Н. Резник. Молоко для взрослых

Наталья Резник,
кандидат биологических наук
«Химия и жизнь» №5, 2024

Млекопитающие потому так называются, что кормят своих детенышей молоком. Когда детеныши вырастают и переходят на другую пищу, фермент, необходимый для усвоения молока, у них за ненадобностью отключается. Только Homo sapiens продолжают и в зрелом возрасте пить молоко, а непереносимость лактозы (молочного сахара), абсолютно нормальная для всех взрослых млекопитающих, у человека считается заболеванием.

Эволюция молока

Молоко — суперпища новорожденных, источник жиров, белков, сахаров, иммуноглобулинов, гормонов и многого другого. Млекопитание — сложный процесс, и он не мог появиться внезапно. Молочная железа развилась из кожных желез, постепенно наращивая продуктивность. У самых примитивных млекопитающих, утконоса и ехидны, молоко выделяется из кожных пор и стекает по материнскому пузу в особые складки, откуда детеныши его слизывают. У сумчатых уже появляются соски, за которые можно ухватиться, а у плацентарных (это все остальные млекопитающие, у которых зародыш вызревает не в сумке, а в матке, получая питательные вещества через плаценту, в том числе и мы с вами,) — крупные молочные железы.

Молоко тоже эволюционировало. Изучению этого процесса много лет посвятил японский исследователь Тадасу Урасима (Tadasu Urashima) — ныне почетный профессор Университета сельского хозяйства и ветеринарии Обихиро.

Если молочные железы образовались из других желез, то специфические белки молока, в том числе казеины, α-лактальбумин и β-лактоглобулин — из других белков, которые уже существовали в клетках животных. Сравнивая последовательности ДНК, исследователи предполагают, что казеины могли эволюционировать из белков зубной эмали, а последовательность α-лактальбумина напоминает лизоцим. Это фермент, он расщепляет связь между N-ацетилглюкозамином и мураминовой кислотой пептидогликанов клеточных стенок бактерий и поэтому действует как антимикробное средство. Лизоцима много в слезах и слюне, в молоке он тоже есть. Надо же обезопасить от вредных бактерий то, что попадет малышу в рот.

А знаменитый молочный сахар, лактоза, появился в молоке не раньше чем возник α-лактальбумин, и вот почему. Олигосахариды (молекулы из 2–10 моносахаридных остатков) молока синтезируются в эпителиальных клетках молочной железы. В этом синтезе участвуют ферменты гликозилтраснферазы, которые удлиняют сахаридную цепочку, присоединяя к ней моносахариды. В присутствии α-лактальбумина одна из гликозилтрансфераз переносит галактозу на D-глюкозу и образуется лактоза; α-лактальбумин выступает в этой реакции в роли катализатора.

Соотношение лактозы и молочных олигосахаридов в молоке зависит от соотношения активности α-лактальбумина и гликозилтрансфераз, и у разных видов млекопитающих оно различно. Олигосахариды преобладают в молоке утконоса, ехидны, сумчатых, а также медведей, тюленей, енотов, норок и скунсов. У большинства плацентарных млекопитающих доминирует лактоза.

По-видимому, древнее молоко было преимущественно олигосахаридным. Клетки тонкого кишечника поглощали олигосахариды и переправляли в лизосомы — специальные клеточные органеллы, напичканные ферментами, которые расщепляли олигосахариды до моносахаридов. Для усвоения лактозы требуется особый фермент — лактаза (β-галактозидаза), и она работает не внутри клеток, а на внешних клеточных мембранах микроворсинок тонкого кишечника и там расщепляет молочный сахар на галактозу и глюкозу. Глюкоза поступает в кровоток и используется в качестве источника энергии, тогда как галактоза преобразуется в глюкозу в печени. Так что лактоза — ценнейшее вещество, молоко жвачных животных содержит около 5% лактозы, женское молоко — 7%.

У плацентарных млекопитающих, за некоторыми исключениями, лактоза составляет 80% молочных углеводов, остальные 20% приходятся на олигосахариды. На сегодняшний день выделено около 250 видов олигосахаридов молока. Состоят они в основном из глюкозы, галактозы, N-ацетилглюкозамина и N-ацетилгалактозамина, N-ацетилнейраминовой кислоты и фукозы, соединенных α- и β-связями.

Большинство детенышей плацентарных молочные олигосахариды не усваивает, но это не значит, что в молоке они лишние. Олигосахариды достигают толстого кишечника, где служат пищей для его микрофлоры, особенно для бифидобактерий. Микрофлора кишечника младенцев, находящихся на грудном вскармливании, чрезвычайно богата бифидобактериями. Они помогают полезным бактериям заселять кишечник человека в период его младенчества.

Кроме того, олигосахариды молока подавляют инфекции, вызванные патогенными вирусами и бактериями, усиливают барьерную функцию толстой кишки, координируют работу иммунной системы и стимулируют активность мозга.

Мы уже говорили, что у некоторых млекопитающих олигосахариды преобладают над лактозой. По мнению Тадасу Урасимы и его коллег, это происходит у видов, детеныши которых используют в качестве источника энергии преимущественно молочные жиры, а не углеводы. У тюленей, например, очень короткий период лактации, и малышам нужно успеть набрать вес и накопить подкожный жир, чтобы поддерживать температуру тела в воде. Для этого предпочтительнее молоко высокой жирности. Медвежата рождаются зимой в берлоге, медведица в это время ничего не ест, но должна поддерживать постоянную концентрацию сахара в крови, чтобы выжить. Поэтому медведице выгодно кормить детенышей молоком с высокой концентрацией жиров, а не углеводов, так как жира у нее под кожей достаточно.

Поскольку маленькие медведи и тюлени практически не используют молочные углеводы, их концентрация в материнском молоке мала, и уменьшается она преимущественно за счет меньшего содержания α-лактальбумина, катализирующего синтез лактозы. Однако активность гликозилтрансфераз сохраняется, поэтому олигосахаридов образуется много. Это объяснение подходит для медведей и тюленей, но может быть неприменимо для енотов и скунсов. Их молоко еще ждет своих исследователей.

Куда уходит лактаза?

Чтобы малютки-млекопитающие хорошо усваивали молоко и вполне использовали питательные свойства лактозы, им нужно достаточное количество фермента лактазы. Лактазу кодирует ген LCT, активность которого зависит от регуляторного гена МСМ6. Последовательность МСМ6 постепенно модифицируется, и ген перестает активировать синтез лактазы, отчего количество фермента снижается примерно на порядок и млекопитающие теряют способность усваивать лактозу. К этому времени детеныши перестают нуждаться в материнском молоке.

У 65–70% людей активность лактазы с возрастом тоже снижается, остальные продолжают ее синтезировать. Способность вырабатывать фермент во взрослом возрасте называется персистенцией лактазы. Причина персистенции — мутации, благодаря которым ген МСМ6 избегает инактивации и продолжает усиливать синтез лактазы.

Персистенция лактазы распределена в мире неравномерно: она часто встречается в Европе, тогда как у коренного населения Австралии, Америки, Африки и Азии — редко. Время инактивации лактазы тоже разное. У тайцев, например, оно наступает к двум годам, у черного населения — между годом и восемью годами, а у белых людей — к пяти годам. Индийские дети теряют способность усваивать лактозу между тремя и восемью годами, а большинство финнов — к 10 годам, хотя у некоторых непереносимость лактозы может проявиться и в 20 лет.

Наиболее вероятной причиной возникновения персистенции лактазы ученые считают переход к сельскому хозяйству, когда люди стали использовать молоко жвачных животных. Следы молока нашли на посуде фермеров неолита, но эти данные не позволяют сказать, делали ли из него сыр и кисломолочные продукты или потребляли сырым. Зародившись в плодородном полумесяце — на территории современных Ирака, Турции, Сирии, Ливана, Иордании, Палестины и Израиля, скотоводство распространилось практически во все регионы планеты, способные поддерживать выпас скота. В результате молоко и молочные продукты теперь составляют важную часть диеты многих человеческих популяций.

Не все территории равно пригодны для земледелия. В северных широтах, на больших высотах и в районах, подверженных частым засухам, культурные растения уязвимы, а животные могут прокормиться. Их ферментирующие многокамерные желудки успешно перерабатывают даже малопитательные растения. В этих областях молочные продукты играли важнейшую роль, и там же возникла персистенция лактазы.

Самая распространенная мутация гена МСМ6, позволяющая ему избегать инактивации, 13910*T с наибольшей частотой встречается на севере Европы. Там непереносимостью лактозы страдает лишь 2% населения, а в Южной Италии, где мутация встречается редко, — 70%. Известны еще по крайней мере четыре различных мутации в популяциях Восточной и Западной Африки, Аравии и Южной Азии. Так что способность переваривать лактозу возникала неоднократно как жизненная необходимость и не развивалась там, где отсутствовало молочное хозяйство.

Люди могли бы довольствоваться твердыми сырами и кисломолочными продуктами, в которых содержание лактозы понижено. Однако в холодном климате ферментативные процессы идут медленно и переработка молока неэффективна. Поэтому решающее значение для выживания человека приобрело питье сырого молока. В районах проблемного земледелия персистенцию лактазы поддерживал строгий отбор.

Молоко не только снабжает человека питательными веществами и витаминами, оно стимулирует секрецию инсулиноподобного фактора роста-1, который необходим для нормального роста и развития костей и других тканей. Подростки, регулярно пьющие молоко, вырастают более крупными и быстрее созревают. В регионах, где персистенция лактазы встречается часто, у населения увеличились размеры тела. Эти закономерности установились около 5000 лет назад и сохраняются по сей день.

Жизнь безлактозная

Сколь ни полезно молоко, большинство взрослых людей его не переваривает. При этом непереносимость лактозы, абсолютно нормальную с точки зрения физиологии, часто рассматривают как недуг, потому что восприимчивые люди, выпив молока, плохо себя чувствуют. Лактоза у них не всасывается и создает в кишечнике чрезмерную осмотическую нагрузку, вытягивая туда воду. В результате — диарея и вздутие живота. Добравшись до толстой кишки, неусвоенная лактоза становится пищей тамошней микрофлоры, при этом образуются короткоцепочечные жирные кислоты и газы, в основном водород, углекислый газ и метан. Короткоцепочечные жирные кислоты окисляются, что также способствует диарее.

Ну и что прикажете делать с такими страдальцами? Кажется, ответ очевиден — не давать им молока. Но молочные продукты служат важным источником кальция, белков, минералов, полиненасыщенных жирных кислот, витамина D и других полезных веществ, поэтому полностью отказываться от молока обидно. К счастью, необходимость в этом возникает редко.

Термин «непереносимость лактозы» первоначально применяли к пациентам, у которых неприятные симптомы развивались после приема 50 г лактозы, что эквивалентно примерно литру молока. Большинство людей с неактивной лактазой могут безболезненно потреблять до 12–15 граммов лактозы в день, то есть стакан молока или 100 г мороженого.

Степень непереносимости лактозы у разных людей зависит от нескольких факторов. Во-первых, от синтеза лактазы в кишечнике. Есть три генотипа: переносимость лактозы и высокая активность лактазы, непереносимость лактозы с низкой активностью фермента и промежуточная лактазная активность.

На выраженность симптомов непереносимости молока может повлиять состав кишечной микрофлоры, способствующий газообразованию, или некоторые заболевания, такие как синдром раздраженного кишечника — больные более чувствительны к растяжению кишечника из-за осмотического давления. А если лактозу чем-нибудь заедать, она переносится легче.

Можно не ограничивать пациентов в молоке и выписать им лактазные таблетки. Фермент получают из некоторых дрожжей, грибков и лактобацилл. Хочешь выпить молочка — проглоти пилюлю. Однако лактазные таблетки стоят дорого, к тому же не лечат, а лишь позволяют избежать неприятных симптомов. И помогает эта мера не всем.

Еще одно действенное средство — пробиотики, то есть микроорганизмы, которые улучшают микрофлору желудочно-кишечного тракта и уменьшают пищевую непереносимость, в том числе непереносимость лактозы.

Механизмы действия пробиотиков разнообразны. Они увеличивают способность кишечной микрофлоры расщеплять разные соединения, угнетают рост газообразующих бактерий, регулируют проницаемость слизистой оболочки кишечника и поддерживают в кишечнике стабильно низкий уровень короткоцепочечных жирных кислот, не позволяя возникнуть болям в животе и диарее.

Чаще всего роль пробиотиков выполняют бактерии рода Lactobacillus, Bifidobacterium longum, Bifidobacterium animalis, Streptococcus thermophilus и Saccharomyces boulardii. Пробиотики полезно обогащать витаминами, в частности В₆. К сожалению, пробиотики, хотя и облегчают симптомы непереносимости лактозы, не избавляют от них полностью.

Пробиотики часто добавляют в молочные продукты, например в йогурты, в качестве источника ферментов и пищевых добавок. Благодаря ферментации йогурт не вызывает появления типичных симптомов у людей с непереносимостью лактозы, да он молочного сахара почти и не содержит.

В дополнение к пробиотикам можно использовать пребиотики — неперевариваемые олигосахариды, фруктаны и галактаны. Они стимулируют рост и размножение бактериальной флоры, способной ферментировать лактозу. Хотя эти эффекты наблюдаются не у всех людей, специалисты надеются, что пребиотики каким-то образом могут восстановить переносимость лактозы.

Ну и конечно, в распоряжении людей с непереносимостью лактозы остаются кисломолочные продукты и сыры. С питательной точки зрения они сравнимы с классическими молочными продуктами. Сыры должны быть выдержанными: в отличие от свежих, в них лактозы мало или нет вообще, потому что в процессе созревания всю лактозу потребляют бактерии. Например, 30 г сыра чеддер содержит всего 0,02 г лактозы. Его можно съесть много, не испытывая неприятных симптомов. В общем, современная пищевая индустрия дает людям много возможностей извлекать пользу из молочных продуктов, не страдая от лактозы.

К сожалению, этого нельзя сказать о фармацевтической промышленности. Фармацевты запихивают лактозу во множество таблеток, пилюль, гранул, порошков для ингаляции. Даже в лекарства от диареи умудряются ее включить, хотя лактоза диарею провоцирует. Лактозу содержат около 70% таблеток. При этом производители лекарств уверяют, что нет в мире лучше наполнителя для таблеток и носителя для лекарственных веществ в ингаляционных порошках, потому что лактоза несладкая, доступна в высокоочищенном виде и безопасна для тех, кто не страдает ее непереносимостью. А кто и страдает, то в той дозе, которая содержится в лекарстве, может принимать без последствий. Обычно содержание лактозы в таблетке не превышает 400 мг, а суточная доза, принимаемая с лекарствами, — 2 г. Впрочем, точную дозу «лекарственной» лактозы определить бывает сложно, потому что не все производители ее указывают.

Есть, однако, сообщения о том, что даже таблеточные количества вызывают у людей, страдающих непереносимостью лактозы, сильную диарею. Можно, конечно, заменить лактозу крахмалом или микрокристаллической целлюлозой, однако такая замена повлияет на свойства препарата, например, его растворимость в воде, скорость поглощения или биодоступность. Поэтому любая модификация потребует новых исследований, часто длительных и дорогих; использование заменителей лактозы может привести к другим побочным эффектам, таким как раздражение кишечника или испорченные зубы. Впрочем, безлактозные аналоги некоторых лекарств существуют, будем надеяться, что эта проблема со временем разрешится.