Резкий аромат мягкого сыра лимбургера многим напоминает неприятный запах потных ног. Один из источников этого запаха — бактерия Brevibacterium linens, вырабатывающая летучее вещество под названием «S-метилтиоэфир». Бактерия образует это соединение, расщепляя жирные кислоты и некоторые аминокислоты.
Химические вещества, вырабатываемые микробами, не только влияют на наше настроение и здоровье, но и обладают коммерческой ценностью. Многие из них используются при изготовлении духов и ароматизаторов. С их помощью даже можно получать запахи, имитирующие ароматы редких растений. Ученые до сих пор пытаются выяснить, какие именно из тысяч ЛОС, содержащихся в шоколаде, ответственны за нашу неодолимую тягу к этому лакомству. Если ЛОС, образуемые микробами, чаще применяются для создания парфюмов, то микробные нелетучие органические соединения, как правило, служат основой приправ, сочетающих в себе приятный запах и вкус.
Замечали ли вы, что одни и те же духи на разных людях пахнут по-разному? Почему так? Потому, что наши микробы определяют значительную часть индивидуального запаха нашего тела. Микробиом, присутствующий на коже каждого человека, уникальным образом сочетается с ароматом тех или иных духов, создавая новую специфическую смесь запахов, которую часто замечают другие люди. Именно поэтому духи на вашей коже обладают совершенно особым запахом, отличающимся от аромата этих же самых духов на коже вашего соседа.
Масляная кислота и бутираты (соли и эфиры масляной кислоты) — одни из важнейших веществ, вырабатываемых микробами, принимающие участие в сигнальной активности головного мозга и иммунной системы. Кроме того, они представляют собой бактериальные вещества, запах которых воспринимается нашим носом. Запах чистого бутирата напоминает вонь человеческой рвоты (фактически он и является главным компонентом рвотных масс). Но слегка модифицированный бутират используется в пищевой промышленности для придания пищевым продуктам вкуса и запаха ананаса. Еще один микробный продукт — пропионат. Баланс выработки кишечными микробами бутирата и пропионата является важным фактором, определяющим развитие ряда НИЗ. В некоторых обстоятельствах бутират способен защищать наше здоровье. Например, у людей со здоровым кишечником уровень микробов, вырабатывающих бутират, высок, а у людей с воспалительной болезнью кишечника он очень низкий. Прием пробиотиков с высоким содержанием бактерий, продуцирующих бутират, способствует восстановлению кишечного слизистого эпителия. Научившись определять уровень бутирата, мы сможем регулировать состав кишечной микрофлоры и ее химических метаболитов.
Выявление микробных метаболитов как способ оценки состояния микробиома приобретает все более важное значение. Возможность их выявления с помощью обоняния дает целый ряд преимуществ. Люди, например, способны почуять бутират в концентрации 10 частей на миллион. Но в деле распознавания запахов мы и в подметки не годимся некоторым животным.
Пушистые детекторы микробиома
Некоторые повадки животных людям кажутся, мягко говоря, неприличными. Кто, например, не наблюдал ритуала приветствия встретившихся знакомых собак, тут же принимающихся рьяно обнюхивать друг друга — особенно под хвостом? Работая в Ветеринарном колледже Корнеллского университета, я часто наблюдал такое поведение, т. к. в клинику приводили много животных. При любой возможности я старался удержать своих собак от такой практики. Но теперь-то я знаю, что к чему! Если собака состоит из «собачьих» клеток всего на 10 %, а остальные 90 % общего количества клеток ее организма приходятся на микробов, что, по вашему мнению, вынюхивают животные?
Анальное и другие отверстия тела — это открытые порталы в мир микробиома. И, обнюхивая другого пса, собака не преминет обследовать своим носом анальное отверстие сородича. Зачем она это делает? Пытается получить ответы на главные вопросы о другом животном: «Кто ты на самом деле?» и «Как твое здоровье?». И, как правило, любопытство собак в этом отношении не ограничивается только сородичами. С помощью обоняния они могут собирать эту информацию о других животных и даже людях. Их нос знает, что делать!
По мнению Саймона Гэдбойса и Кэтрин Рив из канадского Университета Далхаузи, мочевые и каловые метки составляют важную часть собачьей социальной сети. Острый нюх этих животных делает их ценным источником информации. Собаки различают тончайшие нюансы запахов. Это делает их незаменимыми помощниками при поиске мин, наркотиков и следов пропавших людей (в том числе и оказавшихся под завалами в районах бедствий).
Сравнительно недавно собак начали обучать для оказания медицинской помощи. Собаки — диагносты диабета способны учуять малейшие изменения химического состава крови и загодя сообщить своему хозяину о надвигающейся гипогликемии, чтобы тот успел вовремя принять соответствующие меры и избежать смертельно опасной ситуации. Кроме того, собаки могут диагностировать рак толстого кишечника по дыханию человека или запаху образцов его стула. Такие собаки прекрасно знают уникальную химическую «подпись» болезни.
Собаки не только диагностируют рак, но и способны различать многие формы раковых заболеваний. Они отличают рак легких от рака груди, идентифицируют различные формы рака яичников и диагностируют рак мочевого пузыря. Но полный спектр диагностических талантов собак еще не изучен. Возможно, чтобы предупредить своих владельцев о надвигающейся опасности, они руководствуются и какими-то иными, помимо обонятельных, подсказками.
А сегодня собак обучают отыскивать микробов. Если люди чувствуют запах бутирата при его разведении 10 частей на миллион, то собаки выявляют его в тысячи раз меньших концентрациях. Благодаря острейшему чутью собаки — очень ценные и полезные животные.
Одна из причин того, что собаки и другие животные способны обнаруживать специфических микробов и продукты их жизнедеятельности, заключается в том, что микробы питаются особыми веществами и выделяют специфические соединения. Все бактерии, археи и микробные эукариоты выделяют химические вещества настолько уникальными, порой в высшей степени специализированными способами, что впору говорить о «микробных отпечатках пальцев». Биологи и химики называют эти «отпечатки» биомаркерами — признаками того, что в среде присутствует достаточное для выявления количество того или иного микроба. Собаки — лишь один из видов животных, которых можно легко обучить выявлению этих «химических подписей» микробов.
Одна из первых попыток обучить собак обнаруживать запах микробов была связана с бытовыми нуждами: собак тренировали улавливать запах бактерий и плесени в сырых зданиях. В 2002 г. ученые из Национального института здравоохранения (Финляндия) показали, что собак можно обучить отыскивать по запаху разные бактерии и некоторые штаммы плесневых грибов.
Живущий в Нидерландах бигль по кличке Клифф знает человеческий микробиом настолько досконально, что порой даже подсказывает врачам, когда пациентам нужна медицинская помощь. Он официально включен в штат больницы и во время работы даже носит особую униформу. Благодаря невероятно острому нюху и отличной выучке этот пес способен выявлять изменения одного из самых опасных кишечных патогенов, бактерии Clostridium difficile. Клифф безошибочно определяет, у каких пациентов присутствует клостридий, у каких его нет, и даже может предсказывать вспышки размножения этой бактерии на три дня раньше, чем это делают самые чувствительные приборы. А это значит, что пес способен предупреждать работников больницы о надвигающейся угрозе, давая им возможность принять соответствующие меры.
Собаки способны улавливать запахи человеческих микробов даже в отсутствие людей. Хотя научного подтверждения это предположение еще не получило, исследователи считают, что поисковые собаки, участвующие в поисках пропавших детей, людей под завалами зданий или сбежавших преступников, берут их следы, используя запах уникальных смесей человеческих микробов, частиц отмершей кожи и кожных жировых секретов.
В Калифорнии специально обученные собаки принимали участие в проектах по оценке качества воды: они должны были определять, заражены ли поверхностные и грунтовые воды человеческими фекалиями. Если источник воды заражен человеческими нечистотами, собаки выявляют запах фекальных микробов гораздо быстрее, чем другие полевые тесты; кроме того, собачий нос гораздо чувствительнее к этим ароматам, чем самые современные приборы. Выявив загрязненность воды, собаки легко берут след и легко определяют по нему местоположение источника загрязнения, помогая властям быстро принять надлежащие меры.
Собаки — далеко не единственные существа, способные воспринимать запахи микробов. Так, работающие в Африке бельгийские медики сумели обучить гамбийских хомяковидных крыс выявлять бактерии, вызывающие туберкулез (и, кстати, обнаруживать заложенные в земле мины). Лично я, конечно, предпочел бы иметь дело с Клиффом, а не с гигантской гамбийской крысой, но каждому, как говорится, свое…