Учитывая сильную ассоциацию между изменениями в микрофлоре в раннем детстве и иммунными заболеваниями в дальнейшей жизни, можно спросить: что же такого микробы делают для нас, младенцев, что это так важно? Как уже говорилось в предыдущей главе, микробы помогают нам есть пищу, которую мы не можем как следует переварить, а также борются с бактериями, которые могут нанести нам вред. Об этой их роли мы знали не одно десятилетие, но это лишь вершина айсберга. Как только мы появляемся на свет, и нас начинают колонизировать бактерии, они запускают целую серию фундаментальных биологических процессов в организме. Один из них – развитие иммунной системы, сети клеток и органов, которые защищают нас от болезней.

До того, как ученые начали разбираться в роли микробов для иммунитета, всех врачей и ученых учили, что мы рождаемся с незрелой иммунной системой, которая проходит «тренировку» в маленьком органе под названием вилочковая железа. Там иммунные клетки, которые называются T-лимфоцитами – стратеги нашей иммунной системы, – учатся отличать друзей от врагов. Этот тренировочный лагерь длится всего лишь несколько лет, а затем вилочковая железа исчезает, и все наши иммунные клетки получают соответствующие знания. Иммунологи расшифровали сложную серию механизмов, которые показывают, как именно все это происходит, но не могли ответить на один большой вопрос: как именно вилочковой железе удается «учить» иммунные клетки, какие бактерии полезны, а какие – нет? В конце концов, раз уж мы покрыты микробами с ног до головы (а также внутри и снаружи), причем в основном безвредными, как иммунные клетки узнают разницу? Вилочковая железа не взаимодействует с бактериями – откуда она получает эту информацию? Оказывается, что этот важнейший аспект тренировок происходит не в вилочковой железе, а в кишечнике.

До нашего рождения стенки кишечника наполнены незрелыми иммунными клетками, и, как только мы появляемся на свет, и бактерии начинают заселять новый дом, эти иммунные клетки, словно по волшебству, «просыпаются». Они начинают делиться, меняют тип своей деятельности и даже перемещаются в другие части тела, чтобы там тренировать другие клетки с помощью усвоенной информации. Эксперименты с безмикробными мышами – мышами, которые рождаются и живут в среде, полностью свободной от микробов, – показали, что без микробов иммунная система остается незрелой, небрежной и неспособной к нормальной борьбе с болезнями.

Ученые еще не выяснили, как именно микробы делают все это на молекулярном уровне, но точно известно, что большинство бактерий учат иммунные клетки «терпеть» себя, а вот некоторые бактерии – патогены, вызывающие болезни, – оказывают противоположный эффект. Это вполне логично: если бы наши иммунные клетки стали гонять все бактерии без разбора, то сразу после нашего рождения начался бы неравный воспалительный бой между небольшим числом иммунных клеток и огромным количеством бактерий. На самом деле все совсем не так: несмотря на то, что в кишечнике живет огромное количество бактерий, он остается сравнительно гармоничным и управляемым местом. Это происходит благодаря тому, что микрофлора модулирует иммунную систему, позволяя ей спокойно относиться к большинству микробов.

Многие воспалительные заболевания, например, астма, аллергии и синдром раздраженного кишечника, характеризуются излишне активным иммунным ответом. Зная то, что мы теперь знаем о важности микрофлоры в развитии иммунной системы, мы уже не удивляемся, что эти болезни диагностируются у все большего числа детей. Они по большей части являются следствием современных изменений в образе жизни, которые, в свою очередь, меняют состав микробов, контактирующих с иммунной системой. Есть причина, по которой иммунные клетки ждут микробов, которые придут тренировать их с самого рождения: именно так все происходило миллионы лет и именно так все будет всегда. Нам нужно искать способы изменить современный образ жизни так, чтобы иммунные клетки могли работать нормально.

Еще одна фундаментальная функция микробов – помощь в регулировании обмена веществ. Люди, как и все другие животные, получают энергию из пищи, которая переваривается и впитывается в кишечнике. Бактерии не только помогают нам переварить некоторые виды еды, с которыми кишечник не может справиться самостоятельно, но еще и сами вырабатывают для нас энергию, причем довольно-таки немало. Безмикробные мыши весят значительно меньше, чем мыши, выращенные обычным способом, но после колонизации бактериями их вес увеличивается на 60 %, несмотря на то, что они едят не больше, чем обычные мыши.

Один из механизмов, благодаря которому это происходит, называется ферментацией. Представьте, что толстый кишечник – это биореактор, в котором бактерии ферментируют клетчатку, углеводы и белки, которые не были переварены и усвоены тонкой кишкой. Конечные продукты этого процесса называются короткоцепочечными жирными кислотами (КЦЖК), и три из этих кислот очень важны для различных аспектов энергетического метаболизма человека: ацетат, бутират [1] и пропионат. Клетки кишечника быстро усваивают КЦЖК и используют их в качестве источника энергии. Кроме того, КЦЖК очень быстро попадают в печень, где перерабатываются в важнейшие вещества, участвующие в расходе и хранении энергии. КЦЖК помогают определить, как и когда мы используем энергию, полученную из пищи, и, что еще важнее, будем ли мы хранить ее в виде жира. Таким образом, не стоит удивляться, что изменения в выработке КЦЖК связывают с ожирением, причем и у мышей, и у людей.

КЦЖК вырабатываются не только микрофлорой. Эти компоненты слишком важны для нашего обмена веществ, чтобы мы могли рассчитывать в их производстве только на бактерии. Тем не менее исследования, проводившиеся на пациентах, генетически неспособных вырабатывать пропионат, показали, что примерно 25 % пропионата в нашем теле производится благодаря деятельности кишечных бактерий. Следствия из этого очень важны, если учитывать, что лечение многими типами антибиотиков сильно влияет на производство КЦЖК в кишечнике. Если антибиотики давать в раннем детстве, особенно в первые месяцы жизни, риск долгосрочных изменений в обмене веществ и иммунитете из-за внезапных перемен в микрофлоре заметно повышается.