המון בתוככם
המעי הגס שלכם הוא המקום הצפוף ביותר על פני כדור הארץ שאתם נושאים איתכם. בכל גרם מהתוכן שלו יש בערך מאה מיליארד יצורים זעירים, ובמעי הגס כולו יש בערך ארבעים טריליון, בערך כמספר התאים בשאר הגוף שלכם. יחד הם שוקלים כ־200 גרם. רובם חיידקים, מכמה מאות מינים אצל כל אדם, ואיתם כמה ארכיאות, שמרים ומספר גדול בהרבה של נגיפים שתוקפים את החיידקים. הקהילה הזאת, והגנים שהיא נושאת, היא המיקרוביום של המעי שלכם.
הם אינם אורחים. המעי של תינוק מתאכלס בזמן הלידה ואחריה, הקהילה מתייצבת על צורה בוגרת בשנים הראשונות, ומאז היא נשארת מזוהה איתכם במשך עשרות שנים. כמעט כל חבריה הם אנאירובים: הם חיים בלי חמצן, ורבים מהם מתים באוויר. המעי הגס מתאים להם. הוא חם, חשוך, נטול אוויר, ומקבל מזון כמה פעמים ביום, מזון שבעליו לא יכול היה לנצל.
המאמר עיכול עוקב אחרי ארוחה לאורך המעי הדק, שבו אתם סופגים כמעט כל מה שהאנזימים שלכם יכולים לפרק. המאמר הזה מתחיל במקום שבו ההוא נגמר, במה שנשאר.
נסו: השאירו את סיבים בתזונה על מערבי טיפוסי. הגוש הוורוד הוא דופן המעי הגס; תוכן המעי, והחיידקים, נמצאים מעליו. שימו לב לפס הכחול של ריר שמפריד ביניהם.
מזון שאתם לא יכולים לעכל
מה שמגיע למעי הגס הוא בעיקר סיבים תזונתיים: דפנות של תאי צמחים ופחמימות אחרות שבקטניות, בדגנים, בירקות ובפירות. הם שרשרות ארוכות של סוכרים, כמו עמילן, אבל מחוברים בקשרים שאנזימים של בני אדם לא יכולים לחתוך. הגנים שלנו מייצרים פחות מעשרים אנזימים לעיכול פחמימות, די לעמילן, לסוכר לבן ולסוכר החלב. חיידק מעי אחד, כמו Bacteroides thetaiotaomicron, נושא גנים לכמאתיים אנזימים כאלה, וכל אחד מהם מתאים לקשר אחר בסוכר צמחי אחר.
אז החיידקים עושים את מה שאנחנו לא יכולים. מפרקי סיבים חותכים את השרשרות לסוכרים ומתסיסים אותם. תסיסה היא הדרך של תא להפיק אנרגיה מסוכר בלי חמצן, ופסולת התהליך היא מולקולות קטנות שנקראות חומצות שומן קצרות שרשרת: בעיקר אצטט (שני אטומי פחמן), פרופיונט (שלושה) ובוטיראט (ארבעה), ביחס של בערך שלושה לאחד לאחד. חיידקים אחרים חיים על השאריות של המפרקים. יצרני בוטיראט כמו Faecalibacterium ו־Roseburia קולטים סוכרים שהמפרקים משחררים, ואצטט שהם פולטים, והופכים אותם לבוטיראט. הקהילה היא מארג מזון, שבו כל סוג חי ממה שהאחרים משאירים. התסיסה מייצרת גם גזים, מימן ופחמן דו־חמצני, ואצל חלק מהאנשים ארכיאות הופכות חלק מהם למתאן.
נסו: גררו את סיבים בתזונה ממעט מאוד עד עשיר בצמחים. שימו לב איך הגדילים החומים־בהירים של הסיבים מצטברים, מפרקי הסיבים הירוקים ויצרני הבוטיראט בצבע ענבר מתרבים, ובועות הגז נעשות רבות יותר. התרשים מראה איך הרכב הקהילה משתנה בדרך.
מה אתם מקבלים בחזרה
כ־95% מחומצות השומן שהחיידקים מייצרים נספגות דרך דופן המעי הגס, והן ממש לא פסולת מבחינתכם.
- בוטיראט הוא הדלק המועדף על התאים שמצפים את המעי הגס. הם שורפים אותו, עם חמצן מהדם, ומפיקים ממנו את רוב האנרגיה שלהם, וכך הרירית מתחדשת והמחסום שלה נשאר הדוק.
- פרופיונט עובר בדם אל הכבד, שהופך חלק ממנו לגלוקוז.
- אצטט, הנפוץ מכולם, ממשיך במחזור הדם לכל הגוף, כדלק לשרירים ולרקמות אחרות.
סיבים שעברו תסיסה נותנים לכם כ־2 קילוקלוריות לגרם, חצי ממה שנותן עמילן מעוכל. אצל מי שאוכל את 30 הגרם המומלצים של סיבים ביום זה פחות מחלק עשרים מהאנרגיה שלו, אבל זו אנרגיה שאחרת הייתה יורדת לטמיון. החומצות הופכות את החלק הראשון של המעי הגס לחומצי מעט, וחיידקים מזיקים רבים לא אוהבים את זה. חיידקי המעי מייצרים גם ויטמין K וכמה מוויטמיני B, אבל לא ברור כמה מהם אתם סופגים.
הם מגינים עליכם גם בדרך שקטה יותר. מעי גס מלא בתושבים קבועים משאיר לחיידק פולש מעט מזון ומעט מקום, תופעה שנקראת עמידות בפני התיישבות. ומערכת החיסון לומדת מהם: בוטיראט ואותות אחרים מהקהילה מעודדים תאי T מווסתים, שמרגיעים את התגובה של מערכת החיסון, כדי שטריליוני השכנים הידידותיים לא יעוררו דלקת בלי הפסקה.
נסו: בחרו תן וקח תחת התקרבות לתן וקח. סוכרים מוזהבים עוזבים את גדיל הסיבים אל החיידקים שלידו; בוטיראט כתום יורד דרך הריר אל תאי הרירית, שזוהרים בחום כשהם שורפים אותו, ואצטט כחול ופרופיונט סגול ממשיכים אל נים דם. זוגות אדומים של חמצן עולים מהדם ומנוצלים בתאים.
גדר של ריר
לחיות ליד ארבעים טריליון חיידקים בטוח רק אם הם שומרים מרחק. רירית המעי הגס דואגת לכך. בין התאים הגבוהים שסופגים יש תאי גביע, מלאים בריר, שמפרישים אותו בלי הפסקה. במעי הגס הריר יוצר שתי שכבות. השכבה הפנימית צפופה ודבוקה היטב לרירית, וכמעט שום חיידק לא חודר אליה; יש בה נוגדנים, IgA, שהדופן מפרישה. תאי הגביע מוסיפים לה כל הזמן מלמטה, ולכן היא מתחדשת בתוך שעה או שעתיים, כפי שנמדד בעכברים, וכשהיא נדחקת החוצה היא מתרופפת והופכת לשכבה החיצונית. השכבה החיצונית היא המקום שבו חיים חיידקים רבים, וחלקם, אוכלי הריר, ניזונים משרשרות הסוכר שמהן עשוי הריר.
כשיש הרבה סיבים, הרעייה הזאת קלה. כשיש מעט, יותר חברים בקהילה פונים לפחמימה היחידה שנשארה להם: הריר. ניסויים בעכברים הראו מה קורה אז. בתזונה בלי סיבים מיני אוכלי הריר מתרבים, השכבה הפנימית מידלדלת ומניחה לחיידקים להתקרב לתאים, וחיידק מחולל מחלות במעי מתבסס בקלות רבה יותר. חיידקים שקרובים לדופן מעמידים את מערכת החיסון בכוננות. בעכברים שגודלו על מזון דל סיבים במשך כמה דורות, מינים אחדים אבדו לתמיד, ולא חזרו גם כשהסיבים חזרו.
נסו: לחצו על מעט מאוד, ואז הורידו את סיבים בתזונה עד 0. השכבה הפנימית הכחולה מידלדלת, אוכלי הריר בצבע טורקיז יורדים לתוכה והאופורטוניסטים נכנסים, ותאי מערכת החיסון הסגולים בדופן מתרבים. עכשיו לחצו על עשיר בצמחים: הריר מתעבה והחיידקים מתרחקים.
כשהקהילה מושמדת
אנטיביוטיקה מכוונת אל החיידקים שגורמים לזיהום, אבל רוב התרופות האלה הורגות מגוון רחב של חיידקים, והן מגיעות גם למעי הגס. טיפול אחד יכול לצמצם את הקהילה שם לחלק קטן מגודלה ולמחוק קבוצות שלמות, ובין הנפגעים העיקריים האנאירובים המחמירים שמייצרים בוטיראט. כשמגיע מעט בוטיראט, תאי הרירית עוברים לשרוף סוכר בלי חמצן. החמצן שהם כבר לא מנצלים דולף אל תוך המעי, והחיידקים שמשגשגים בעזרתו, אופורטוניסטים כמו E. coli וקרוביו Salmonella ו־Klebsiella, יכולים להתפרץ. כשהתושבים הקבועים נעלמו, חיידק כמו Clostridioides difficile יכול להשתלט ולגרום לשלשול קשה; כשהוא חוזר שוב ושוב, הטיפול היעיל ביותר הוא השתלה של קהילת המעי של אדם בריא.
אצל רוב האנשים המיקרוביום מתאושש ברובו בתוך שבועות עד חודשים, אבל מינים מסוימים חוזרים לאט הרבה יותר או לא חוזרים כלל. זו אחת הסיבות שרופאים נמנעים מאנטיביוטיקה שאין בה צורך, לצד העמידות לאנטיביוטיקה, שהקהילה הצפופה במעי עוזרת להפיץ מסוג אחד של חיידק לאחר.
נסו: הפעילו את מיד אחרי אנטיביוטיקה, קודם כשהתקרבות לתן וקח על דופן המעי ואחר כך על תן וקח. הרבה פחות חיידקים, סיבים שלא הותססו מצטברים, תאי רירית חיוורים, והחמצן האדום דולף למעלה אל המעי במקום להישרף.
תן וקח: סוגים של סימביוזה
כששני סוגים של יצורים חיים חיים יחד בקשר הדוק, אומרים שהם בסימביוזה, מיוונית “חיים יחד”. זו מילה רחבה. ביולוגים ממיינים את הקשרים לפי מי מרוויח ומי מפסיד:
- בהדדיות (מוטואליזם) שני השותפים מרוויחים. אתם נותנים ליצרני הבוטיראט מזון ובית; הם נותנים לכם דלק למעי הגס ומערכת חיסון רגועה יותר.
- בקומנסליזם שותף אחד מרוויח והשני כמעט לא מושפע. ייתכן שחיידקי מעי רבים הם קומנסלים, שחיים על שאריות בלי לעשות הרבה בעדכם או נגדכם, אף שקשה להוכיח זאת.
- בטפילות שותף אחד מרוויח על חשבון השני, כמו תולעת סרט, או C. difficile אחרי אנטיביוטיקה. השותף שבו חיים נקרא הפונדקאי.
הגבולות זזים. E. coli הוא תושב לא מזיק ברוב המעיים, ובכל זאת זנים מסוימים שלו גורמים להרעלת מזון, וזן רגיל שמגיע לשלפוחית השתן גורם לזיהום. אוכל ריר שחי בלי להזיק על השכבה החיצונית במעי שמקבל די מזון יכול לשחוק את המחסום במעי רעב. אם חיידק הוא שותף או מזיק תלוי במקום שבו הוא נמצא ובמה שקורה סביבו, ולכן המחוון סיבים בתזונה מזיז את אותה קהילה מקצה אחד של הסולם לעבר הקצה השני.
סימביוזה נמצאת בכל מקום בביולוגיה. פרות וטרמיטים זקוקים לחיידקי מעי כדי לעכל עשב ועץ; הפטריות של המיקוריזה מחליפות מינרלים בסוכרים של העץ; והמיטוכונדריה בתאים שלכם הן צאצאיות של חיידקים שנכנסו לתא אחר לפני יותר ממיליארד שנה ומעולם לא יצאו. גם קהילת המעי היא מערכת אקולוגית, עם תחרות על מזון, מארגי מזון והתאוששות אחרי הפרעה, כמו אלה שבמאמר מערכות אקולוגיות ודינמיקה של אוכלוסיות.
מה המודל הזה משמיט
הסצנה מראה את המעי הגס אחרי כמה שבועות של תזונה קבועה. קהילות אמיתיות מגוונות הרבה יותר: מאות מינים במקום ארבע קבוצות, שממוינות כאן לפי מה שהן אוכלות, אף שמינים רבים עושים יותר מעבודה אחת. כל מספר במודל הוא ערך אופייני להמחשה. החלקים של ארבע הקבוצות משתנים לפי עקומה פשוטה עם כמות הסיבים; התסיסה מייצרת כ־9 מילימול של חומצות שומן מכל גרם פחמימות שמותסס, מ־70% מהסיבים ועוד כמה גרמים של עמילן וריר; בוטיראט הוא כחמישית מהן. עובי הריר, המרחק שהחיידקים מגיעים אליו ומידת הכוננות של מערכת החיסון משתנים עם הסיבים באותה דרך פשוטה. אנשים שונים מאוד זה מזה בכל אלה, וסוגי הסיבים חשובים לא פחות מהכמות, ואת זה המודל משמיט.
הטיפול האנטיביוטי הוא טיפול כללי רחב טווח, והסצנה מראה את המעי מיד אחריו, ולא את שבועות ההתאוששות. פטריות, ארכיאות ונגיפים לא מצוירים, וגם לא הכמות הקטנה של חלבון שמגיעה גם היא למעי הגס, שהתסיסה שלה מייצרת תוצרים פחות רצויים. הדופן מצוירת עם בלוטות (קריפטות) ברוחב של כ־50 מיקרומטר, החיידקים גדולים פי חמישה בערך ממה שהיו בקנה המידה הזה, ויש רק כמה מאות מהם, במקום שבו בשטח אמיתי בגודל הזה היו מיליונים.