То же относится и к синапсам в мозгу. Идеального баланса между запоминанием и забыванием можно добиться только путем разрушения ненужных, бесполезных связей между нейронами, и эта задача возлагается на особую «профессиональную» разновидность фагоцитов.
Сходная судьба и у клеток, которые могут превратиться в раковые. При копировании ДНК происходят ошибки – причем гораздо чаще, чем мы думаем (речь идет о десятках раз в день). И именно клетки иммунной системы, «патрулирующие» организм и выявляющие признаки таких ошибок, постоянно убивают рак в зародыше. Таким образом, терпимость к некоторым чужеродным веществам и нападки на некоторые свои молекулы – это не менее важные задачи, чем уничтожение патогенов.
Так ученым стало понятно, что микрофлора – это не всегда чужое, а часто свое. Представители микрофлоры даже обладают тем же типом «предательских» молекул, покрывающих их внешнюю поверхность, по которым иммунная система обычно распознает патогены. И все же есть в этих микробах нечто такое, что командует иммунной системе: этих не тронь!
Находящиеся в ЖКТ иммунные клетки – это значительная часть иммунной системы человека. Для сравнения: в стенке пищеварительного тракта их больше, чем в крови или в костном мозге. Есть простая причина, объясняющая такое скопление иммунных клеток в этом месте: желудочно-кишечный тракт первым подвергается воздействию потенциально смертельных микроорганизмов, содержащихся в продуктах, которые мы едим. Иммунная система, сосредоточенная в ЖКТ, способна обнаруживать и уничтожать отдельные виды опасных бактерий, попадающих в пищеварительную систему с загрязненной пищей или водой.
В состав множества иммунных клеток входят специализированные клетки, известные как дендритные: они располагаются во внутренней оболочке пищеварительного тракта. Дендритные клетки имеют щупальца, направленные вглубь ЖКТ, где они могут контактировать с группой кишечных микроорганизмов, обитающих вблизи стенки пищеварительного тракта.
В нормальных условиях рецепторы на этих частях клеток различают сигналы, поступающие от безопасных микроорганизмов, сообщая иммунной системе, что все в порядке и от нее не требуется защитной реакции. Иммунные клетки научены правильно интерпретировать мирные сигналы, получаемые от взаимодействий с кишечными микроорганизмами. И наоборот, когда иммунные клетки обнаруживают вредные или потенциально опасные бактерии, они обращаются к иммунной системе, которая отвечает каскадом воспалительных реакций в стенках ЖКТ, чтобы держать под контролем патогенные микроорганизмы.
Недавние исследования показали, что слизь, которая вырабатывается специальными клетками стенок ЖКТ и защищает их поверхность, имеет два слоя: тонкий внутренний, который прочно прилипает к клеткам стенки, и внешний толстый свободный слой. Эти два прозрачных слоя почти невидимы невооруженным глазом, их толщина всего 150 микрон, в полтора раза толще человеческого волоса.
Внутренний плотный слой слизи не позволяет бактериям проникать в стенки ЖКТ, сохраняя поверхность эпителиальных клеток свободной. Наружный слой – место обитания большинства микроорганизмов ЖКТ и сложных молекул, содержащих сахара. Эти молекулы называются муцинами, они служат важным источником питательных веществ для микроорганизмов, особенно когда человек голодает или в его рационе не хватает клетчатки. (В следующей главе я подробно опишу, как нечто подобное происходит в ризосфере корней растений.)
Когда микроорганизмы проникают в защитный слой слизи, которую формирует слизистая оболочка ЖКТ, молекулы стенок их клеток активизируют иммунные клетки, находящиеся под оболочкой, и те выбирают вариант иммунного ответа в зависимости от опасности вторгшегося чужака.
В этом диалоге между микроорганизмами и иммунной системой особое значение имеют липополисахариды. Эти молекулы, компоненты клеточной стенки микроорганизмов, называемых грамотрицательными бактериями, могут повышать проницаемость стенок ЖКТ, облегчая проникновение микроорганизмов в иммунную систему.
Когда воспаление, стресс или избыток жира в пище ослабляют защитные свойства двух естественных барьеров, которые отделяют человека от триллионов микроорганизмов, обитающих внутри пищеварительного тракта, микроорганизмы или их сигнальные молекулы могут в большем количестве проникать через стенку ЖКТ. Получается, что изменения в рационе питания, как следствие изменения в составе микробиома, является пусковым механизмом «хронического воспаления кишечника, а затем и во всем организме.
Так, часть иммунной системы, находящаяся в пищеварительном тракте, еще больше активизируется, и воспалительный процесс может распространиться по организму. Процесс проникновения этих микроорганизмов и их молекул называется метаболическим токсикозом.
Но каким бы образом иммунная система ЖКТ ни обнаруживала микроорганизмы, она всегда отвечает на их появление, производя ряд молекул, называемых цитокинами. Цитокины могут связываться с рецепторами на сенсорных окончаниях блуждающего нерва, воспаляя эту информационную трассу, соединяющую головной мозг и ЖКТ, и отправлять сообщения в жизненно важные участки мозга.
Есть и другой способ действий цитокинов: они могут оказаться в кровотоке, достичь головного мозга, преодолеть гематоэнцефалический барьер и активизировать так называемые микроглиальные иммунные клетки в мозге.
Большое количество произведенных микроорганизмами метаболитов попадают в кровь, где они составляют почти 40 % всех циркулирующих молекул. Многие из них считаются нейроактивными, то есть могут взаимодействовать с нервной системой. Толстая кишка поглощает некоторые метаболиты, перенося их в кровь, еще большее их число попадает в кровь, если у человека повышенная проницаемость стенок кишечника. С кровотоком метаболиты могут добираться до многих важных органов, в том числе и до головного мозга, как это делают гормоны.
Другой важный путь, по которому эти метаболиты подают сигналы головному мозгу, – через содержащие серотонин энтерохромаффинные клетки в стенке пищеварительного тракта. Эти клетки усеяны рецепторами, которые обнаруживают созданные микроорганизмами метаболиты, в том числе метаболиты желчных кислот, и такие короткие цепочки жирных кислот, как бутират, которые поступают из цельного зерна, спаржи или других овощей.
Метаболиты могут отчасти влиять и на то, что мы хорошо себя чувствуем после здоровой пищи, богатой фруктами, цельными зернами и овощами и, наоборот, плохо – после горки жирных картофельных чипсов и порции сильно прожаренной курицы.
Дело в том, что иммунная система человека развивалась не в изоляции. Она никогда не была стерильным набором наростов, трубочек и блуждающих клеток, ожидающих нападения со стороны неизвестного врага. Скорее она «росла и воспитывалась» бок о бок с микробами всех мастей – как с полезными, так и с теми, которые несут разные болезни. Из-за этих тысячелетий «войн и перемирий» иммунная система давно настроена на присутствие микробов.
Теперь становится ясно, что микрофлора оказывает сильнейшее влияние на развитие иммунной системы, резко повышая ее способность бороться с болезнями.
Антибиотики – убийцы микрофлоры
Ученые неоднократно ставили опыты на животных, лишенных микрофлоры. Если животным дают антибиотики, нарушающие нормальный баланс микрофлоры, это приводит к учащению инфекций. Например, после приема антибиотиков мыши уже не могут побороть вирус гриппа, если его вводят через носовое отверстие. Тогда как мыши, не получавшие антибиотиков, остаются здоровыми. Дело в том, что иммунные клетки и антитела, которые выявляют патогены, подлежащие уничтожению, после курса антибиотиков перестают вырабатываться в тех количествах, которые необходимы, чтобы помешать инфекции расползтись и попасть в легкие.
Такой антибиотик, как, например, метронидазол, убивает только анаэробных бактерий – тех, которые не переносят кислорода. Снижение доли анаэробов меняет поведение иммунной системы в целом. Деятельность оставшихся в живых микробов вступает в конфликт с работой тех биохимических соединений, которые производят белок муцин – слизистый секрет для защитного слоя в нашем кишечнике – на основе информации, записанной в человеческих генах. Если этот слой становится тоньше, то всевозможным микробам проще подобраться к стенкам кишечника. Когда они или их химические компоненты «перелезут через забор» и проникнут в кровоток, иммунная система мобилизует свои резервы.
Я постоянно вижу детей из группы часто болеющих, которым якобы для борьбы с лямблиями назначали курсы метронидозола. Это миф, распространенный среди врачей: увидел лямблию в анализе кала – убей ее!
Есть другие наблюдения: некоторые подростки проходят длительный курс лечения антибиотиками от угрей, и они подхватывают простуду и другие заболевания верхних дыхательных путей в два раза чаще, чем пациенты с угревой сыпью, не принимающие антибиотиков.
У малышей, родившихся в Швеции, где уровень аллергии очень высок, обнаружилось гораздо меньшее разнообразие бактерий, чем у пакистанских младенцев. Особенно это касалось группы так называемых энтеробактерий.
Понятно, что уровень гигиены в Швеции намного выше, чем в Пакистане, но ведь пакистанские дети не болели никакими инфекционными заболеваниями. Просто у них внутри жило больше микробов, особенно относившихся к той группе бактерий, которые обитают в кишечнике взрослого человека, а значит, содержатся и в материнских фекалиях, и в целом в окружающей среде.
Возможно, на состав и численность микробов, заселявших изначально пустой кишечник новорожденных младенцев, в значительной мере влияли акушерские методы, применяемые в Швеции, – в том числе обработка наружных половых органов роженицы дезинфицирующими средствами перед родами.
Я не призываю всех жить как в Амазонии или Пакистане, я просто намекаю, что стоит создавать вокруг себя зону охраны естественно живущих в почве и на растениях микроорганизмов.