Научная, удивительная и полезная информация!

ГРУДНОЕ ВСКАРМЛИВАНИЕ МИКРОБИОМА

Молоко — новшество млекопитающих, общее для утконосов, людей и гиппопотамов, его ингредиенты варьируются в зависимости от потребностей каждого из видов. Человеческое молоко является особым чудом. Каждое млекопитающее производит сложные углеводы, так называемые олигосахариды, но люди, по какой-то причине, в большом количестве и исключительном разнообразии: ученые уже выявили более двухсот олигосахаридов человеческого молока (ОЧМ). Они являются третьим по количеству компонентом в грудном молоке, после лактозы и жиров, а их структура могла бы сделать их богатым источником энергии для выращивания детей. Но дети не могут переварить их! Когда Герман впервые узнал об этом, он был ошеломлен. Почему мать затрачивает столько энергии для производства этих сложных химических веществ, если они, очевидно, бесполезны для ее ребенка? Почему естественный отбор не остановил такую расточительную практику? Вот подсказка: ОЧМ проходят через желудок и тонкий кишечник целыми и невредимыми, оседая в толстой кишке, где живет большинство наших бактерий. Что если они не являются пищей для младенцев вообще? Что если они являются пищей для микробов?

Эта идея уходит к началу двадцатого века, когда две очень разные группы ученых сделали открытия, которые, без их ведома, были тесно связаны между собой. В одном лагере педиатры обнаружили, что микробы, названные бифидобактериями, были более распространены в кале младенцев на грудном вскармливании, чем на искусственном. Они утверждали, что человеческое молоко должно содержать некоторое количество вещества, которое питает бактерии. То, что позже ученые назвали бифидус фактор (Bifidus factor). В то же время, химики обнаружили, что человеческое молоко содержит углеводы, которых нет в коровьем молоке, и постепенно расщепили эту загадочную смесь до отдельных компонентов, в том числе нескольких олигосахаридов. Параллельные трассы встретились в 1954 году, благодаря партнерству между Ричардом Куном (Richard Kuhn, австрийский химик, лауреат Нобелевской премии) и Полом Гьорджи (Paul Gyorgy, американский педиатр венгерского происхождения, сторонник грудного молока). Вместе они подтвердили, что таинственный бифидус фактор и олигосахариды молока это одно и то же, и что ими питаются микробы в кишечнике.

К девяностым годам двадцатого века ученые знали, что ОЧМ более ста, но охарактеризовали лишь немногие из них. Никто не знал, на что большинство из них были похожи или какие виды бактерий ими питаются. Здравый смысл говорил, что все они питаются одинаково, но Герман не был удовлетворен. Он хотел точно знать, кто из обедающих какие блюда заказывает. Чтобы сделать это, он взял пример из истории и собрал разнообразную команду химиков, микробиологов и специалистов в области пищевых продуктов. Вместе они определили все ОЧМ, выделили их из молока, и кормили ими бактерии. И, к огорчению исследователей, ничего не росло.

Вскоре стало ясно, в чем дело: ОЧМ не универсальная пища для бифидобактерий. В 2006 году ученые обнаружили, что углеводы избирательно питают один подвид, Bifidobacterium longum infantis. До тех пор, пока B. infantis достаточно пищи в ОЧМ, она будет вытеснять любую другую кишечную бактерию. Близкородственный подвид, B. longum longum, слабо растет на тех же самых углеводах, а иронически названный B. lactis, который используется в производстве пробиотических йогуртов, не растет вообще. Другой основной пробиотик, B. bifidum, растет немного лучше, но это суетливый, грязный едок. Он разрушает несколько ОЧМ и берет подходящие ему куски. В противоположность этому, B. infantis пожирает каждую последнюю крошку, используя кластер из тридцати генов — полный набор столовых приборов для еды. Ни одна другая бифидобактерия не имеет этого генетического кластера. B. infantis уникальна. Человеческое молоко эволюционировало, чтобы питать бактерию, и она, в свою очередь, превратилась в абсолютную потребительницу ОЧМ. Неудивительно, что она часто доминирует в микробиоме детей на грудном вскармливании.

B. infantis получает свою пищу. Переваривая ОЧМ, она выделяет жирные кислоты с короткой цепью, которые питают клетки кишечника младенца. Через непосредственный контакт B. infantis также стимулирует клетки кишечника на то, чтоб строить склеивающие белки, которые перекрывают зазоры между клетками, предупреждая попадание микробов в кровоток, и противовоспалительные молекулы, которые настраивают иммунную систему. Эти изменения происходят только тогда, когда B. infantis питается ОЧМ. Если она получает лактозу вместо этого, она выживает, но не взаимодействует с клетками ребенка. Другими словами, полный потенциал полезной бактерии доступен только тогда, когда она питается грудным молоком. Соответственно, чтобы ребенок мог получить всю пользу, которую способно дать молоко, он должен иметь B. infantis в кишечнике. По этой причине Дэвид Миллс (David Mills), микробиолог, который работает с Германом, на самом деле видит B. infantis как часть молока, хотя эта бактерия и не исходит из груди.

Непонятно, почему человеческое грудное молоко выделяется среди молока других млекопитающих. Оно имеет в пять раз больше типов олигосахаридов чем коровье, кроме того само количество их в несколько сот раз больше. Даже молоко шимпанзе бедное по сравнению с нашим. Миллс предлагает несколько возможных объяснений этой разницы. Одно из них связано с нашим мозгом, который намного больше, чем у приматов нашего размера, и который растет невероятно быстро во время первого года нашей жизни. Этот быстрый рост частично зависит от питательного вещества под названием сиаловая кислота, которое также происходит от одного из химических веществ, выделяемого B. infantis в процессе поглощения ОЧМ. Вполне возможно, что, позволяя этой бактерии хорошо питаться, матери делают детей умнее. Это могло бы объяснить, почему у обезьян социальных видов больше олигосахаридов молока, чем у одиночных, и они разнообразнее. Жизнь в больших группах требует запоминания большего числа социальных связей, общения с большим количеством разных друзей и учета большего числа соперников. Многие ученые считают, что эти требования простимулировали эволюцию интеллекта примата; возможно, они также подпитываются разнообразием ОЧМ.

Другая версия связана с болезнями. В условиях тесной группы патогены могут легко передаваться от одного хозяина к другому, так что животные нуждаются в более эффективных способах защитить себя. ОЧМ обеспечивают один из видов такой защиты. Если патоген заражает наши кишки, это почти всегда начинается с фиксации на гликанах — молекулах сахара — на поверхности клеток нашего кишечника. Но ОЧМ имеют поразительное сходство с этими гликанами, поэтому возбудители иногда цепляются к ним. ОЧМ выступают в качестве приманок, приняв на себя нападение и отвлекая патогены от собственных клеток ребенка. Они могут блокировать распространение инфекции, в том числе сальмонеллы, листерии, холерного вибриона, а также Campylobacter jejuni, которая является наиболее частой причиной бактериальной диареи. Они останавливают размножение ненасытной дизентерийной амёбы, которая ежегодно убивает сотни тысяч человек; и многих вирулентных штаммов кишечной палочки. ОЧМ может даже быть в состоянии препятствовать ВИЧ, и это может объяснить, почему большая часть младенцев инфицированных кормящих грудью матерей не заражается, несмотря на питье зараженного вирусом молока в течение нескольких месяцев. Каждый раз, когда ученые натравливали патоген на культивируемые клетки в присутствии ОЧМ, клетки выходили из схватки с улыбкой.

Отрывок из еще неопубликованной книги под названием

«Я содержу множества: микробы внутри нас и грандиозная картина жизни»,

размещенный на сайте The New Yorker.

Автор — Эд Йонг, ученый-писатель из Лондона.

Перевод Виктории Лебедь.

Источник: http://amp.gs/YCtm