Аллергия, атопический дерматит, псориаз, аутоиммунные заболевания — со всем этим жители больших городов, к сожалению, часто сталкиваются с самого рождения. В своей книге «Эпидемия стерильности» научный писатель и журналист Мойзес Веласкес-Манофф рассказывает, почему дети фермеров и жителей бывшего СССР реже страдают от аллергии и почему некоторые микробы и паразиты могут быть нам полезны.
Подобно Эрике фон Мутиус, которая работала в это же время в Германии, шведский микробиолог Бенгт Бьоркстен исходил из предположения, что относительно высокий уровень промышленного загрязнения в Эстонии усугубляет ситуацию с аллергическими заболеваниями. Он считал, что эстонцы в гораздо большей степени подвержены аллергии, чем шведы. Однако в ходе первого исследования (сравнительного исследования аллергического ландшафта) Бьоркстен обнаружил нечто противоположное.
Оказалось, что аллергия есть у каждого третьего шведского ребёнка. Напротив, в Эстонии она была только у каждого десятого ребёнка. Распространённость аллергических заболеваний в странах, расположенных на разных берегах Балтийского моря, отличалась в три раза. Бьоркстен подумал, что допустил ошибку. Однако, когда он узнал о результатах исследований фон Мутиус (аллергия менее распространена в более загрязнённой и густонаселенной Восточной Германии), а также о наблюдениях Дэвида Стрэкана в отношении того, что в Великобритании старшие братья и сёстры реже страдают сенной лихорадкой, это помогло ему понять, что он обнаружил один из вариантов этого же феномена.
Эстонцы жили в более скученных условиях по сравнению со шведами: в эстонских домах приходилось в среднем по 1,5 человека на комнату, тогда как в Швеции — 0,9. Однако если Стрэкан и фон Мутиус, эпидемиологи, изначально искали причины этой закономерности в инфекциях, Бьоркстен, будучи микробиологом, придерживался несколько иной концепции. Он собирался изучить бактерии, находящиеся внутри нас, — микробы, обитающие в желудочнокишечном тракте человека.
Бьоркстен начал с общего сравнения младенцев в двух странах. Различия сразу же стали очевидными. У эстонских детей было больше лактобацилл, чем у их шведских ровесников. С другой стороны, шведские младенцы чаще были носителями патогена Clostridium diffi cile, который иногда вызывает диарею. Этот вывод мог не иметь никакого значения, но один исторический факт наполнил его смыслом.
С конца 50-х до 70-х годов учёные Западной Германии методично классифицировали кишечную микрофлору младенцев. Перечитав работы по этой теме, Бьоркстен понял, что микрофлора детей в современной Эстонии напоминает микрофлору немецких младенцев в 60-х годах. Самое важное наблюдение состояло в том, что с тех пор эта микрофлора существенно изменилась. За два десятка лет профилирования микробных сообществ у младенцев немецкие учёные обратили внимание на такое изменение: с течением времени кишечник младенцев колонизирует всё меньше бифидобактерий. В связи с постепенным уменьшением их количества микрофлора немецких детей стала больше похожа на современную шведскую микрофлору. В какой-то момент этого переходного процесса усилилась эпидемия астмы и аллергии.
У бифидобактерий и лактобацилл сходные функции: обе группы бактерий вырабатывают молочную кислоту; считается, что они обе укрепляют здоровье; кроме того, бактерии обеих групп обитают не только в кишечнике человека, но и в кишечнике всех млекопитающих. Может ли несоответствие между шведской и эстонской микрофлорой объяснить различия в предрасположенности населения этих стран к развитию аллергических заболеваний?
Бьоркстен сравнил детей, страдающих аллергией, и детей, не подверженных развитию аллергии, в обеих странах. Если состав микрофлоры имеет значение, он должен был найти различия между группами, совпадающие с обнаруженными им различиями между странами. Как и следовало ожидать, в обеих странах у склонных к аллергии двухлетних детей оказалось меньше лактобацилл.
Рабочая гипотеза выглядела так: микрофлора с меньшим количеством лактобацилл и других ценных микробов вызывает предрасположенность к аллергии
По непонятным причинам вестернизация привела к сокращению количества этих жизненно важных микробов. Однако в Эстонии, которая почти полстолетия находилась за железным занавесом, сохранилась относительно устойчивая и здоровая микрофлора.
Данные о наследственной микрофлоре (а также о досовременных паттернах колонизации кишечника микрофлорой) поступали также из-за пределов Европы. Подобно эстонским детям, эфиопские новорождённые были носителями большего количества лактобацилл, чем шведы. А в Пакистане, ещё одной стране с относительно низким уровнем распространённости аллергии в 90-х годах, на протяжении первого полугодия жизни младенцев колонизировали энтеробактерии в среднем 8,5 разных видов. Для сравнения: шведы на протяжении всей жизни были хозяевами одного или двух видов таких бактерий. (Неслучайно пакистанские новорождённые были также в большей степени подвержены диарее.)
Безусловно, Бьоркстен не мог быть уверен в том, что аллергия не меняет микрофлору и он видит результаты аллергии, а не ее причины. Для того чтобы исключить такую возможность, он организовал проспективное исследование, в ходе которого наблюдал за детьми в Швеции и Эстонии с момента их рождения. Бьоркстен периодически брал пробы кала, чтобы определить, какие микробы колонизируют кишечник этих детей и когда. Через два года он обнаружил, что у тех детей из обеих стран, кишечник которых реже заселяли энтерококки на протяжении первого месяца и бифидобактерии на протяжении первого года жизни, был более высокий риск развития аллергии в более позднем возрасте.
К этому времени другие группы исследователей сообщили о получении аналогичных результатов. У финских новорождённых, у которых впоследствии возникала аллергия, до появления аллергии было больше клостридий и меньше бифидобактерий. А то, какие именно бактерии первыми колонизировали кишечник ребёнка, как будто задавало тон развитию иммунной системы.
Например, ранняя колонизация бактериями Bacteroides fragilis усиливала выработку таких антител, как иммуноглобулин А, защищающих от аллергии
Было не совсем понятно, почему человеческая микрофлора в странах бывшего Восточного блока настолько уникальна. В эстонских домах пыль содержала в два раза больше эндотоксина, чем в шведских, что свидетельствовало о большем количестве обитающих там бактерий. Однако если в Швеции повышенная подверженность воздействию эндотоксина защищала от аллергии, в Эстонии такой корреляции не было. С каким бы количеством эндотоксина ни контактировали эстонцы в своих домах, они в любом случае были меньше подвержены аллергическим заболеваниям. Что защищало их от аллергии? Бьоркстен предположил, что определённую роль в этом сыграли разные методы производства продуктов питания.
Шведы потребляли больше переработанной пищи. Их фрукты и овощи подвергались частичной стерилизации, необходимой для увеличения срока годности. Напротив, эстонцы ели продукты местного производства, поскольку других просто не было. В Швеции Бьоркстен мог покупать яблоки круглый год — их привозили издалека, даже из Тайваня. Он мог положить такие фрукты в кухонный шкаф, забыть о них, а через несколько недель найти их там в полной сохранности.
С другой стороны, в Эстонии у Бьоркстена была возможность покупать только сезонные фрукты, причём их нужно было съедать за одну-две недели, в противном случае они могли сгнить. В Эстонии фрукты и овощи сохраняли свою естественную микрофлору. Прибавьте к этому обычай заквашивания овощей, который до сих пор практикуют в Эстонии, — и получите ряд возможностей для контактов с микробами, которых в Швеции больше не существует.
Бьоркстен считал, что постоянная подверженность воздействию большого разнообразия микробов, которую он обозначил термином «микробное давление», определяет развитие иммунной системы эстонцев и предотвращает развитие у них аллергических заболеваний. В своём естественном состоянии человеческая микрофлора существует в условиях своего рода «устойчивого хаоса». В этой микрофлоре появляются новые и исчезают старые штаммы бактерий. Однако микрофлора жителей Запада в значительной мере утратила такую динамичность. По словам другого учёного, она стала «аномально устойчивой».
Бьоркстен сформулировал причины такого положения дел в виде гипотезы микробной депривации: вестернизация ограничила подверженность человека воздействию различных микробов, которые либо напрямую колонизируют кишечник, либо просто проходят через него. Именно истощение микробной среды стало причиной предрасположенности вестернизированного населения к развитию аллергических заболеваний.
В Эстонии особый иммунитет
Бьоркстен так и не нашел подтверждения того, что эстонские продукты питания действительно обеспечивают дополнительное микробное давление, но в каком-то смысле ему и не нужно было его искать. Каким бы ни был источник, ученый видел многочисленные свидетельства более сильной микробной активации работы иммунной системы у жителей Эстонии. С самого раннего возраста иммунная система эстонцев шла по другому пути развития по сравнению со шведами.
Хотя эстонские дети, как и их шведские ровесники, в большом количестве вырабатывали аллергические антитела (IgE), реагирующие на белки в окружающей среде, а содержание IgE в их крови постоянно увеличивалось до пяти лет, сыпь, которая появлялась после кожных инъекционных проб, сокращалась за тот же период. Наличие аллергических антител у этих детей не перерастало в клиническую аллергию. Другими словами, причиной резистентности эстонцев к аллергии была не столько более слабая сенсибилизация, сколько более развитые регуляторные механизмы.
На протяжении первых двух лет жизни эстонцы постепенно учились игнорировать аллергены. С другой стороны, шведские дети становились всё более чувствительными к ним
Чем можно было объяснить такое расхождение? Бьоркстен обратил внимание на первый источник иммунологических сигналов — мать ребенка. На протяжении многих десятилетий ученым было известно, что грудное молоко содержит антитела, обеспечивающие пассивный иммунитет у грудных младенцев. Теперь же они узнали, что, помимо передачи защиты от патогенов, грудное молоко передает также сообщение, записанное в сигнальных молекулах иммунной системы. Эти сигнальные молекулы сообщали ребенку, в какой степени и к чему он должен быть готов в текущей среде обитания.
Сравнив, чем отличается эта информация в Эстонии и в Швеции, Бьоркстен обнаружил, что грудное молоко эстонских женщин отражает совсем иную картину, чем молоко шведских женщин. Оказалось, что в Эстонии самое первое молоко, которое появляется у женщины (молозиво), содержит больше противовоспалительных цитокинов IL-10 и предотвращающего аллергию гамма-интерферона, чем в Швеции. С другой стороны, в молозиве шведских женщин было относительно более высокое содержание молекул IL-13, способствующих развитию аллергии. Грудное молоко, которое выделялось у эстонских женщин после молозива, также содержало относительно много IgA, что было прямым доказательством повышенного микробного давления. Можно ли воспроизвести иммунный профиль эстонского грудного молока посредством интервенции?
Бьоркстен ввел беременным шведским женщинам штамм лактобациллы L. reuteri. (Исследователи бактерий изначально выделили этот штамм из грудного молока крестьянки из перуанских Анд.) Иммунный профиль будущих шведских матерей, получивших этот штамм, изменился (у них увеличилось количество IL-10 и немного сократилось количество TGF-бета), а два года спустя дети, питавшиеся молоком этих матерей, были в меньшей степени подвержены развитию аллергии по сравнению с контрольной группой. Однако следует отметить, что введение пробиотиков не привело к увеличению количества IgA. Бьоркстену не удалось полностью воспроизвести иммунологический профиль эстонского грудного молока, и нам следует проанализировать причины.
Эксперименту Бьоркстена предшествовало десятилетие клинических испытаний пробиотиков — штаммов бактерий, которые преподносили как средство укрепления здоровья и улучшения самочувствия.
На начальном этапе некоторые исследования показали, что пробиотики помогают предотвратить младенческий атопический дерматит
Введение лактобацилл беременным финским женщинам со склонностью к аллергическим заболеваниям, а затем и их новорожденным детям в два раза сокращало риск развития младенческого атопического дерматита в двухлетнем возрасте. Результаты обследования этих детей в возрасте семи лет подтвердили, что у них сохранилась защита от этого заболевания кожи. Однако к тому времени появился тревожный побочный эффект: теперь среди членов группы, получавшей пробиотики, чаще встречалась астма и аллергический ринит по сравнению с участниками исследования, не получавшими пробиотики.
Немецкие ученые также сообщили о получении тревожных результатов. После введения пробиотиков беременным и новорожденным на протяжении шести месяцев они обнаружили, что в этой группе участников исследования повысился риск бронхиальной обструкции. А австралийские ученые обнаружили более высокую подверженность аллергии на коровье молоко у детей, получавших пробиотики.
Чем можно было объяснить такое расхождение результатов? В этих исследованиях использовались разные виды бактерий. Вполне возможно, что прием бактерий каждого вида оказывает специфическое воздействие. Протоколы терапии пробиотиками также отличались. Некоторые исследователи вводили пробиотики только матери, другие — матери и ребенку, а третьи — только ребенку. Кроме того, использование живого организма — это изначально непредсказуемый процесс, одна из причин того, почему таблеточный подход (в соответствии с которым выделяется основное вещество, обеспечивающее обмен данными с иммунной системой, и выполняется его очистка) сохраняет свою привлекательность.
Однако эти противоречивые результаты могут также указывать на существование более серьезной проблемы в связи с применением пробиотического подхода. Формула пробиотика обычно включает в себя один или несколько штаммов бактерий. Безусловно, было бы настоящим чудом, если бы ученые смогли выделить именно ту бактерию, которая необходима для восстановления равновесия иммунной системы человека, однако наука неоднократно подтверждала важность разнообразия. «Верить в то, что одна бактерия может быть панацеей — это, пожалуй, несколько наивно, — сказал мне Бьоркстен. — В некоторых случаях снижение подверженности аллергии связано с бифидобактериями, в других — с лактобациллами. Однако все без исключения исследования говорят о том, что у детей, склонных к аллергии, уровень разнообразия ниже».
Новая технология генетического секвенирования, которая появилась и стала доступной в середине 2000-х годов, позволила Бьоркстену увидеть это разнообразие с невозможной ранее четкостью. Он нашел исходную группу шведских детей (которые стали теперь на пять лет старше), колонии микробов которых сравнивал в свое время с колониями эстонских детей. Анализ показал, что у членов этой группы с самым низким уровнем предрасположенности к аллергии в начале жизни было самое большое разнообразие бактерий. Кроме того, в слюне этих детей оказалось самое большое количество IgA64. По всей видимости, воздействие большого разнообразия микробов могло бы изменить динамику надвигающегося обострения аллергии.
У детей, чувствительных к аллергенам в начале жизни, был неблагоприятный прогноз в отношении аллергических заболеваний. Однако Бьоркстен обнаружил, что, если до одного года в слюне таких детей повышалось содержание IgA (признак наличия более разнообразной микробиоты), к четырехлетнему возрасту у них существенно снижалась вероятность развития бронхиальной обструкции. Безусловно, в Эстонии содержание IgA увеличивалось у детей раньше, чем в Швеции, что было следствием более сильного микробного давления в этой стране. Так появилась объединяющая теория.
В Швеции дети с самым высоким разнообразием микробных сообществ были также в большей степени подвержены воздействию эндотоксина дома. Как правило, у них было больше инфекций, что, как теперь считал Бьоркстен и другие исследователи, связано с истинным защитным фактором — микробным обогащением. Кроме того, многие из этих детей принадлежали к большим семьям. Возможно, такие факторы, как «эффект старших братьев и сестер», «фермерский эффект» и «карельский ответ» (как я его называю), отображают не только подверженность воздействию более широкого спектра микробов извне, но и формирование более богатой микробной экосистемы внутри.
Так что…