Грудне вигодовування мікробіома

Це відредагований уривок із “Я містять у собі безліч: мікроби всередині нас і прекрасніший погляд на життя”, який буде опублікований 9 серпня видавництвом Ecco, відбитком видавництва HarperCollins.

Молоко - це інновація для ссавців, спільна для качкодзьобів та панголінів, людей та бегемотів, інгредієнти яких варіюються залежно від потреб кожного виду. Людське молоко - це особливе диво. Кожна мати ссавців виробляє складні цукри, які називаються олігосахаридами, але матері-матері, з якихось причин, видають виняткову різноманітність: до цього часу вчені ідентифікували понад двісті олігосахаридів людського молока або H.M.O.s. Вони є третім за кількістю речовин у жіночому молоці після лактози та жирів, і їх структура повинна зробити їх багатим джерелом енергії для зростаючих немовлят, але немовлята не можуть їх перетравити. Коли Німець вперше про це дізнався, він був вражений. Чому мати витрачала б стільки енергії на виготовлення цих складних хімічних речовин, якщо вони, мабуть, були марними для її дитини? Чому природний відбір не поклав руку на таку марнотратну практику? Ось підказка: H.M.O.s проходять через шлунок і тонкий кишечник неушкодженими, потрапляючи в товстий кишечник, де живе більшість наших бактерій. Що робити, якщо вони зовсім не їжа для немовлят? Що робити, якщо вони є їжею для мікробів?

Ця ідея бере свій початок на початку ХХ століття, коли дві дуже різні групи вчених зробили відкриття, які, самі того не знаючи, були тісно пов’язані. В одному з таборів педіатри виявили, що мікроби, що називаються біфідобактеріями («Bifs», для своїх друзів), частіше зустрічаються в калі немовлят, яких годували груддю, ніж ті, що годувались з пляшечок. Вони стверджували, що людське молоко повинно містити якусь речовину, яка живить бактерії - те, що пізніше вчені назвали фактором біфідус. Тим часом хіміки виявили, що людське молоко містить вуглеводи, а коров'яче - ні, і поступово збивали цю загадкову суміш до окремих компонентів, включаючи кілька олігосахаридів. Паралельні шляхи зустрілися в 1954 році завдяки партнерству між Річардом Куном (хімік, австрієць, лауреат Нобелівської премії) та Полом Дьорді (педіатр, американець, що народився в Угорщині, адвокат грудного молока). Разом вони підтвердили, що таємничий фактор біфіду і молочні олігосахариди - це одне і те саме - і що вони живлять кишкові мікроби.

До дев'ятнадцятих дев'яностих років вчені знали, що в молоці було понад сотню Х.М.О., але вони характеризували лише декілька. Ніхто не знав, як виглядають більшість із них і які види бактерій вони годують. Загальноприйнята мудрість полягала в тому, що вони годували всіх Bifs однаково, але німецький не був задоволений. Він хотів точно знати, хто такі закусочні та які страви вони замовляють. Для цього він взяв підказку з історії та зібрав різноманітну команду хіміків, мікробіологів та вчених з харчових продуктів. Разом вони ідентифікували всіх Х.М.О., витягли їх з молока та годували бактеріями. І, на жаль дослідників, нічого не зросло.

Незабаром проблема стала зрозумілою: H.M.O.s не є універсальним продуктом харчування для Bifs. У 2006 році група виявила, що цукри вибірково живлять один підвид, Bifidobacterium longum infantis. Поки ви надаєте B. infantis H.M.O.s, він перевершить будь-яку іншу кишкову бактерію. Близькоподібний підвид, B. longum longum, слабко росте на тих же цукрах, а іронічно названий B. lactis, загальний пристрій пробіотичних йогуртів, взагалі не росте. Інший пробіотичний опір, B. bifidum, робить трохи краще, але є вередуючим, безладним поїдачем. Він розбиває декілька HMO і бере вподобані шматки. На відміну від цього, B. infantis пожирає кожну останню крихту, використовуючи групу з тридцяти генів - комплексний набір столових приборів для вживання H.M.O.s. Жоден інший Bif не має цього генетичного кластера; він унікальний для B. infantis. Людське молоко еволюціонувало, щоб живити мікроб, а воно, в свою чергу, перетворилося на неперевершене ХМО. Не дивно, що це найчастіше домінуючий мікроб в кишечнику немовлят, що годуються груддю.

B. infantis заробляє на своєму утриманні. Перетравлюючи H.M.O.s, він виділяє коротколанцюгові жирні кислоти, які живлять клітини кишечника немовляти. За допомогою прямого контакту B. infantis також заохочує клітини кишечника виробляти адгезивні білки, які ущільнюють проміжки між ними, утримуючи мікроби поза кров’ю, та протизапальні молекули, які калібрують імунну систему. Ці зміни відбуваються лише тоді, коли B. infantis харчується H.M.O.s; якщо натомість він отримує лактозу, він виживає, але не бере участь у жодному повторному аналізі клітин дитини. Іншими словами, весь корисний потенціал мікроба розкривається лише тоді, коли він харчується грудним молоком. Так само, щоб дитина могла скористатися всіма перевагами молока, вона повинна мати B. infantis в кишечнику. З цієї причини Девід Міллс, мікробіолог, який працює з німецькою мовою, насправді розглядає B. infantis як частину молока, хоча і ту частину, яка не утворюється в грудях.

Незрозуміло, чому грудне молоко людини виділяється серед молока інших ссавців. Він містить у п’ять разів більше видів ХМО, ніж коров’яче молоко, і в кілька сотень разів перевищує кількість. Навіть молоко шимпанзе збіднене порівняно з нашим. Міллс пропонує кілька можливих пояснень цієї різниці. Один стосується нашого мозку, який надзвичайно великий для приматів нашого розміру і який неймовірно швидко росте протягом нашого першого року життя. Це швидке зростання частково залежить від поживної речовини, яка називається сіаловою кислотою, яка також є однією з хімічних речовин, що виділяються B. infantis під час їжі H.M.O.s. Цілком можливо, що, підтримуючи цю бактерію добре харчуючись, матері можуть вирощувати більш розумних дітей. Це може пояснити, чому серед мавп та мавп соціальні види мають більше молочних олігосахаридів, ніж одиночні, і більший їх діапазон для завантаження. Життя у більших групах вимагає пам’ятати більше соціальних зв’язків, керувати більшою кількістю дружніх стосунків та маніпулювати більшою кількістю суперників. Багато вчених вважають, що ці вимоги зумовили еволюцію інтелекту приматів; можливо, вони також підживили різноманітність H.M.O.s.

Альтернативна ідея передбачає захворювання. У групових умовах патогени можуть легко переходити від одного господаря до іншого, тому тваринам потрібні кращі способи захисту. H.M.O.s забезпечують один із таких захистів. Коли патоген заражає наші кишки, він майже завжди починається із закріплення на гліканах - молекулах цукру - на поверхнях наших клітин кишечника. Але H.M.O.s мають надзвичайну схожість з цими гліканами, тому патогени іноді приклеюються до них. Вони діють як приманки, віддаляючи вогонь від власних клітин дитини. Вони можуть заблокувати перекличку лиходіїв з кишечника, включаючи сальмонелу; Лістерія; Холерний вібріон, винуватець холери; Campylobacter jejuni, найчастіша причина бактеріальної діареї; Entamoeba histolytica, ненажерлива амеба, яка викликає дизентерію і щороку вбиває сто тисяч людей; і багато вірулентних штамів кишкової палички. H.M.O.s можуть навіть перешкоджати H.I.V., що може пояснити, чому більше половини немовлят, які годують грудьми від заражених матерів, не заражаються, незважаючи на те, що місяцями вживають молоко, завантажене вірусами. Щоразу, коли вчені кидали патоген на культивовані клітини у присутності H.M.O.s, клітини виходили посміхаючись.