شیر مادر برای تغذیۀ میکروب‌ها طراحی شده است
برشی از کتابِ تحسین‌شدۀ «من انبوهه‌هایی در خود دارم: میکروب‌های درون ما و نمایی بزرگ‌تر از زندگی»
تعداد پژوهش‌هایی که روی هر کدام از مایعات بدنی مانند خون، عرق یا حتی ادرار انجام شده، بیشتر از مطالعاتی است که به شیر اختصاص یافته‌اند. به همین دلیل، ناشناخته‌های زیادی دربارۀ آن باقی است. شیمی‌دانی برجسته، طی آزمایش‌های خود دریافت که شیر مادر، حاوی بیش از دویست قندِ پیچیده است که بدنِ کودک قابلیت هضم آن‌ها را ندارد. اگر اینطور باشد، پس فایدۀ این مواد چیست؟
اد یانگ، نیویورکر — مؤسسۀ «غذا برای سلامت»، در دانشگاه کالیفرنیا در شهر دیویس، ظاهری شبیه به ویلاهای منطقۀ توسکانی در ایتالیا دارد. ساختمان‌های مؤسسه با دیوارهای سفالی به باغ و تاکستانی بزرگ مشرف است که با سبزی‌های تابستانی به بار می‌نشیند. مدیر آن شیمی‌دانی بهنام بروس جرمن است و اگر جایزه‌ای جهانی در ستایش مزایای شیر وجود داشت، مسلماً به او می‌رسید. او، در اولین دیدارمان، به‌تنهایی نیم‌ساعت درباب این موضوع حرف زد و در همان حال، روی توپ بدنسازی بالا و پایین می‌جهید و حباب‌های یک تکه پلاستیک حبابدار را می‌ترکاند. جرمن می‌گفت شیر منبع غذایی کاملی است، ابَرغذایی که واقعاً شایستۀ چنین عنوانی است. البته این نگرش دیدگاهی رایج نیست. در مقایسه با تعداد نشریات علمی که به مایعات بدنی (مثل خون، بزاق یا حتی ادرار) اختصاص یافته‌اند، تعداد نشریات مربوط به شیر بسیار اندک است. صنایع لبنی هزینه‌های هنگفتی پرداخت کرده‌اند برای گرفتنِ هرچه‌بیشترِ شیر از گاوها؛ اما برای درک اینکه این مایع سفیدرنگ چیست و چگونه کار می‌کند، هزینۀ چندانی صرف نکرده‌اند. جرمن در این دیدار گفت که نهادهایی که در زمینۀ تأمین مالیِ بخش بهداشت و درمان فعالیت دارند معمولاً اهمیت چندانی به شیر نمی‌دهند، چون «ربطی به بیماری‌های سفیدپوستان میانسال ندارد» و کارشناسان تغذیه آن را نوشیدنی ساده‌ای حاوی انواع چربی‌ها و قندها می‌دانند، نوشیدنی‌ای که می‌توان آن را به‌سادگی و با فرمول‌هایی خاص با نسخۀ مشابهش جایگزین کرد. همچنین جرمن گفت: «مردم می‌گویند شیر صرفاً بسته‌ای است پر از مواد شیمیایی. اما به‌هیچ‌وجه اینطور نیست.»
شیر ابتکار پستانداران و ویژگی مشترکِ جانورانی مثل نوک‌اردکیان۱، پولک‌پوستان۲، انسان‌ها و اسب‌های آبی است و با توجه به نیازهای هریک از گونه‌ها اجزای سازندۀ متغیری دارد. دراین‌میان، شیر انسان شگفتی منحصربه‌فردی است. همۀ مادرانِ پستاندار قندهای پیچیده‌ای بهنام اُلیگوساکارید تولید می‌کنند، اما تنوع این قندها در انسان‌ها، به‌دلایل خاصی، بسیار بالاست: تاکنون دانشمندان در شیر انسان بیش از دویست الیگوساکارید شناسایی کرده‌اند که به الیگوساکاریدهای شیر انسان، یا به‌اختصار اچ.ام.او (HMO)، مشهورند. این قندها پس از لاکتوز و چربی‌ها فراوان‌ترین مادۀ تشکیل‌دهندۀ شیر هستند و با توجه به ساختارشان باید منبعی پرانرژی برای نوزادانِ درحال‌رشد باشند. اما نوزادان نمی‌توانند این قندها را هضم کنند. جرمن با فهمیدن این موضوع بسیار شگفت‌زده شد. اگر این قندها فایده‌ای برای کودک ندارند، پس چرا مادر باید برای تولید چنین مواد شیمیایی پیچیده‌ای اینقدر انرژی صرف کند؟ چرا انتخاب طبیعی جلوی چنین فرآیند بیهوده‌ای را نگرفته است؟ نکته اینجاست: الیگوساکاریدهای شیر انسان بی‌‌آنکه آسیبی ببینند از معده و رودۀ کوچک عبور می‌کنند و وارد رودۀ بزرگ می‌شوند، جایی که محل زندگی بیشتر باکتری‌هاست. شاید اصلاً این قندها غذای نوزاد نباشند. اما اگر غذای میکروب‌ها باشند چه؟
این ایده برای نخستین‌بار در اوایل قرن بیستم مطرح شد، وقتی که دو گروه کاملاً متفاوت از دانشمندان، بی‌خبر از یکدیگر، به کشف‌هایی بسیار مشابه دست یافتند. در یک گروه، متخصصان اطفال دریافتند که میکروب‌هایی بهنام «بیفیدوباکتریا» در مدفوع نوزادانی که از شیر مادر تغذیه می‌کنند بیشتر از نوزادانی است که شیر خشک می‌خورند. آن‌ها استدلال کردند که شیر انسان باید حاوی موادی مغذی برای این باکتری‌ها باشد، چیزی که دانشمندان بعداً عامل بیفیدوس نامیدند. در این حین، شیمی‌دان‌ها کشف کرده بودند که شیر انسان کربوهیدرات‌هایی دارد که در شیر گاو دیده نمی‌شود. آن‌ها این ترکیبِ رازآلود را به‌تدریج به اجزای سازنده‌اش، ازجمله چندین الیگوساکارید، تجزیه می‌کردند. به لطف همکاری بین ریچارد کوهن (شیمی‌دان اتریشی و برندۀ جایزۀ نوبل) و پل گیورگی (متخصص اطفال، شهروند آمریکا اما متولد مجارستان و طرفدار تغذیه با شیر مادر)، این دو مسیر موازی در سال ۱۹۵۴ به هم رسیدند. آن‌ها به‌اتفاق تأیید کردند که عامل مرموز بیفیدوس همان الیگوساکاریدهای شیری است، که میکروب‌های روده را تغذیه می‌کنند.
تا دهۀ ۱۹۹۰، دانشمندان می‌دانستند که بیش از یکصد الیگوساکارید در شیر انسان وجود دارد، اما مشخصه‌های تعداد انگشت‌شماری از آن‌ها را شناسایی کرده بودند. هیچ‌کس نمی‌دانست بیشترِ این قندها چه شکلی اند یا کدام گونۀ باکتری‌ها را تغذیه می‌کنند. تصور عمومی این بود که همۀ آن‌ها به‌یک‌اندازه از بیفیدوباکتریاها را تغذیه می‌کنند، اما این برای جرمن قانع‌کننده نبود. او می‌خواست دقیقاً بداند که تغذیه‌شونده کیست و چه غذاهایی سفارش می‌دهد. او برای این منظور از تاریخ کمک گرفت و گروه متنوعی از شیمی‌دانان، میکروب‌شناسان و دانشمندان علوم تغذیه را دور هم جمع کرد. آن‌ها همۀ الیگوساکاریدهای شیر انسان را شناسایی و از شیر استخراج کردند و سپس به خورد باکتری‌ها دادند. اما، برخلاف انتظار این پژوهشگران، هیچ‌چیز رشد نکرد.
مشکل خیلی زود آشکار شد: الیگوساکاریدهای شیر انسان غذایی همه‌منظوره برای بیفیدوباکتریاها نیستند. این گروه در سال ۲۰۰۶ کشف کرد که قندهای مذکور به‌صورت انتخابی فقط یک زیرگونه از باکتری‌ها را بهنام «بیفیدوباکتریوم لانگوم اینفانتیس»۳ (به‌اختصار بی.اینفانتیس) تغذیه می‌کنند. تا زمانی‌که برای بی.اینفانتیس الیگوساکاریدهای شیرِ انسان را فراهم کنید، این زیرگونه در رقابت با هرگونه باکتری روده‌ای دیگر پیروز خواهد شد. زیرگونه‌ای دیگر بهنام «بی.لانگوم لانگوم»۴، که به این زیرگونه بسیار نزدیک است، درصورت تغذیه از همان قندها رشد چندانی نشان نمی‌دهد و جالب اینجاست که «بی.لاکتیس»، جزءِ ثابت ماست‌های پروبیوتیک، اصلا هیچ رشدی از خود نشان نمی‌دهد. «بی.بیفیدیوم»، که پای ثابت پروبیوتیک دیگری است، اندکی بهتر عمل می‌کند، اما بدخوراک و شلخته است. این باکتری تعداد اندکی الیگوساکارید تجزیه می‌کند و فقط تکه‌هایی را می‌خورد که دوست دارد. درمقابل، بی.اینفانتیس با استفاده از خوشه‌ای متشکل از سی ژن آخرین خرده‌ها را نیز می‌بلعد؛ این مجموعه از ژن‌ها مانند کارد و چنگالی کامل برای خوردن الیگوساکاریدهای شیر انسان عمل می‌کند. هیچ بیفیدوباکتریای دیگری از چنین خوشۀ ژنتیکی برخوردار نیست؛ این مجموعه فقط مختص بی.اینفانتیس است. شیر انسان برای تغذیه این میکروب تکامل یافته است و آن هم به الیگوساکاریدخواری ماهر تبدیل شده است. تعجبی ندارد که بی.اینفانتیس معمولاً غالب‌ترین میکروب در رودۀ کودکان شیرخوار است.
این میکروب غذایش را خود کسب می‌کند؛ هنگام هضم الیگوساکاریدهای شیر انسان، اسیدهای چرب کوتاه‌زنجیر آزاد می‌کند که سلول‌های رودۀ کودک را تغذیه می‌کنند. بی.اینفانتیس همچنین سلول‌های روده را تحریک می‌کند به ساخت پروتئین‌های چسبناکی که شکاف‌های بین سلول‌ها را می‌بندند و از ورود میکروب‌ها به جریان خون جلوگیری می‌کنند. بی.اینفانتیس همچنین محرکِ تولید مولکول‌های ضدالتهاب است که سیستم ایمنی بدن را تنظیم می‌کنند. این تغییرات فقط وقتی رخ می‌دهد که بی.اینفانتیس از الیگوساکاریدهای شیر انسان تغذیه می‌کند؛ اگر از لاکتوز تغذیه کند، زنده می‌ماند اما با سلول‌های کودک وارد تعامل نمی‌شود. به‌بیان دیگر، پتانسیلِ سودمند این میکروب فقط هنگامی کاملاً آزاد می‌شود که از شیر مادر تغذیه کند. همچنین، برای اینکه کودک از مزایای کامل شیر بهره‌مند شود، حضور بی.اینفانتیس در روده‌اش ضروری است. به همین دلیل است که دیوید میلز، همکار میکروب‌شناس جرمن، بی.اینفانتیس را جزئی از شیر می‌داند، هرچند جزئی است که در سینۀ مادر ساخته نمی‌شود.
روشن نیست که چرا شیر انسان جایگاهی برجسته نسبت به شیر سایر پستانداران دارد. تنوع الیگوساکاریدها در شیر انسان پنج برابرِ شیر گاو است و ازلحاظ مقدار چندصد برابر بیشتر است. حتی شیر شامپانزه در مقایسه با شیر ما از غنای ک‌متری برخوردار است. میلز چندین توضیح محتمل برای این تفاوت پیشنهاد می‌کند. یکی مربوط می‌شود به مغز ما، که برای نخستی‌سانی به‌اندازۀ ما بسیار بزرگ است و سرعت رشدش در طول اولین سال عمر ما باورنکردنی است. این رشد سریع تا حدی بستگی دارد به ماده‌ای مغذی بهنام سیالیک اسید، که اتفاقاً یکی از موادی است که بی.اینفانتیس هنگام تغذیه از الیگوساکاریدهای شیر انسان آزاد می‌کند. احتمالاً مادران بتوانند، با تغذیۀ مناسبِ این باکتری، کودکانی باهوش‌تر تربیت کنند. این ممکن است توضیح دهد که چرا گونه‌های اجتماعی، در بین میمون‌ها و بوزینه‌ها، الیگوساکاریدهای شیریِ بیشتری نسبت به گونه‌های تنها دارند. زندگی در گروه‌ّهای بزرگ‌تر مستلزم به‌یادسپاری روابط اجتماعی بیشتر، مدیریت دوستی‌های بیشتر و رقابت با حریفان بیشتری است. بسیاری از دانشمندان بر این باورند که این نیازها محرکی بوده‌اند برای تکامل هوش نخستی‌سانان؛ شاید همین نیازها نیروی محرکه‌ای شدند برای گوناگونیِ الیگوساکاریدهای شیر انسان.
بیماری‌ها ممکن است توضیحی دیگر برای این تفاوت باشند. در محیط گروهی، عوامل بیماری‌زا می‌توانند به‌آسانی از میزبانی به میزبان دیگر منتقل شوند؛ بنابراین حیوانات به روش‌های بهتری برای محافظت از خود نیاز دارند. الیگوساکاریدها می‌توانند به تأمین چنین محافظتی کمک کنند. وقتی عاملی بیماری‌زا روده‌های ما را آلوده می‌کند، تقریباً همیشه کارش را با چسبیدن به گلیکان‌ها (مولکول‌های قند) شروع می‌کند که در سطح سلول‌های روده‌ای ما وجود دارند. اما الیگوساکاریدهای شیر انسان شباهت زیادی به این گلیکان‌ها دارند؛ بنابراین عوامل بیماری‌زا گاهی به آن‌ها نیز می‌چسبند. آن‌ها به‌عنوان طعمه عمل می‌کنند و سلول‌های خودِ کودک را از معرض حمله دور می‌کنند. آن‌ها می‌توانند از حملۀ فهرستی بلندبالا از باکتری‌های مضر جلوگیری کنند، ازجمله سالمونِلا؛ لیستریا؛ ویبریو کُلِرا که عامل بیماری وباست؛ کامپیلوباکتر ژژونی که شایع‌ترین عامل اسهال باکتریایی است؛ اِنتامیبا هیستولیتیکا، گونه‌ای آمیب که اسهال خونی ایجاد می‌کند و سالانه یکصدهزار نفر را می‌کشد؛ و بسیاری از گونه‌های بدخیم ای‌کولی. الیگوساکاریدهای شیر انسان حتی ممکن است بتوانند از انتقال اچ‌آی‌وی جلوگیری کنند؛ این می‌تواند توضیحی باشد برای اینکه بیش از نصف نوزادانی که از مادران آلوده شیر می‌خورند به این ویروس آلوده نمی‌شوند، برخلاف اینکه ماه‌ها شیرِ مملو از ویروس می‌خورند. هربار که دانشمندان عاملی بیماری‌زا را، در حضور الیگوساکاریدهای انسانی، به مبارزه با سلول‌های کشت‌شده فرستاده‌اند سلول‌ها از این رقابت سربلند بیرون آمده‌اند.
گروهی که در مؤسسۀ «غذا برای سلامت» کار می‌کنند یک کارخانۀ فرآوری شیر تأسیس کردند که ساختمانی شبیه به ویلاهای توسکانی در ایتالیا دارد. آزمایشگاه اصلی، که میلز با دانیِلا بارلی، دانشمند علوم تغذیه، اداره می‌کند، دو استوانۀ فولادی برای ذخیرۀ شیر، یک دستگاه پاستوریزه‌کننده شبیه به دستگاه قهوه‌ساز و یک‌سری تجهیزات دیگر برای پالایش و تجزیۀ شیر به اجزای سازنده‌اش دارد. وقتی از آزمایشگاه بازدید می‌کردم، صدها سطل سفیدِ خالی روی قفسه‌ای چیده شده بودند. بارلی به من گفت: «آن‌ها معمولاً پُرند.» سطل‌های پر در فریزری بسیار بزرگ نگه‌داری می‌شوند که تا دمای منفی ۲۵٫۶ درجۀ فارنهایت سرد می‌شود. روی نیمکتی در آن نزدیکی، یک ردیف چکمه دیده می‌شد (بارلی گفت: «هنگام فراوری، همه‌جا شیری می‌شود.»)، چکشی برای شکستن یخ (چون «درِ فریزر درست بسته نمی‌شود.») و یک دستگاه گوشت‌بُر (دربارۀ آن نپرسیدم). وارد فریزر شدیم. سطل‌های سفید را روی چرخ‌دستی‌های قفسه‌دار چیده بودند که حاوی نزدیک به ششصد گالن شیر بودند. بیشتر آن شیر گاو و اهدایی لبنیاتی‌ها بود، اما مقدار قابل‌توجهی از آن نیز شیر انسان بود. میلز گفت: «خیلی از مادران شیرشان را می‌دوشند و ذخیره می‌کنند و وقتی که بچه‌شان را از شیر می‌گیرند، با خود می‌گویند: حالا با این شیر چه کنم؟ در چنین مواقعی ما شیر اهدایی آن‌ها را می‌پذیریم. یک‌بار به‌طوراتفاقی از شخصی در دانشگاه استنفورد هشتاد لیتر شیر گرفتیم، که در طول دو سال جمع کرده بود. او از ما پرسید: ’من اینقدر شیر دارم. آیا لازم دارید؟‘» بله، گروه میلز هر مقدار شیر که بدهید لازم دارند.
در حدود بیست مایلیِ شرق مؤسسه، در بیمارستان کودکان دانشگاه کالیفرنیا در شهر دیویس، مارک آندِروود که متخصص اطفال است از یافته‌های جرمن و گروهش استفادۀ عملی می‌کند. آندروود در آنجا رئیس بخش مراقبت‌های ویژۀ نوزادان است. این بخش می‌تواند همزمان از چهل‌وهشت نوزاد نارس پرستاری کند. نارس‌ترین نوزادان در هفتۀ بیست‌وسوم به دنیا می‌آیند؛ سبک‌ترینِ آن‌ها فقط اندکی بیش از یک پوند [حدود نیم کیلو] وزن دارند. آن‌ها معمولاً ازطریق سزارین به دنیا می‌آیند، دوره‌های درمان آنتی‌بیوتیکی می‌گذرانند و در محیطی بسیار بهداشتی نگه‌داری می‌شوند. آن‌ها در فضایی عاری از میکروب‌های معمولی با میکروبیومی۵ بسیار نامعمول رشد می‌کنند: میکروبیومی که بیفیدوباکتریای کمی دارد و به‌جای آن، عوامل بیماری‌زای فرصت‌طلب مجال رشد می‌یابند. نوزادان نارس بهترین نمونۀ نبود توازن میکروبی، یا همان ناترازی همزیستی۶، هستند و تجمع داخلی و نامعمول آن‌ها ریسک نوعی بیماری کشندۀ روده‌ای را موسوم به «انتروکولیت نکروزان» افزایش می‌دهد. بسیاری از پزشکان سعی کرده‌اند با دادن باکتری‌های پروبیوتیک به نوزادان نارس از این بیماری پیشگیری کنند و به موفقیت‌هایی نیز دست یافته‌اند. اما آندروود، پس از گفت‌وگو با پژوهشگرانی مثل جرمن و میلز، فکر می‌کند که می‌تواند با تزریق ترکیبی از بی.اینفانتیس و شیر انسان به نوزادان نتیجۀ بهتری بگیرد. او می‌گوید: «غذایی که به این موجودات ریز می‌دهید به‌اندازۀ خودشان در وادارکردن آن‌ها به رشد و تشکیل کلونی در محیطی نامساعد مهم است.» اگر این درمان کارساز باشد، شیر مادر می‌تواند برای کودکان نارس همان کاری را بکند که برای نوزادانی می‌کند که در وقت طبیعی خود به دنیا می‌آیند؛ یعنی با تغذیۀ کودک و باکتری‌ها (اینفانتیس) آن‌ها را برای زندگیِ پیش رو آماده خواهد کرد.
اطلاعات کتاب‌شناختی:
Yong, Ed. I Contain Multitudes: The Microbes Within Us and a Grander View of Life. Random House, 2016
پی‌نوشت‌ها:
• این مطلب را اد یانگ نوشته است و در تاریخ ۲۲ جولای ۲۰۱۶ با عنوان «Breast-Feeding the Microbiome» در وب‌سایت نیویورکر منتشر شده است. سایت ترجمان در تاریخ ۴ آبان ۱۳۹۵ این مطلب را با عنوان «شیر مادر برای تغذیۀ میکروب‌ها طراحی شده است» و با ترجمۀ مجتبی هاتف منتشر کرده است.
•• اد یانگ (Ed Yong) روزنامه‌نگار بریتانیایی و نویسندۀ آتلانتیک در حوزۀ علم است. نوشته‌های پیشین او در ساینتیفیک امریکن، بی.بی.سی، گاردین، تایمز و دیگر نشریات منتشر شده است.
[۱] Platypus: نوک‌اردکی یا ارنی ترنگ یا پلاتی‌پوس جانوری است پستاندار از رده پستانداران، راسته تک‌سوراخیان (Monotremata) و خانواده نوک‌اردکیان (Ornithorhynchidae) که در جنوب خاوری استرالیا و جزیره تاسمانی در کنار نهرها و رودها، زندگی می‌کند [ویکی‌پدیا].
[۲] Pangolin: پولک‌پوست یا پانگولین یا مورچه‌خوار پولک‌دار جانوری است از راسته پولک‌پوست‌سانان [ویکی‌پدیا].
[۳] Bifidobacterium longum infantis
[۴] B. longum longum
[۵] Microbiome: ریزاندامگان همزیست (به انگلیسیMicrobiome): به معنای کلی و فراگیر زیست‌بوم ریزاندامه‌ها، همهٔ ژن‌ها و تودهٔ یاخته‌ای ریزاندامه‌ها با در نظر نگرفتن سرده و گونهٔ آن‌ها، مستقر در یک بخش ویژه را گویند. ریزاندامگان همزیست، رابطهٔ همزیستی با جانور میزبان دارند. این به این معنی است که این ریزاندامه‌ها هم می‌توانند هم‌سفره باشند هم بیماری‌زا. مثلا به تمامی باکتری‌ها، قارچ‌ها و دیگر انواع میکروب هایی که به‌طور بومی در پوست انسان زندگی می‌کنند، میکروبیوم پوست می گویند. بزرگ‌ترین میکروبیوم بدن انسان میکروبیوم دستگاه گوارش تحتانی و به‌طور خاص رودۀ بزرگ می‌باشد. این اصطلاح گرچه بیشتر در پزشکی به‌کار رفته است، ولی در دیگر شاخه‌های علم میکروب‌شناسی نیز معتبر است [ویکی‌پدیا].
[۶] dysbiosis
