Путем пармезана

Молочные реки — что несут они нам? Пищу, конечно, а новорожденным к тому же — первые антитела и первые кишечные бактерии.

Младенцы появляются на свет с чистым кишечником, его микробное сообщество постепенно формируется уже после рождения. Долгое время считали, что бактерии попадают в организм новорожденного извне: из вагины матери или из микробного сообщества ее кала, а грудное молоко стерильно. Но оказалось, что и молоко вносит свой вклад в формирование младенческой микрофлоры.

Иллюстрация Елены Станиковой

Несколько лет назад итальянские специалисты под руководством профессора Пармского университета Марко Вентуры и примкнувший к ним профессор Национального ирландского университета в Корке Доу ван Виндерен исследовали образцы фекалий матерей и их младенцев, а также грудного молока. Из полученных проб выделили ДНК и проанализировали последовательности генов 16S рибосомной РНК (рРНК): она есть только у бактерий, причем ее последовательности у разных видов разные. Определив эти последовательности, а современные методы анализа позволяют делать это быстро и дешево, можно выяснить, какие микроорганизмы присутствуют в образце.

Ученых интересовало происхождение бифидобактерий (Bifidobacterium), которые появляются в младенческом кишечнике одними из первых. Оказалось, что в фекалиях дитяти присутствуют те же штаммы бифидобактерий, что в образцах кала и молока, взятых у его матери. Более того, бифидобактерии, выделенные из материнского молока, имеют ферменты, благодаря которым могут использовать молоко как питательную среду. Исследователи предположили, что кишечные бифидобактерии каким-то образом попадают в молочные железы, а оттуда с молоком непосредственно в кишечник младенца. Там они живут не менее полугода, помогая ребенку подготовиться к переходу на твердую пищу.

Становление первой микробиоты сейчас активно изучают, однако Марко Вентуру и его коллег интересует и другая проблема. Многие люди, выйдя из младенчества, продолжают пить сырое молоко: парнóе из подойника, ледяное из погреба. И если эта жидкость действительно переносит кишечные бактерии, то не обогатит ли человек свою микрофлору микробами коровы или козы? А еще из непастеризованного молока делают сыр, который содержит молочные бактерии. Даже те, кто не пьет сырого молока, такой сыр едят. Может быть, и сыр — переносчик микроорганизмов?

Микробные сообщества сыров хорошо изучены, однако пармских исследователей интересовал не столько состав микрофлоры, сколько ее преемственность: как много кишечных микроорганизмов содержит коровье молоко и какие из них попадают из молока в сыр. Напомним, что в сыре полно бактерий, однако не все они молочного происхождения. Микроорганизмы могут попасть туда из воздуха, из посуды, в которой формуют сыр, и с полок, на которых он вызревает (см. «Химию и жизнь» 2014 №10).

Вопрос о том, какой сыр исследовать, даже не стоял. В Парме и соседней провинции Реджио Эмилия из непастеризованного молока делают знаменитый пармезан. Ученые исследовали состав микробиоты в 168 пробах — навозе, подстилке и молоке 150 коров с пяти разных ферм, а также в свежем сыре, который делают из этого молока. Пармезан выдерживают не менее 12 месяцев, исследователи взяли пробы из сыра первого дня выдержки.

В коровьих фекалиях преобладают типичные анаэробные кишечные микроорганизмы 84 родов, из них 37 родов найдены на подстилке, а 15 попали в молоко. Эти данные подтверждают, что молоко действительно может переносить кишечные бактерии. Не исключено, что они проникают в молочные железы не только изнутри, но и снаружи, когда животные контактируют с грязной подстилкой.

Представители 13-ти родов молочных бактерий оказались в сыре, причем некоторые из них присутствуют также в фекалиях и подстилке. Анализ последовательностей 16S рРНК не позволяет отличить ДНК живых и мертвых бактерий, однако при производстве пармезана молоко термически не обрабатывают, поэтому микроорганизмы должны быть живы. Основную микробиоту пармезана составляют бифидобактерии и бактерии семейства Lachnospiraceae.

В дальнейшем исследователи сосредоточились на роде Bifidobacterium, поскольку последовательности его ДНК прекрасно изучены и позволяют отличать разные виды и даже разные штаммы одного вида. В частности, и в навозе, и в молоке нашли B. Longum — один из видов кишечных бактерий, которые получает младенец с материнским молоком. Эта находка подтверждает, что бифидобактерии могут колонизировать широкий круг млекопитающих и адаптироваться к разнообразным условиям.

Самый многочисленный вид, B. mongoliense, составляет примерно треть популяции всех бифидобактерий свежего пармезана. B. mongoliense найден и в сыром молоке, и на каждом этапе производства сыра. Причем анализ ДНК показал, что в сыре присутствует тот же штамм бифидобактерий, что и в коровьем навозе. Назвали его BMONG18. Путь этих бактерий из кишечника коровы в сыр по молочной реке не вызывает сомнений.

Профессор Вентура с соавторами выделили из разных субстанций клетки BMONG18 и выращивали их на специальных средах. Оказалось, что в геноме штамма есть последовательности, ответственные за переработку углеводов молока, в том числе за расщепление его олигосахаридов. А когда он растет на коровьем молоке, у него активизируется работа шести генов, способствующих колонизации человеческого кишечника. Значит, штамм приспособлен к росту на молоке, и эта питательная среда помогает ему устроиться в организме пьющего. Кстати, B. mongoliense входит в состав микробиоты многих созревших сыров, так что он — отличный кандидат, чтобы проверить, могут ли коровьи бактерии колонизировать человеческий кишечник.

Для проверки исследователи пригласили 20 здоровых добровольцев. Их кишечная микрофлора не содержала B. mongoliense. Испытуемых попросили ежедневно в течение недели съедать 45 г свежего пармезана, для чего снабдили порциями сыра с BMONG18 одной и той же фермы. При этом первые 10 испытуемых выпивали по 200 мл пастеризованного молока каждый день в течение пармезанового курса и еще семь дней после окончания. Следующие 10 человек во время исследования других молочных продуктов не потребляли.

Как и ожидалось, на сырной неделе бифидобактерии появились в фекалиях всех участников (см. рис.). В группе без молока их было примерно вдвое меньше, чем в молочной. Присутствовал тот самый штамм BMONG18 — перепрыгнул с пармезана, а молоко способствовало колонизации кишечника. На 14-й день эксперимента, то есть спустя неделю после удаления сыра из рациона, содержание бактерий снизилось. Тем не менее несколько дней они в человеческом организме прожили. Вместе с ними исследователи обнаружили бактерии Lachnospiraceae и Subdoligranulum. Возможно, эти три группы микроорганизмов кооперируются и покоряют кишечник совместно.

Коровье молоко и сыр пармезан — вот путь, по которому перебираются бифидобактерии из кишечника коровы в кишечник человека

А что если пармезан не свежий, но полежал годик-другой, как ему и положено? Проверили — взяли выдержанный образец все той же фермы и обнаружили в нем тот же штамм BMONG18. Таким образом, B. mongoliense или, по крайней мере, данный его штамм из кишечника производителя попадает в молоко, сплавляется по нему в чан для изготовления сыра, благополучно переживает этот процесс и многомесячное созревание пармезана и колонизирует кишечник потребителя, где существует по меньшей мере неделю. А ежедневное питье коровьего молока помогает бактериям прижиться на новом месте.

Бактерии содержит не только сыр, но и многие другие продукты, которые в процессе приготовления подвергаются бактериальной ферментации, в том числе кефир, йогурт, квашеная капуста. Обычно в одном грамме ферментированного продукта присутствует от десяти тысяч до миллиарда бактерий. Они могут временно поселяться в кишечнике, поэтому появляется все больше данных, свидетельствующих о том, что эти мигранты влияют на структуру и функционирование постоянной микрофлоры.

Как себя в этом отношении проявляет пармезановый B. mongoliense, исследователи пока не знают, но планируют выяснить. Можно предположить, что ничего фатального с человеком не происходит, ведь столько веков мы с пользой и удовольствием едим ферментированные продукты, в том числе и сыр. Межкишечное сообщение коров и людей не вчера открылось. А кого пугает мысль о том, что в нас могут завестись бактерии крупного рогатого скота, тот пусть ест пастеризованные сыры. Они, кстати, дешевле пармезана, хотя далеко не такие вкусные.