Иммигрантам везде приходится нелегко. Эта правда жизни касается и бактерий, которые хотят поселиться в кишечнике. Сначала они попадают в размалывающий механизм, затем преодолевают кислотную ванну, чтобы очутиться в темном, безвоздушном туннеле, который вынуждены делить со многими другими микробами, что делает поиск места более затруднительным. Кроме того, по туннелю регулярно спускается пища, и сложно самому не поддаться общему течению.

Однако необходимо уяснить следующее: несмотря на то что кишечник является внутренним органом, кишечная бактерия все-таки не располагается внутри тела. Внутри очень темно, и пищеварительный тракт представляет собой барьер для внешнего мира, как кожа на кончиках наших пальцев. Это не очень красивая, но наглядная картина. Можно представить себе все это как трубопровод, который проходит через все тело.

Путешествие в верхнюю часть пищеварительного тракта мы совершили в конце предыдущей главы главы. Здесь мы заглянем в места, на которые фактически никогда не падает свет, за исключением случаев, когда у врача имеется очень длинный эндоскоп.

Тогда как желудок заселен сравнительно слабо, численность населения в начале тонкого кишечника значительно увеличивается. Данная область называется двенадцатиперстной кишкой, поскольку ее длина равна ширине двенадцати пальцев. Там обнаруживается приблизительно тысяча микроорганизмов на миллилитр кишечного содержимого. Им приходится нелегко, течение и турбулентность зачастую сильные, вызываемые очень жидкой пищевой массой, которая покидает желудок. Многих микробов сносит этим течением. Такая подвижность течения – неотъемлемая часть динамичного равновесия во всем кишечнике.

Иногда процесс транспортировки нарушается. Если в случае поноса она проходит слишком быстро, экосистеме требуется некоторое время, чтобы снова полностью восстановиться после этого. Если она длится слишком долго, бактерии могут размножаться в чрезмерном количестве.

Избыток питательных веществ также может сильно ускорить рост микробов, что, в свою очередь, может привести к болезням. Так иногда происходит со жвачными животными, если они получают слишком много концентрированного и слишком мало волокнистого корма. Крахмал из злаков может, например, приводить к тому, что молочнокислые бактерии размножаются подобно взрыву и своими кислыми продуктами обмена меняют среду в пищеварительном тракте. Такой ацидоз может быть смертельно опасным для крупного рогатого скота. Существуют рассуждения о том, что у человека слишком большое количество сахара также может вызывать чрезмерный рост бактерий. Это звучит правдоподобно, хотя и необходимо учитывать, что наибольшая часть сахара усваивается быстро в тонком кишечнике, до того как большие бактериальные массы в толстом кишечнике вступят с ним в контакт.

С каждым сантиметром по мере углубления в тонкий кишечник сквозь тощую и подвздошную кишку плотность населения возрастает. Здесь проживают до ста миллионов обитателей на миллилитр, и это не жизнь, а рай. В наличии имеется достаточное количество еды, а конкуренция не так велика. То, с чем не могут справиться человеческие энзимы, бактерии расщепляют. В качестве вознаграждения за полный пансион они производят полезные вещества, например витамин B₁₂, которые вместе с другими питательными веществами и минералами усваиваются клетками кишечника. Даже если бы бактерии здесь не жили, кишечник был бы в состоянии усваивать многие ценные вещества из пищи: жиры, протеины, соль, витамины и простые углеводы, в частности сахар. Для увеличения поверхности всасывания кишечник имеет в своем распоряжении выросты, так называемые ворсинки. Если бы мы расправили их, то смогли бы покрыть почти полностью теннисный корт и тем самым по размеру был бы приблизительно в сто раз больше, чем поверхность нашей кожи.

В месте перехода в толстую кишку бактерии проходят мимо слепой кишки с ее червеобразным отростком. Если он воспаляется, возникает опасность, и в этом случае ему здесь не место. Обыкновенно он считается излишним рудиментом эволюции, который создает только проблемы и может быть устранен без риска. Однако также существует теория о том, что он является своего рода резервуаром. В соответствии с ней он предоставляет микробам надежное убежище, в котором они наиболее защищены от человеческой иммунной системы. Оттуда они могут вновь заселить кишечник после болезни.

В толстой кишке скорость потока и турбулентность уменьшаются, а плотность населения возрастает. Толстая кишка считается самым плотно населенным местом на планете. Большинство ее обитателей может существовать только при отсутствии кислорода. Количество видов снующих здесь бактерий разнится, но обычно более тысячи. При этом разнообразие относительно. Внутри сравнительно немногих родов и семейств обнаруживается очень много видов и штаммов, например бактерий Firmicutes и Bacteriodetes. Эти немногочисленные группы благодаря своим многочисленным вариантам в целом доминируют в кишечнике. При этом также немного ошибочно в случае с ними все-таки говорить о «видах», так как многие микробы, причисляемые к одному виду, несмотря на это, сильно отличаются друг от друга. Так, например, гипотетически существует несколько тысяч вариантов желудочной бактерии Helicobacter pylori, которые чаще всего обозначаются как штаммы.

В толстой кишке оказывается вся пища, которую тело до сих пор не смогло использовать с помощью микробов или без. Бактерии, которые здесь живут, принимаются за неперевариваемый материал, хватают его столько, сколько могут. При этом они производят питательные вещества, которые важны для тела. Чем больше растительных веществ они получают, тем разнообразнее набор микробов в толстом кишечнике. Оставшаяся часть – неперевариваемые волокна, отмершие кишечные клетки, трупы бактерий и бактерии, которые были захвачены потоком, – покидает пищеварительный трубопровод через прямую кишку и анальное отверстие.

Окончание кишечника фактически также является единственной частью, которую мы можем контролировать намеренно. Так или иначе, это очень удобно, поскольку в ходе эволюции навык опорожняться не в любом месте и любое время, а только в том случае, когда представляется непосредственно благоприятная возможность, оказался эффективным.

Однако наибольшая часть кишечника действует в высшей степени автономно. Его мышечные слои, обеспечивающие необходимое движение, пронизаны таким большим количеством нервов, что нередко ученые также говорят о кишечном мозге. С помощью нервных путей и нейромедиаторов он действительно соединяется с центральным органом мышления в голове, но при этом многие решения также может принимать самостоятельно. Кишечный мозг является частью так называемой автономной нервной системы. И это комфортно в той же степени, что и возможность осознанного похода в туалет. Ведь иначе каждый человек был бы вынужден постоянно ломать себе голову над тем, настало ли подходящее время для того, чтобы передать желудочное содержимое в тонкий кишечник или продолжить понемногу транспортировать кашу по толстой кишке.

Человеческое тело в общем и целом поддерживает определенный порядок. Так же как и почти все живые существа в принципе, будь то морской конек у рифа, базилик на подоконнике или даже небольшая дрожжевая клетка. Все они упорядочены. Их сердце, хлоропласты, клеточные ядра – и все остальное от артериальной дуги до клеточной стенки – находятся в нужном месте. Во всех органах каждая ткань находится там, где и должна быть. Жизнь имеет склонность все делить по отделам. Порядок превыше всего.

Похоже, хаос царит только в кишечнике. Все течет, струится, кружится, булькает, хлюпает, иногда даже бурлит. Деятельность перистальтики мускулатуры кишечника состоит в том, чтобы поддерживать постоянное движение. Полный хаос. И все бактериальные клетки, покидающие тело при каждом серьезном посещении туалета, – под напором, несмотря на то что они все же якобы являются по большей части вполне полезными, тоже не производят впечатление хорошо рассортированного лотка разносчика. Наш бактериальный орган, очевидно, организован иначе, чем все остальное в мире живого. Такой себе кипящий «первичный бульон».

Возможно, все же стоит присмотреться к нему немного внимательнее.

Для сравнения посмотрим на то, что по крайней мере физически в нашем теле ближе всего соответствует кишечнику – другая система с более жидким содержанием: кровеносные сосуды. Все течет, струится, кружится, и при этом даже намного быстрее и под более высоким давлением. Вода, эритроциты, лейкоциты самых различных сортов, питательные вещества, минералы, нейромедиаторы, отходы – все это перекачивается сердцем.

О том, что там в этой дикой, красной, бурлящей буре все же не царит настоящий хаос, знает каждый. Именно там эритроциты поглощают кислород или углекислый газ и передают и то и другое туда, где они должны быть. Питательные вещества целенаправленно достигают тканей, где они используются, и там тоже не просто снова уносятся потоком. Отходы и яды в кратчайшие сроки доставляются и внедряются туда, где они могут быть утилизированы наилучшим образом, чаще всего в направлении печени и почек. Иммунные клетки с прицельной точностью находят поврежденное место на большом пальце ноги, чтобы бороться там с инфекцией посредством воспаления и бактериальной терапии. Все состыковывается именно там, где необходимо. В большинстве случаев за это отвечают специальные структуры и молекулы, которые сигнализируют, где это происходит, или просто собирают то, что подлежит использованию в определенном месте.

Трудно вообразить, что наш бактериальный орган в противоположность этому призван функционировать в полном соответствии с принципом случайности: питательное вещество А встречается с бактерией Б, бактерия Б преобразует питательное вещество А в сигнальное вещество Б. Или нечто в этом духе. Или, если питательное вещество А не встречается именно с бактерией Б, значит, не судьба… Это вряд ли звучит рационально. И так как у эволюции в распоряжении и так были десятки миллионов лет времени, было бы очень удивительно, если бы это действительно было так.

Это бы не было оптимальным по совсем иным причинам. В случае когда соответствующее микробное сообщество действительно является столь важным, должны были сформироваться механизмы, которые заботятся о том, чтобы оно не пропало сразу же при выделении газов и жидкого стула. Поскольку опасность существует постоянно. Желудочно-кишечные инфекции известны тем, что они изрядно выводят население кишечника из равновесия.

Основательный практический опыт свидетельствует о том, что кишечные бактерии не только плывут по течению и что они не являются беспомощными перед лицом потока и опасностей, которые временами могут там поджидать. Например, интенсивный прием антибиотиков действительно приводит к тому, что в кишечной жидкости первым делом снижается число бактерий. Однако после того, как антибиотики отменяются, показатели достаточно быстро возвращаются туда, где они находились до приема медикаментов, это касается и количества, и видового многообразия бактерий.

Точные измерения в данном случае показывают, что кишечник в подобных ситуациях не заселяется снаружи заново, однако там начинают повторно размножаться примерно такие же бактериальные штаммы. Исключения составляют случаи очень частого и упорного применения антибиотиков. Быть может, они переживают это в червеобразном отростке слепой кишки, а может быть, в кишечнике наличествуют также другие ниши, в которых бактерии могут защититься. Как, например, слизистая оболочка кишки, усеянная углублениями, это так называемые либеркюновы крипты, названные именем врача и анатома, который первым точно описал их в 1745 году. У основания таких достигающих глубины до 0,4 миллиметра полостей происходит стремительное обновление кишечного эпителия. Здесь располагаются несколько стволовых клеток, которые непрерывно образуют новую ткань. Данные крипты содержат бактерии, и похоже на то, что их присутствие способствует регенерации тканей.

По-прежнему отсутствует ясность в отношении того, как бактерии организовываются в кишечнике, но становится все яснее, что вдоль и поперек кишечника имеет место биологическая география. Неудивительно, что бактериальная смесь в начале кишечника иная, нежели в конце. Напротив, более удивительным было утверждение о том, что население также меняется в поперечном направлении кишечника. На поверхности проживают совсем иные микробы, нежели в полостях эпителия. Опять же иные прячутся в текучем кишечном содержимом, исходя из которого мы приобрели значительную часть знаний о наших сожителях просто потому, что данное содержимое проще всего достать.

Снова и снова обсуждается вопрос о том, насколько информативными в принципе являются исследования, которые основываются на анализах кала.

«Все больше и больше признания получает утверждение о том, что мы имеем дело по меньшей мере с двумя отделами – стулом и кишечной стенкой», – объясняет Штефан Отт, руководитель рабочей группы по изучению бактериальной метагеномики в Университетской клинике Шлезвиг-Гольштейн. Он считает пробы ткани более информативными, чем кал. Поскольку тот может «выглядеть абсолютно иначе на следующий день». Тем не менее иногда наука должна быть прагматичной. Анализы кала можно получить легко и дешево, биоптаты – нет. Взятие анализов кала – при условии соблюдения гигиены – абсолютно безопасно, биоптатов – нет. Мы проводим исследования с тем, что можно достать, и радуемся, если для того или иного эксперимента имеется достаточное количество добровольцев, которые жертвуют кусочком своей кишечной стенки ради науки.

Такое ограничение не делает работу ученых легче. Кишечник и без того является труднодоступной территорией. Большое число его жителей приспособилось к жизни в условиях отсутствия кислорода. Как только они вступят в контакт с воздухом, то умрут. Это означает, что каждую пробу вне зависимости от ее происхождения следует рассматривать строго в анаэробных условиях. С этой проблемой также борются различные симуляторы кишечника, которые в настоящий момент используются в научно-исследовательских целях. В них проводятся эксперименты по культивированию бактерий пищеварительного тракта, чтобы иметь возможность исследовать их в контролируемой системе – пока с весьма ограниченным успехом. Штефан Отт, например, использовал один из самых усовершенствованных искусственных кишечников, чтобы исследовать, какое влияние оказывают анти- и пробиотики на бактерии в искусственно выращенном кале. Реактор в рамках данного эксперимента был загружен анализами кала различных доноров и затем снабжен лекарственными веществами. Из этого можно сделать выводы, что «на сегодняшний день это наилучшее приближение», говорит Отт, но «ни одна система до сих пор не располагает комплексностью кишечника».

Ни одна из таких реакторных систем не располагает порядком, который царит в кишечнике и который также всецело оказывает изрядное влияние на то, что обнаруживается в результате экспериментов. Потому как вполне возможно, что организация кишечника и его микробных жизненных пространств является значительно более сложной, чем мы подозреваем. Может быть, существуют другие ниши и резервуары для бактерий, а также места встречи для микробов и клеток тела и кто знает что еще.

Для систем, которые занимаются чем-либо, представляющим интерес, и при этом не вполне известно, каким образом, а также не известно, какие организационные принципы в них скрываются, кто-то однажды изобрел понятие «черный ящик». Фактически кишечник является не коробкой, а скорее трубопроводом. Но он все-таки по-прежнему представляет собой классическое таинство. При этом в самом начале все было еще вполне прозрачным. Однако это тема для следующей главы.