Путем пармезана

Анина Н.
(«ХиЖ», 2019, №8)

pic_2019_08_42.jpg

Художник Е. Станикова

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.

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.

pic_2019_08_43.jpg

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

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.

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.



Эта статья доступна в печатном номере "Химии и жизни" (№ 8/2019) на с. 42 — 43.

123

Разные разности

07.07.2020 18:00:00

…проект ИТЭР по созданию крупнейшего в мире термоядерного реактора прошел важную веху — на место установлено основание криостата, самая большая и тяжелая часть токамака...

…созданы структуры для фотосинтеза, более эффективного, чем природный, — капли размером с клетку, содержащие мембраны хлоропластов шпината и компоненты ферментативного цикла для синтеза органических молекул из углекислого газа…

…каждая третья женщина европейского происхождения имеет «неандертальский» вариант рецептора гормона прогестерона, связанный с повышенной рождаемостью, более редким кровотечением на ранних сроках беременности и меньшим количеством выкидышей…


>>
20.05.2020 18:30:00

Вакцины – какие, сколько и на какой стадии?

Даже когда острая фаза пандемии COVID-19 закончится и меры карантина больше не будут нужны, сам вирус никуда не денется, а продолжит жить среди нас. Самый эффективный способ от него защититься – сделать вакцину.

>>
18.05.2020 19:00:00

Коронавирусы: в семье не без урода

Найдены молекулярные отличия более патогенных коронавирусов от менее патогенных. Пока не вполне ясно, как эти отличия работают. Но возможно ученые смогут понять, почему настолько похожие инфекционные агенты приводят к таким разным последствиям для человека.

>>
13.05.2020 17:00:00

…из-за снижения транспортных потоков во время пандемии коронавируса уменьшились сейсмические шумы в коре Земли; специалисты считают, что это облегчит мониторинг слабых землетрясений, вулканической активности и других сейсмических событий...

…6 марта с мыса Канаверал стартовала миссия Space X CRS-20, которая доставит на МКС 250 пробирок со стволовыми клетками человека; на протяжении месяца они будут развиваться в кости, хрящи и другие ткани в условиях невесомости...

…по мере того как на рынок выходят художественные произведения, разработанные с помощью генеративных алгоритмов и когнитивной робототехники, встает вопрос об авторском праве на них…

>>
05.05.2020 17:00:00

Смартфон может незаметно передавать секретные сведения посторонним через неучтенную разработчиками прореху на границе между столом и смартфоном. Как же это может быть? Ответ в ходе серии экспериментов получили исследователи из Вашингтонского университета.

>>