За эти блага микроорганизмы обеспечивают нас витаминами, участвуют в метаболических процессах обмена сложными перевариваемыми веществами — желчными кислотами, которые вырабатывает печень, и в детоксикации так называемых ксенобиотиков — чужих химических веществ, с которыми организм никогда не сталкивался. Но самое главное — микроорганизмы переваривают пищевые волокна и сложные молекулы сахара, которые пищеварительная система не может сама расщепить или абсорбировать, и тем самым обеспечивают нас дополнительными калориями, которые в противном случае были бы выведены с калом. В доисторические времена люди больше времени уделяли охоте и вообще поиску пищи, они не занимались фитнесом для того, чтобы влезать в узкие джинсы, и дополнительные калории, которые кишечная микробиота извлекала из пищи, помогали людям выжить. Сегодня, когда пищи у нас в избытке, а многие страны захлестывает настоящая эпидемия ожирения, дополнительные калории, которыми обеспечивают нас кишечные микроорганизмы, стали настоящим бременем.

Соблюдение основных условий древнего договора, имеющего обязательную силу, привело к удивительно мирному и взаимовыгодному сосуществованию микроорганизмов с их хозяевами. Оно сохраняется на протяжении миллионов лет, и это удивительное достижение, ведь сами люди в отношениях между собой очень далеки от достижения такой гармонии.

Кишечные микроорганизмы находятся в постоянном общении с желудочно-кишечным трактом, иммунной и энтеральной нервной системами и головным мозгом. Как при любом сотрудничестве, большое значение в этом случае имеют надежные коммуникации. Недавние исследования показали, что сбои в этих разговорах на уровне микроорганизмов могут привести к желудочно-кишечным заболеваниям, в том числе к воспалительному заболеванию кишечника, диарее, вызванной антибиотиками, и ожирению со всеми возможными пагубными последствиями. Эти нарушения коммуникации могут стать причиной развития серьезных заболеваний головного мозга, в том числе депрессии, болезни Альцгеймера и аутизма.

Коммуникации с головным мозгом проходят по нескольким параллельным каналам, в которых используются различные способы передачи информации. К их числу относятся молекулы, которые могут взаимодействовать с головным мозгом, передавая сигналы воспаления, переносить с потоком крови гормоны или попадать в головной мозг в виде нервных импульсов. Коммуникации через эти каналы не изолированы друг от друга, как будет показано далее, между ними происходит большое число перекрестных общений. Микроорганизмы, обитающие в пищеварительном тракте, могут слушать разговоры головного мозга и наоборот. Поток же информации, передаваемой по биологическим каналам, которые микробиота ЖКТ использует для общения с головным мозгом, является очень динамичным.

Количество информации, которой разрешено проходить через эту систему, в значительной степени зависит от толщины и целостности тонкого слоя слизи, выстилающей поверхность пищеварительного тракта, от проницаемости (проходимости) его стенок и от уровня гематоэнцефалического барьера. Как правило, эти барьеры достаточно надежны, и поэтому поток информации от микроорганизмов ЖКТ в головной мозг остается ограниченным. Однако стресс, воспаление, продукты с высоким содержанием жиров и некоторые пищевые добавки могут сделать эти естественные барьеры более проницаемыми.

Чтобы в полной мере понять, чем именно занимаются микроорганизмы внутри нашего тела, на какое-то — очень короткое — время будем условно считать различные каналы коммуникаций микроорганизмов единым проводником информации, похожим на оптиковолоконную линию или кабель, через которую население получает дома услуги интернета. Количество информации, проходящей через этот проводник, может быть разным. Иногда микроорганизмы загружают в него относительно небольшие текстовые документы, и в этом случае объем передаваемой информации будет небольшим, но бывают ситуации, когда они загружают столько данных, сколько содержится в плотно «набитых» информацией видеоклипах.

Однако эта коммуникационная система не всегда работает, как домашний широкополосный интернет. В договоре, который вы заключаете с интернет-провайдером, ограничивается объем информации, которую пользователь может загрузить или скачать за секунду. Ширина полосы пропуска сигнала зависит от того, какой план предоставления услуг вы выбрали — экономичный или более дорогой. Между микроорганизмами ЖКТ и мозгом устанавливается интернет-соединение принципиально другого рода — оно гибкое и не фиксированное, поэтому в стрессовой для организма ситуации скорость передачи данных может резко возрасти, как если бы вы резко переключились с экономичного плана на более дорогой.

Итак, мы добрались до каналов коммуникации между микроорганизмами. Начнем с анализа роли иммунной системы в передаче сигналов между микроорганизмами ЖКТ и головным мозгом. Есть несколько способов, с помощью которых может происходить общение между микроорганизмами, иммунной системой и головным мозгом. В последнее время последствия нарушения взаимодействия между кишечной микробиотой и иммунной системой привлекли к себе внимание специалистов, так как возникающие при этом сбои коммуникации приводят к появлению многих заболеваний головного мозга.

В состав одного средства коммуникации входят специализированные иммунные 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. сенсоры иммунных клеток — это первая линия слежения. В нормальных условиях рецепторы на этих частях клеток (рецепторы распознавания паттернов, они же толл-подобные) 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 эти 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. 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.