Глава 1. Что такое микрофлора и зачем мне это знать?
Мир микробов
Мы считаем, что миром правит человек. Он создал социум, города, потрясающие произведения искусства. Свидетельства человеческой активности: автотрассы, дамбы, крупные архитектурные объекты и прочее — видны даже из космоса! Люди оказали колоссальное влияние на планету, будучи относительно новыми и немногочисленными ее обитателями. Микроскопические организмы, такие как бактерии и археи, обитают на Земле миллиарды лет. На одной вашей руке микробов больше, чем людей на свете. Если собрать все бактерии Земли, эта биомасса превысит все растения и животные. (Вспомните об этом, когда в следующих главах будете читать о войне антибиотиков с микробами.) По некоторым оценкам, количество бактерий на Земле достигает пяти миллионов триллионов, или пяти нониллионов. На письме это цифра 5 с 30 нулями.
Бактерии есть везде: в холодных, темных озерах, спрятанных на глубине 800 метров подо льдами Антарктики, в термальных источниках, температура которых достигает 90 °C, и в комке, образовавшемся в вашем горле при одной мысли об этом. Если мы когда-нибудь найдем инопланетную жизнь, скорее всего, это будут микробы. (Роверы на Марсе запрограммированы на поиск признаков среды, способной поддержать микробные формы жизни.) Одноклеточные микробы — старейшая форма жизни на Земле, им уже 3,5 миллиарда лет. Для сравнения: люди появились всего 200 тысяч лет назад. Если представить историю Земли как одни сутки, установив, что планета возникла в полночь, то микробы появились бы чуть позже четырех часов утра, а люди — всего за несколько секунд до окончания суток. Без микробов людей бы не существовало, но если мы все вдруг исчезнем, мало кто из них это заметит.
Несмотря на примитивную форму, современные микробы — продукт миллиардов лет эволюции. Они развиты так же, как и мы. Учитывая, сколько поколений у них сменилось (при цикле размножения от нескольких минут до нескольких часов), к условиям жизни микробы приспособились лучше, чем люди. Например, через несколько десятков лет в районе чернобыльской аварии появились грибы, способные поглощать энергию радиации [Robertson, K. L., et al. “Adaptation of the Black Yeast Wangiella Dermatitidis to Ionizing Radiation: Molecular and Cellular Mechanisms”. PLoS One 7.11 (2012): e48674. Print.]. Если планету постигнет масштабная катастрофа, некоторые микробы, скорее всего, быстро приспособятся к новой среде и размножатся. Человеческий организм не способен адаптироваться так легко.
Микробы многочисленны, обладают удивительной способностью быстро привыкать к смене обстановки и тут же поселяются в каждом живом организме. Они оседают на коже, в ушах и во рту, а также во всех полостях, соприкасающихся с внешней средой, включая пищеварительный тракт. Когда-то микробы лишь искали пищу и убежище, но в процессе эволюции стали важной частью нашего метаболизма.
Трубка, заполненная бактериями
Человеческое тело похоже на сложно устроенную «трубку», которая начинается ртом и заканчивается анусом. Пищеварительная тракт — «начинка» этой трубки. Как заметила Мэри Роуч в невероятно увлекательной книге «Путешествие еды», по своему строению мы ненамного отличаемся от дождевого червя. Пища входит с одной стороны трубки, переваривается внутри нее и выделяется в виде отходов с другой стороны. Если вы разочарованы «примитивностью» пищеварительной системы, учтите, что трубка с двумя отверстиями — большой шаг вперед по сравнению с существовавшими до этого трубками с одним отверстием. У гидры — микроскопического организма, обитающего в прудах, — есть только рот. Это означает, что для еды и выделения отходов используется одно и то же отверстие. На этом фоне наша «трубка» не кажется такой уж отсталой, правда?
В отличие от трубки червя, у нашей трубки в результате эволюции появился целый ассортимент приспособлений для ее питания и защиты. Чтобы накормить трубку, у нас есть руки, которые тянутся к еде и подбирают ее. Мы отрастили себе ноги, чтобы двигаться и искать больше еды. Все наши органы чувств и чрезвычайно сложный мозг можно считать «дополнениями», которые помогают раздобыть больше еды для трубки, защитить ее от внешних угроз и размножиться, создавая таким образом больше трубок. Новые трубки расширяют среду обитания для все большего количества бактерий.
Обитающие в кишечнике микробы оказывают на пищеварение мощнейшее влияние, однако с основной массой микробов еда контактирует только в самом конце, пройдя значительную часть пищеварительного тракта. Пища опускается по пищеводу в желудок, где оказывается в ванне из кислоты и ферментов, призванных начать процесс пищеварения и усвоения питательных веществ. После примерно трех часов механического болтания в этой суровой кислотной среде практически без микробов частично переваренная пища постепенно поступает в тонкую кишку. Это гибкая трубка длиной примерно 6,5–7 метров и диаметром 2,5 сантиметра. Внутренняя поверхность тонкой кишки представляет собой множество выступов, называемых ворсинками, через которые питательные вещества поступают в кровь.
В тонком кишечнике пища пропитывается ферментами. Их выделяют поджелудочная железа и печень, чтобы помочь нам переварить белки, жиры и углеводы. Здесь, в тонкой кишке, количество микробов относительно небольшое, всего лишь около 50 миллионов на чайную ложку кишечного содержимого.
Последняя остановка в этом путешествии продолжительностью примерно 50 часов — толстая кишка, где еда продвигается со скоростью улитки. Средняя длина толстой кишки — меньше 1,5 метра, диаметр — 5–8 сантиметров. Внутри она покрыта вязкой слизью. Именно здесь остатки съеденной пищи впервые встречаются с многочисленным и прожорливым сообществом микробов. В толстой кишке почти в десять тысяч раз больше микроорганизмов на чайную ложку содержимого, чем в тонкой. Кишечные бактерии живут и процветают за счет остатков еды, в основном сложных растительных полисахаридов, известных как пищевые волокна или клетчатка. Все, что бактерии не поглощают (или не могут поглотить), например семена или кожица зерен кукурузы, выводится из кишечника. Как правило, на это требуется от 24 до 72 часов после приема пищи. Вместе с отходами вымывается множество бактерий, живых и мертвых. Они составляют около половины массы фекалий. В кишечнике при этом остается достаточное количество собратьев, чтобы обеспечить его густонаселенность. При определенных санитарно-гигиенических условиях выжившие микробы могут переселиться в ближайший источник воды, что позволит им найти новый дом в новом кишечнике.
Как же все эти бактерии попали в пищеварительную систему? Мы воспринимаем внутренние органы как нечто изолированное. На самом же деле внешняя среда воздействует на них не меньше, чем на кожу. Мы постоянно встречаемся с микробами. Они — на руках, в еде, на домашних питомцах. Вот и наша «трубка» тоже непрерывно с ними контактирует. Некоторые микробы просто проходят через нас, другие остаются на годы и даже на всю жизнь.
Несмотря на огромное количество кишечных микробов, их жизнь непроста. Сначала им нужно пережить кислотную ванну желудка, а затем найти убежище в темной, влажной пещере толстой кишки, в которой обитают тысячи разных видов. Периодически в пещеру прибывает еда, но конкуренция за ресурсы невероятно сурова, и выживание зависит от способности урвать кусок, пока другие не наложили на него свои микробные лапки. Между приемами пищи некоторые микробы выживают, питаясь слоем слизи, покрывающим кишечник.
Жизнь кишечных бактерий всегда подвергалась опасности, но сейчас вопросы их защиты актуальны как никогда, учитывая трудности, с которыми им пришлось столкнуться в современном «цивилизованном» мире.
