. После того как были расшифрованы хромосомы сотен видов отдельных бактерий, в генетике микроорганизмов появился новый поход – популяционный: анализ генов сразу всех бактерий, населяющих определенный ареал. Разумеется, население «человеческого биореактора» оказалось одной из наиболее важных для изучения микробных популяций.

Первая работа, заставившая совершенно по-новому взглянуть на кишечную микробиоту, была опубликована в 1999 году группой ученых из Национального института агрономических исследований (Франция) и Университета Ридинга (Великобритания). Авторы решили применить для исследования микробной популяции кишечника метод секвенирования генов 16S РНК.

Первый этап определения микроорганизмов – их культивирование на питательных средах. Но ряд микробов не желают расти ни на одной из сред. Изучать ранее недоступные некультивируемые бактерии и начать наводить порядок в донельзя запутанной систематике уже известных прокариот стало возможным с развитием биоинформатики и появлением современных методов молекулярной биологии – полимеразной цепной реакции (ПЦР), позволяющей из одного участка ДНК получить миллионы и миллиарды точных копий, клонирования выделенных с помощью ПЦР генов в бактериальных плазмидах и методик секвенирования последовательностей нуклеотидов, полученных в результате всего этого в достаточном для анализа количестве. Идеальным маркером для идентификации микроорганизмов оказался ген, кодирующий 16S рибосомальную РНК (каждая из двух субъединиц рибосом – клеточных мастерских по синтезу белка – состоит из переплетенных молекул белков и цепочек рибонуклеиновых кислот).

Этот ген есть в геноме всех известных бактерий и архей, но отсутствует у эукариот и вирусов, и если вы нашли характерную для него последовательность нуклеотидов – вы точно имеете дело с генами прокариот. (Если быть очень точным, ген 16S РНК есть и у эукариот, но не в ядерных хромосомах, а в митохондриальных. Это еще раз подтверждает, что митохондрии – отдаленные потомки бактерий-симбионтов первых эукариотических организмов.) Этот ген имеет как консервативные участки, одинаковые у всех прокариот, так и видоспецифичные. Консервативные участки служат для первого этапа полимеразной цепной реакции – присоединения исследуемой ДНК к праймерам (затравочным участкам ДНК, к которым изучаемая цепочка нуклеотидов должна присоединиться для начала анализа остальной последовательности), а видоспецифичные – для определения видов. К тому же степень схожести видоспецифичных участков очень хорошо отражает эволюционное родство разных видов. Дополнительный бонус – для клонирования и последующего анализа можно использовать саму рибосомальную РНК, которая в любой клетке присутствует в гораздо большем количестве, чем соответствующий ей ген. Только надо сначала «переписать» ее в ДНК с помощью специального фермента – обратной транскриптазы.

Нуклеотидные последовательности 16S РНК всех известных бактерий и архей (около 10000 видов) общедоступны. Выявленные последовательности сравнивают с имеющимися в базах данных и точно идентифицируют вид бактерии или объявляют ее принадлежащей к очередному некультивируемому виду.

В последнее время идет интенсивный пересмотр старой, фенотипической, классификации бактерий, основанной на плохо формализуемых критериях – от внешнего вида колоний до пищевых предпочтений и способности окрашиваться разными красителями. Новая систематика опирается на молекулярные критерии (16S РНК) и только отчасти повторяет фенотипическую.

Кодирующие последовательности 16S РНК с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР) извлекали непосредственно из «окружающей среды» – 125 мг человеческого, извините, стула встраивали в плазмиды кишечной палочки (не потому, что она кишечная, а потому, что Escherichia coli – одна из любимых рабочих лошадок молекулярных биологов) и снова выделяли из культуры размножившихся бактерий. Таким образом была создана библиотека генов 16S РНК всех микроорганизмов, находившихся в образце. После этого случайным образом было отобрано и секвенировано 284 клона. Оказалось, что только 24% полученных последовательностей 16S РНК принадлежали известным ранее микроорганизмам. Три четверти микрофлоры, находящейся в кишечнике каждого человека, больше сотни лет избегали внимания исследователей, вооруженных методами классической микробиологии! Ученые просто не могли подобрать условия для культивирования этих бактерий, потому что самые капризные обитатели кишечника отказывались расти на традиционных микробиологических средах.

На сегодняшний день при помощи молекулярных методов установлено, что в микробиоте взрослого человека представлены 10 из 70 крупных бактериальных таксонов. Около 90% наших микробов принадлежат к типам Firmicutes (к ним относятся, например, всем известные лактобактерии – основные «виновники» скисания молока) и Bacteroidetes – облигатные анаэробы (организмы, способные жить только в отсутствие кислорода), которые часто используются в качестве индикатора загрязнения природных вод канализационными стоками. Оставшиеся 10% популяции поделены между таксонами Proteo-bacteria (к ним относится, среди прочих, и кишечная палочка), Actinobacteria (из одного из видов актиномицетов был выделен антибиотик стрептомицин), Fusobacteria (обычные обитатели ротовой полости и частая причина пародонтоза), Verrucomicrobia (недавно в геотермальном источнике был обнаружен вид этих микробов, питающихся метаном, которого в кишечнике предостаточно благодаря жизнедеятельности других микроорганизмов), Cyanobacteria (их до сих пор часто называют по старому – «сине-зелеными водорослями»), Spirochaeates (по счастью, не бледные), Synergistes и VadinBE97 (что это за звери, спросите у создателей новой систематики прокариот).

Несмотря на то что видовой состав микроорганизмов кишечника достаточно однообразен, количественное соотношение представителей определенных систематических групп в микробиоте разных людей может сильно варьировать. Но что же представляет из себя нормальная кишечная микрофлора и каковы пути ее формирования?

На этот вопрос был дан ответ в опубликованной в 2007 году работе группы американских биологов под. руководством Патрика Брауна из Стэнфордского университета. Они проследили формирование микробиоты у 14 новорожденных младенцев на протяжении первого года жизни. Авторам удалось установить несколько источников колонизации желудочно-кишечного тракта. Микробиота младенцев имела сходство с микрофлорой матери: вагинальной, фекальной или с микрофлорой образцов грудного молока. В зависимости от источников колонизации, в микрофлоре кишечника младенцев на протяжении первого года жизни преобладали различные виды. Эти различия оставались значительными на протяжении всего периода исследования, однако к годовалому возрасту становились заметны черты формирования взрослой микробиоты.

Интересные данные были получены на примере пары близнецов. Микрофлора у них была практически идентичной по составу и менялась тоже одинаково. Эта находка выявила огромную роль человеческой составляющей пары «микробиота-хозяин» в формировании популяции кишечной микрофлоры. Для чистоты эксперимента, конечно, следовало бы разлучить младенцев еще в роддоме (кстати, прекрасный сюжет для индийского фильма! Спустя годы близнецы узнают друг друга по анализам микрофлоры…). Но данные других работ подтвердили предположение, что индивидуальные, в том числе наследственно обусловленные, особенности биохимии человека оказывают большое влияние на состав его микробиоты.

Кроме изучения отдельных видов кишечной микрофлоры, в последние годы многие исследователи изучают бактериальный метагеном – совокупность генов всех микроорганизмов в пробе содержимого человеческого кишечника (или в смыве с кожи, или в пробе ила с морского дна).

Для этого используют самые автоматизированные, компьютеризированные и высокопроизводительные технологии секвенирования ДНК, дающие возможность анализировать короткие последовательности нуклеотидов, собирать головоломку по нескольким совпадающим «буквам» на концах этих участков, многократно повторять эту процедуру для каждого кусочка генома и получать расшифровку отдельных генов и хромосом со скоростью до 14 миллионов нуклеотидов в час – на порядки быстрее, чем это делалось всего несколько лет назад. Так было установлено, что микробиота кишечника насчитывает примерно 100 триллионов бактериальных клеток – примерно в 10 раз больше, чем общее число клеток человеческого тела.

Набор генов, входящих в состав бактериального метагенома, примерно в 100 раз превышает набор генов человеческого организма. Если говорить об объеме биохимических реакций, протекающих внутри микробной популяции, он опять же многократно превышает таковой в организме человека. Бактериальный «реактор» реализует в организме хозяина метаболические цепочки, которые тот не способен поддерживать сам – например, синтез витаминов и их предшественников, разложение некоторых токсинов, разложение целлюлозы до усвояемых полисахаридов (у жвачных животных) и т.д.

Исследования, проведенные в лаборатории Джефри Гордона (Школа медицины при Университете Вашингтона, Сент-Луис, Миссури), позволили связать видовое разнообразие бактерий желудочно-кишечного тракта с диетой и особенностями обмена веществ индивидуума. Результаты эксперимента опубликованы в декабрьском номере журнала Nature за 2006 год. Годичный эксперимент предполагал установить корреляцию между избытком веса у человека и составом микробной популяции его кишечника.

Дюжину толстяков, согласившихся положить свои животы на алтарь науки, разделили на две группы. Одна села на диету с низким содержанием жиров, вторая – с низким содержанием углеводов. Все добровольцы худели, и одновременно у них менялось соотношение двух основных групп микроорганизмов кишечника: количество клеток Firmicutes снижалось, а количество Bacteroidetes, наоборот, росло. На обезжиренной диете такое изменение становилось заметным позже – после того, как пациенты теряли 6% веса, а на низкоуглеводной – после потери первых килограммов (2% исходной массы тела). При этом изменение состава микрофлоры было тем больше выражено, чем меньше становился вес участников эксперимента.

Результаты дальнейшего изучения учеными изменений симбиотического мышино-микробного организма блестяще подтвердили гипотезу о том, что микробиота тучных индивидуумов способствует более глубокой переработке пищи. Сравнение образцов ДНК стула тучных и нормальных мышей показало, что микробиом тучных мышей насыщен генами ферментов, позволяющих более эффективно разлагать полисахариды. Кишечник тучных мышей содержал большие количества конечных продуктов ферментации – соединений уксусной и масляной кислот, что указывает на более глубокую переработку компонентов пищи. Калориметрический (от слова «калории»!) анализ образцов мышиного стула подтвердил это: стул ob/ob-мышей содержал меньшее число калорий, чем у мышей дикого типа, которые не так полно усваивали энергию из пищи.

Параллельно в той же лаборатории проводились эксперименты на лабораторных мышах, несущих мутацию в гене лептина – «гормона сытости», белка, который синтезируется в клетках жировой ткани и вкладывает свою лепту в формирование чувства насыщения. Мыши, у которых повреждены обе копии этого гена, едят на 70% больше, чем дикий тип, со всеми вытекающими из этого последствиями. А содержание Firmicutes в их кишечнике в полтора раза выше, чем у гетерозиготных линий, с только одной бракованной аллелью (ob/+), и гомозиготных по нормальному гену линий дикого типа (+/+).

Влияние микрофлоры на обмен веществ ее «хозяина» исследователи проверили на еще одной модели – гнотобиотических мышах. Таких животных, с момента рождения живущих в стерильных камерах и ни разу в жизни не встречавшихся ни с одним микробом, используют в биомедицинских исследованиях не часто. Абсолютная стерильность в мышатнике, крольчатнике и тем более козьем хлеву – дело дорогое и хлопотное, а после встречи с первым же микробом или вирусом бедняги или умрут, или станут непригодными к дальнейшим экспериментам. Что происходит у гнотобиотов с иммунной системой – отдельная история, а едят они за троих и при этом – кожа да кости из-за отсутствия микробного компонента пищеварения.

После пересадки микрофлоры от тучных (ob/ob) доноров мыши-гнотобиоты за две недели растолстели почти в полтора раза (на 47%). Те, которых «засеяли» микрофлорой от доноров дикого типа (+/+) с нормальным весом, поправились только на 27%.

Помимо важной информации о «микробной» составляющей ожирения авторам удалось показать принципиальную схожесть микрофлор страдающих ожирением людей и мышей, что открывает новые перспективы в исследовании проблемы избыточного веса, а возможно, и разрешения этой проблемы путем «пересадки» здоровой микрофлоры или ее формирования у пациентов, страдающих ожирением. И с истощением

То, что микробиота может управлять метаболизмом хозяина, уже не вызывает сомнения. Исследования лаборатории Гордона, посвященные проблеме излишнего веса, позволили перекинуть мостик к лечению метаболических заболеваний. Среди них такие виды общего истощения, поражающие детей от года до четырех лет в бедных странах с тропическим климатом, как маразмус (к маразму это слово имеет лишь лингвистическое отношение: греч. marasmoz дословно означает истощение, угасание) и квашиоркор (на языке одного из племен Ганы kwashiorkor – «красный мальчик»). Возникновение заболеваний связывают с недостатком белков и витаминов при переходе от грудного вскармливания на взрослую пищу. Но заболевания выборочно поражают детей, чьи братья и сестры не испытывали никаких проблем с переходом на традиционный для данного региона рацион.

Исследования показали, что кишечная микрофлора больных детей разительно отличается от микрофлоры их родителей, а также от микрофлоры здоровых братьев и сестер. Прежде всего отмечалось практически полное отсутствие в кишечной популяции Bacteroidetes и доминирование редких видов, относящихся к типам Proteobacteria и Fusobacteria. После того как больных детей (аккуратно, чтобы не передозировать!) откармливали усиленно-белковой пищей, их микробиота становилась похожей на нормальную, такую, как у родственников, с преобладанием Bactеroidetes и Firmicutes.

Исследования последних лет не только коренным образом изменили сложившиеся представления о кишечной микрофлоре человека, но и способствовали появлению концепции, рассматривающей микробиоту кишечника как дополнительный многоклеточный «орган» человека. Орган, состоящий из различных линий клеток, способных общаться как между собой, так и с организмом хозяина. Орган, перераспределяющий энергетические потоки, осуществляющий важные физиологические реакции, изменяющийся под. воздействием среды и самовосстанавливающийся при изменениях, вызванных внешними условиями. Продолжение исследования «бактериального органа» может и должно привести к пониманию законов его функционирования, раскрытию его тонких связей с организмом хозяина и, как следствие, к возникновению новых методов борьбы с болезнями человека путем целенаправленного лечения дисфункций обеих составляющих метаорганизма.

В теле человека примерно сто триллионов клеток, но лишь десятая часть из них – человеческие клетки. Остальные – микробы. Они населяют нашу кожу, живут в носоглотке, на всем протяжении кишечника. Конечно, они мельче человеческих клеток в 10-100 раз, но они сильно влияют на нашу жизнь. Симбиоз с человеком явно полезен для бактерий: мы даем им укрытие с постоянными благоприятными условиями и обильной пищей. Но и они нам кое-что дают.

Наиболее наглядно вклад микроорганизмов выявляется в опытах, при которых подопытных животных освобождают от симбиотической микрофлоры. У мышей, извлеченных из чрева матери кесаревым сечением и воспитанных в стерильных условиях, кишечник сильно вздут. Предполагается, что для усвоения пищи без участия симбиотических микробов кишечник должен быть длиннее и толще. У безмикробных мышей длиннее микроскопические ворсинки, выстилающие внутреннюю стенку тонкого кишечника. Через эти ворсинки идет всасывание переваренной пищи. В стенке кишечника меньше микроскопических углублений, в которых обычно поселяются микробы. В кишечнике меньше клеток, обеспечивающих иммунитет. Уменьшено даже количество нервов, управляющих движениями кишок. Предполагается, что микробы в некоторой степени управляют развитием кишечника, создавая нужные для себя условия.

Пример такого взаимодействия в развитии известен у бобовых растений: азотфиксирующие микроорганизмы из почвы вызывают у растения появление специальных клубеньков на корнях, в которых и поселяются. У растения есть соответствующие гены образования клубеньков, но эти гены не проявляются, если их не простимулируют бактерии.

Безмикробные мыши очень чувствительны к инфекции. Для того чтобы такую мышь заразить, достаточно сотни болезнетворных микробов, а для обычной мыши нужно сто миллионов. Бактерии, живущие в кишечнике обычных мышей, физически блокируют пришельцев и даже выделяют антибиотик для их уничтожения.

Бактерии, живущие в кишечнике человека, вырабатывают витамин К, не синтезируемый нашим организмом и необходимый для свертывания крови. Ряд других витаминов также поставляют нам кишечные бактерии. В кишечнике жвачных животных живут микробы, способные переваривать целлюлозу растений и превращать ее в глюкозу, львиная доля которой идет на питание самого животного. У некоторых морских животных в специальных железах обитают светящиеся бактерии, облегчающие своими световыми сигналами поиск жертвы или брачного партнера.

Недавно шведский микробиолог Стаффан Нормарк обнаружил, что чем-то полезна даже бактерия, вызывающая язву желудка. Ее роль в этой болезни открыта более десяти лет назад, но только сейчас становится ясно, почему эта бактерия встречается в желудке и у многих здоровых людей. Она вырабатывает антибиотик, защищающий от сальмонелл и других опасных микроорганизмов. Видимо, в принципе, это полезный симбионт, который иногда «сходит с ума» и вызывает изъязвления стенки желудка – возможно, у людей с пониженным иммунитетом.

Мы с детства привыкли, что микробы – это зло. А значит, их нужно уничтожать – мылом, хлоркой, Но недавно учёные обнаружили, что очень часто мы воюем не с отдельными неразумными клетками, а против сплочённой армии, обладающей коллективным сознанием.

– Наблюдая, как возникают тяжёлые генерализованные (то есть захватывающие сразу несколько органов) инфекции, медики заметили, что микробы начинают вдруг дружно размножаться в организме как по мановению волшебной палочки. Как будто ими кто-то управляет, – рассказывает Сергей Яковлев, профессор кафедры госпитальной терапии ММА им. Сеченова. – Выяснилось, что микроорганизмы действительно могут передавать друг другу информацию. Привычные слова им заменяют особые сигнальные молекулы, которые вырабатываются отдельными членами микробной колонии. Как только за действие (например, «Вперёд, все туда!» или «Пора размножаться!») подаст свой «голос» большинство, возникает кворум, и клетки выступают единым фронтом. Эксперименты показали, что инфекции, где прослеживается это «чувство толпы», быстрее развиваются и их труднее лечить.

Есть и ещё один неутешительный факт. В последнее время всё больше исследований доказывают, что очень многие болезни, вроде бы не имеющие отношения к микробам, вполне могут иметь бактериальное происхождение. Есть данные о том, что микробы виноваты в возникновении некоторых случаев рака, астмы, артрита, рассеянного склероза, психических расстройств и даже ожирения – то есть заболеваний, которые раньше считали не имеющими никакого отношения к инфекции. И, скорее всего, этот список далеко не полный, ведь из сотен тысяч реально существующих микробов современные микробиологи могут идентифицировать не более двух-трёх сотен.

Напрашивается вывод: уничтожить все известные микробы! Но, добыв оружие массового поражения, мы тем самым подпишем себе смертный приговор. Дело в том, что в организме человека микробных клеток в 10 раз больше, чем человеческих (так что ещё неизвестно, кто на ком паразитирует). И это взаимное существование – во благо друг другу.

Микробы получают от человека «квартиру», а взамен участвуют, например, в переваривании пищи, вырабатывают витамины – в частности, витамин К, необходимый для свёртывания крови. И одно из тяжёлых осложнений длительного применения антибиотиков – развитие кровотечений – напрямую связано с тем, что антибактериальные препараты подавляют микробы, вырабатывающие этот витамин. А микробы, которые триллионами «пасутся» на поверхности нашего тела и питаются слущиваемыми клетками кожи и жирами, – стафилококки, стрептококки и другие – превращаются в организованную группировку и никого чужого на свою территорию не пускают. Точно так же микроорганизмы, населяющие верхние дыхательные пути, защищают нас от респираторных инфекций.

Очевидно, что без помощи микробов мы погибнем. Поэтому более разумный подход – не сражаться с ними, а начать говорить на их языке.

Первый хитрый способ – против вредных бактерий использовать сами же бактерии. Например, при часто повторяющихся инфекциях мочевых путей, вызванных кишечной палочкой, применяют специальный бактериальный препарат из взвеси кишечных палочек, но другого, безвредного для человека вида. Хорошие бактерии заселяют кишечник и вытесняют вредных.

Другой вариант – нарушить у бактерий чувство кворума. Уже начались эксперименты по поиску препаратов, которые уничтожают не самих микробов, а их сигнальные молекулы и таким образом препятствуют общению микроорганизмов между собой. В частности, американским учёным удалось создать соединения, блокирующие ферменты, с помощью которых «разговаривают» холерные вибрионы и кишечные палочки. Самое главное – к новым препаратам в отличие от антибиотиков бактерии не могут приспосабливаться и вырабатывать устойчивость.

По возможности не пользуйтесь средствами гигиены, содержащими антибактериальные вещества. Они убивают микробов, живущих на коже, оставляя нас один на один с более опасными. Зарубежные учёные провели такой эксперимент: добровольцы несколько дней смазывали кожу средствами гигиены с антибактериальными веществами. Вскоре на этих участках тела развивались гнойничковые заболевания.

Старайтесь есть меньше углеводов и больше клетчатки (овощи, фрукты, каши), кисломолочных продуктов – это основная пища для кишечных бактерий. Защищайтесь от вирусных инфекций. Неслучайно на фоне перенесённой вирусной инфекции часто возникают осложнения.

Не курите. Табачные смолы повреждают слизистую, и микробы легко пробираются из верхних дыхательных путей в нижние. Известно, что у некурящего человека ниже гортани в бронхах стерильно, а у курящего там есть микробы.

Не принимайте антибиотики без назначения доктора. Только врач может определить, есть ли инфекция и чем она вызвана – вирусами или бактериями. Кроме того, из около 80 существующих сегодня антибиотиков некоторые уже давно бесполезны.