Второй мозг человека

Мы уже публиковали интервью с руководителем группы микробной биотехнологии кафедры микробиологии биологического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова Андреем Шестаковым, посвященное созданию уникального микробного препарата для утилизации нефтяных загрязнений северных морей в Арктическом регионе. Но микробы, считает Шестаков, способны дать ответ на очень многие вопросы, возникающие при решении тех или иных задач. Вот почему он занимается не только утилизацией загрязнений, но и созданием с помощью микробов разнообразных и весьма полезных для человека продуктов питания. Микробы разные, а подходы к их изучению и использованию — похожие. Но начали мы с главного вопроса: о роли микробов в жизни человека.

— Вы как-то назвали микроорганизмы, которые присутствуют в человеке, вторым мозгом. Вы не могли бы пояснить эту мысль?

— Это очень интересная тема, я бы даже сказал, что очень модная в последнее время. Есть такое выражение: «ось мозг — кишечник». Появилось множество теорий о том, чем мы думаем, чем руководствуемся. Дело в том, что у нас в организме есть ряд регуляторных систем, и одна из них — гормональная, вырабатывающая адреналин, норадреналин, дофамин и так далее, которые влияют на наше поведение и регулируют психологическое состояние. Но и микроорганизмы, которые содержатся в толстом кишечнике, тоже выделяют молекулы, которые очень похожи на те молекулы, которые регулируют наше настроение, или практически идентичны им. На животных было, например, показано, что многие проблемы, связанные с депрессией, вызваны нарушениями в микробиоте. Кстати, это относится не только к тем микробам, которые живут у нас в кишечнике, но и к тем, которые живут в почве и вообще могут находиться где угодно.

Но, конечно, не надо думать, что решения мы принимаем кишкой. Просто это один из факторов нашего реагирования на какую-либо пищу. То, что нам что-то нравится или не нравится, на самом деле нравится или не нравится не нам, а микробам, которые находятся у нас в кишечнике.

А в кишечнике их колоссальное количество: больше десяти тысяч разных видов микробов. И количество их клеток примерно в десять раз больше, чем количество клеток самого человека, просто они маленькие, поэтому умещаются в толстой кишке.

Мы, конечно, не как корова, которая все получает прежде всего из микробов, — у нас есть верхние отделы кишечника, в которых мы перерабатываем значительную часть того, что съедаем, при помощи других реакций. Но то, что мы не можем там переварить, проваливается в толстую кишку к микробам. И микробы, переваривая это, вносят огромный вклад в наше здоровье, синтезируя различные витамины, аминокислоты. Одна из очень важных функций предпоследнего раздела нашего толстого кишечника — всасывание жидкости. Вся жидкость, которая попадает к нам в кишечник, по большей части всасывается именно в толстой кишке, в которой обитает колоссальное микробное сообщество. И все то, что это микробное сообщество продуцирует, вместе с этой жидкостью попадает к нам в организм.

В идеале для поддержания своего здоровья и самочувствия мы должны эти микроорганизмы, которые называют пробиотиками, кормить, за ними следить. А для этого нам нужна растительная пища, то есть такие компоненты, которые могли бы дойти до толстой кишки, то, что называется пребиотиками. А у большинства из нас, как правило, необходимый баланс пробиотиков и пребиотиков нарушен.

— Вы сказали, что часть пищи переваривается в желудке, то есть переваривается не микробами, а в ходе каких-то химических реакций…

— Сначала во рту мы все расщепляем механически. Потом это попадает в желудок. Там очень кисло. И на все это набрасываются ферменты. Это такие белковые машины, которые режут большие молекулы на маленькие. Этот процесс активно продолжается в тонком кишечнике, который идет после желудка. Но есть ряд компонентов, в том числе грубая растительная пища, так называемая клетчатка, для которой у нас нет таких ножниц. И все это неперевариваемое проваливается дальше в толстую кишку, в которой наступает праздник жизни для микробов. Если в желудке очень кисло, а в тонком кишечнике очень щелочная среда, то в толстом кишечнике нейтральная среда, и там живет колоссальное количество микроорганизмов.

Довольно долго растительную пищу, клетчатку, диетологи считали балластной и никому не нужной. Но сейчас они пришли к пониманию, что клетчатка — это важный компонент питания микробов у нас в кишечнике, которые могут переварить все.

Если взять все те реакции, которые происходят в живой природе и составить их огромный список, то 99 процентов из них осуществляют микробы.

— А представим себе человека, у которого в толстой кишке исчезли все эти микробы. Как это скажется на его здоровье?

— Это будет человек, у которого очень плохое здоровье. Он может сохранить жизнедеятельность. Но здоровой такая жизнь человека не будет. Он будет затухать. Убийство наших микробов — это классическая больничная история. Когда человек лежит в больнице, какие бы препараты он ни получал, особенно антибиотики, они убивают его микробы. Поэтому очень важно при любой лекарственной терапии вести коррекцию микробов.

— Пробиотики, о которых вы сказали выше, являются предметом ваших научных интересов. Почему вы их выбрали? Чем они интересны?

— Это тема, которой я начал заниматься еще на четвертом курсе. Пробиотики — это живые микроорганизмы, положительно влияющие на здоровье человека. Впервые к их влиянию на человека обратился Мечников. Он предположил, что люди преждевременно умирают, а в старости плохо живут именно по причине того, что микробы в кишечнике нас отравляют. И он был прав.

Илья Ильич Мечников. Нобелевский лауреат по физиологии и медицине (1908)

Wikipedia

У нас есть микробы, которые нас отравляют, и те, которые нас кормят. И в зависимости от рациона питания, а у большинства он не очень правильный по отношению к микробам, они нас немножко подтравливают. И Мечников предложил бороться с плохими микробами в кишечнике и поддерживать хорошие с помощью молочнокислых бактерий. Правда, кроме этого он предлагал толстую кишку вообще вырезать у человека целиком. Слава богу, это не прижилось. А прижилась теория пробиотиков. И за последние лет двадцать она приобрела широкую популярность в виде всевозможных диет, основанных на кисломолочных продуктах. И не только.

Люди очень давно заметили, что молоко дольше хранится не в виде свежего молока, а в виде кисломолочных продуктов, которых очень много разных. Так же и овощи хранятся дольше, если их подвергнуть квашению. И вяленое мясо. Все эти процессы называются процессами микробной ферментации.

И люди поняли, что если они подвергнут тот или иной продукт такого рода обработке, то храниться он будет дольше. И это зафиксировано абсолютно у всех народов независимо от того, где они обитают и какие используют продукты питания.

Когда эти процессы проходят, в продуктах развиваются микробы, которые для нас безопасны, — пробиотики. Они перерабатывают продукты, выделяя различные кислоты. У нас в кишечнике они делают то же самое.

И наша микробиота эволюционировала вместе с этими продуктами. Мы всегда потребляли, во-первых, большое количество растительной клетчатки. А во-вторых, мы всегда потребляли огромное количество продуктов с микробами, безопасными для нас.

Но с появлением низкотемпературного хранения, с появлением замораживания, с появлением консервантов и прочего нам уже нет необходимости все ферментировать. И вот тут у многих людей начались проблемы, связанные с нарушением микробного баланса. Одно из последствий — проблемы с иммунитетом. Иммунная система работает нормально, когда микробы живут хорошо и их много. И существует легкое напряжение между нашей иммунной системой и нашими микробами. Иммунитет их придерживает, чтобы они дальше толстого кишечника никуда не разбегались. Потому что, если дать им волю, они и нас съедят тоже. Они такие друзья, знаете, на грани. Но если микробов становится мало, то иммунная система начинает бездельничать и бросаться на наши собственные клетки. У нас начинаются всевозможные аутоиммунные заболевания, воспалительные процессы и прочее-прочее. А у детей всякие дерматозы. И вся эта история с модой на продукты функционального питания, кисломолочные продукты — это правильное, корректное возвращение к нашим эволюционным истокам. И сейчас мы можем, взяв у природы все то, что человек уже использовал, взяв эти микроорганизмы, проанализировав их, оценив, кто из них дружественный нам, а кто случайно туда попал, мы можем вернуться к нашему прекрасному сосуществованию с микробами, с продуктами микробной ферментации, но только уже будучи уверены в их безопасности.

Образцы кисломолочных продуктов из кавказского региона

«Жизнь с бактериями. Телеканал Наука»

— Поэтому вы ими и заинтересовались?

— Да. Но еще и потому, что Россия — самый интересный регион с точки зрения продуктов микробной ферментации: у нас много различных территориальных зон и огромный рацион кисломолочных продуктов. На Кавказе прежде всего. В кисломолочных продуктах из разных регионов России мы можем найти огромное количество интересных микроорганизмов. Чем мы, собственно, и занимаемся.

Мы приезжаем в разные регионы, чем они более удаленные, тем лучше. Знакомимся с местной культурой приготовления продуктов, забираем образцы, доставляем их в лабораторию и разбираем на составные части. Находим интересные микроорганизмы. Из этих интересных микроорганизмов уже конструируем новые. Это называется стартовые культуры.

А потом мы в какой-либо субстрат, например в молоко, вносим микроб, или несколько микробов, или ассоциацию микроорганизмов и получаем тот или иной продукт с теми или иными свойствами. Эти продукты, кроме того что они интересны с точки зрения питательных веществ, интересны еще и тем, что в них наращиваются микробы. Примерно где-то в тысячу раз в среднем за процесс ферментации их количество увеличивается. А человек, употребляя тот или иной продукт, употребляет его не просто как вкусный и интересный, а еще с такой функциональной нагрузкой.

У нашей лаборатории много разных проектов. В том числе нефтяной проект, о котором я вам рассказывал. Но он такой… «невкусный». А есть кисломолочный проект. Это такая «вкусная» кулинарная микробиология. Как только мы оценили безопасность микробов, мы уже можем дегустировать продукты на их основе. И это действительно очень интересно — вкусовые характеристики продукта, который мы разработали. Молоко одинаковое, а продукты разные. Продукты разные, потому что разные микробы. С разным вкусом. И мы можем комбинировать микробы. Этот микроб дает кислинку, этот более сладкий, а у этого плотный, тяжелый вкус. Мы понимаем их метаболизм смотрим на совместимость. Складываем и получаем и функциональный, и вкусовой купаж, если можно так сказать.

— А у этого вашего интереса есть какой-то практический выход? Вы предлагаете какие-то продукты, которые можно запустить в производство?

— Да, и они уже запущены. Мой первый биотехнологический опыт: мы составили очень интересный консорциум микроорганизмов, он до сих пор в работе. Но мы думали, что заводы с удовольствием будут эту нашу закваску покупать. Оказалось, что это не так. Мы думаем, что наш продукт уникален, он лучше всех и всем нужен. А оказывается, что с точки зрения бизнеса все гораздо жестче. И мы поняли: чтобы нас не убило разочарование в конце огромного пройденного пути, нужно начинать разработку с обратной стороны: для того чтобы проект взлетел, нужно сначала понять, куда он приземлится с точки зрения бизнеса.

Для питания космонавтов используют ряд пробиотических препаратов

agronews.com

— Так ваш продукт нашел применение в конце концов?

— Пока для питания космонавтов. Дело в том, что у космонавта, когда он находится на орбите, где нет гравитации, происходит перераспределение жидкости в брюшной полости. В нашей обычной жизни мы по большей части находимся в вертикальном положении. И жидкость находится в нижней части нашей брюшной полости. А в космосе она распределена равномерно. Это вызывает ряд нарушений, в том числе в микробиоте. И конечно, было бы здорово корректировать эти нарушения. Сейчас для этого используют ряд пробиотических препаратов. Есть несколько путей использования пробиотиков: в виде продуктов питания или в виде, условно скажем, лекарственных средств. Это капсулы, таблетки, порошки и прочее. Или в виде жидкости либо сиропчиков.

Но оказалось, что лучше всего пробиотические микроорганизмы потреблять в виде продуктов питания. Если мы применим их в виде порошка, то микроорганизмы проснутся либо в кислоте желудка, либо в тонкой кишке в щелочной среде. И 99 процентов из них погибнет. Поэтому в препараты, как правило, набухивают микробов гораздо больше, чем нужно организму, чтобы хоть этот жалкий один процент сработал. А в продуктах питания микробы гораздо лучше выживают и оказывают гораздо больший эффект на здоровье человека.

Но доставлять свежий йогурт космонавтам каждое утро пока невозможно. Поэтому у нас возникло достаточно простое предложение, которое мы обкатали технологически. Мы готовим кисломолочный продукт не четыре часа, как это необходимо на Земле, а примерно три. А после применяем специальный метод — лиофилизацию или сублимацию, получаем сухой порошок и помещаем его в специальные пакеты, из которых космонавты пьют соки, чай, кофе. И есть устройство, откуда они берут воду. Они его называют самовар, где горячая и холодная вода. И им достаточно влить в наш пакет теплую воду. Через полтора-два часа максимум они получают полноценный кисломолочный продукт.

Проблема в том, что космическая радиация очень здорово влияет на микробы и они меняются. Поэтому нельзя просто взять те микробы, которые мы используем на Земле, и накормить космонавтов. Совместно с Институтом медико-биологических проблем мы провели эксперимент по влиянию космической радиации на наши микробы, которые были тридцать дней на спутнике на орбите. Это был такой Ноев ковчег: рыбы, грызуны, растения и наши микробы. Испытания прошли замечательно. Мы с нежностью храним чашки Петри и пробирки, которые были в космосе. И на каких-то конкурсах дарим их иногда студентам-победителям. Сейчас готовимся к использованию этого продукта уже на МКС. Нам в этой истории очень здорово помог советами Сергей Рязанский, выпускник биологического факультета, который заканчивал кафедру вирусологии, а сейчас работает научным сотрудником в Институте медико-биологических проблем и уже два раза летал в космос. Он приходил к нам в гости и пробовал продукт.

— А в широкую продажу какой-то из ваших продуктов может поступить?

— Мы попытались. Я не буду называть, естественно, торговых знаков никаких. Это закваска для домашнего применения: вы берете теплое молоко, вливаете туда закваску, держите четыре часа и получаете готовый продукт — вкуснейший, свежий. Причем, приготовив из этой закваски продукт, в дальнейшем уже этот продукт можно использовать как закваску. Один раз купив такой флакончик с сухим порошком, вы можете готовить продукт для себя год-два. С точки зрения бизнеса я бы не сказал, что это что-то серьезное. Но это была хорошая школа для меня.

Параллельно с тем, что я работал в университете, мы снимали квартиру в «хрущевке», где у нас в одной из комнат была лаборатория, в которой мы выращивали молочнокислые микроорганизмы. И там был пройден полный цикл вплоть до получения нормативных документов. По сравнению с нефтяной тематикой, это был, так скажем, просто детский проект. И сейчас мы находимся в его финальной части.

Надо понимать, что если вы хотите, чтобы ваш продукт попал на прилавок, то вам придется заниматься не только наукой, но и этикетками, и флакончиками. Я уже не говорю про техническую документацию, ТУ, согласование в Роспотребнадзоре… Причем когда мы начинали это делать, оказалось, что закваски только заводам можно продавать. А частному потребителю, обычному человеку закваску продать нельзя. И преодолеть это — очень серьезная история. Разработчик, ученый, берясь за бизнес-продвижение своих разработок, должен это понимать.

Но зато опыт, который я приобрел, покрывает все затраты. И даже если бизнесовая часть там не особо взлетает, то опыт был, конечно, оправдан абсолютно. Этому не у кого было поучиться.

— Так это был ваш бизнес?

— То, что я рассказал о заквасочной истории, когда-то было очень неплохим бизнесом. И я 90 процентов времени тратил именно на него. Но я вам скажу так: если вы хоть раз что-нибудь придумали, создали и взяли продукт в руки, после этого вы никогда в жизни не променяете этот путь на что-либо другое, в частности на бизнес. Для меня сейчас самое интересное — это разработка.

Причем я не просто как ученый передал технологу стопку бумаг и пробирку с микробами и на этом закончил. Нет. Мне интересно довести это до стадии внедрения, до получения промышленного продукта. Этот путь мне интересен. Я готов каждый раз начинать эту историю заново и доходить до нового продукта.

— А как вы пришли в биологию? А в микробиологию сразу или уже потом? Я знаю некоторых молодых людей, которые пошли на биофак, потому что любят животных. Вряд ли кто-то из них, поступая, задумывался о микробиологии.

— Все было случайно. Я закончил электромеханический колледж по направлению «робототехника, станки с числовым программным управлением». И мне это сейчас очень здорово помогает. Потому что приходится работать с колоссальным набором различного оборудования. Тем более что по большей части у меня женский коллектив и с техникой есть определенные проблемы.

А поступать на биофак мне посоветовала одна знакомая моей мамы. Она сама закончила биофак. Сначала у меня не получилось. Я поступил только со второго раза. Но вы абсолютно правы в том, что про микробную биотехнологию школьники ничего не знают. Я вижу в целом катастрофическую проблему в том, что школьники вообще себе не представляют, что такое быть физиком, геологом, географом, историком, биологом, абсолютно. И они не понимают, что такое работа ученого. Вот почему мы у себя в лаборатории активно работаем со школьниками.

Школьники из гимназии при МГУ, куда поступают ребята со всей страны, реализуют в нашей лаборатории различные проекты по микробной биотехнологии. Из них у нас сформирована команда, в которой есть те, кто занимается микробиологией, есть инженеры, экономисты. Все как во взрослых биотехнологических проектах. В конце года гимназисты также всей командой защищают проект по микробиологии, инженерии, экономике.

Кроме того, мы совместно с телеканалом «Наука» сделали два цикла передач: первый из трех фильмов называется «Бактерии с Андреем Шестаковым», второй большой цикл из шести фильмов — «Биосфера». В ютьюбе есть часовой документальный фильм «Жизнь с бактериями. Записки о микробиологии».

Школьнику нужно показать, что это за процесс — научная работа, что он собой представляет. Тогда мы получим те самые кадры, которые будут упиваться этой работой. И тогда у них все будет взлетать очень хорошо.