Мартин Блейзер - Охотники за микробами. Как антибиотики, санация и дезинфекция ослабляют иммунитет и приводят к развитию новых заболеваний [litres]

Если в вас живут 100 триллионов бактерий, а каждая – маленькая генетическая машина, сколько генов работает в ваших микробах-обитателях и что они делают?

Как мы уже обсуждали, одной из целей проекта «Микробном человека» было секвенирование генетического материала микробов, взятых из организма молодых здоровых людей. Ученые не только провели перепись, где перечислили микробы, живущие в организмах («кто там»), но и составили список генов, которые несли эти микроорганизмы, и описали их функции («что там»). Основное открытие состоит в том, что у ваших или моих микробов миллионы уникальных генов [20, см. с. 45]; по последним данным, их около 2 млн. Для сравнения: в человеческом геноме 23 000 генов. Иными словами, 99 % уникальных генов в вашем теле – бактериальные, и лишь 1 % – человеческие. Наши микробы – не просто пассажиры, а активные участники обмена веществ. Их гены кодируют полезные для них продукты. Ферменты производят аммиак или уксус, двуокись углерода, метан или водород, употребляемые в пищу другими микробами. А также множество других, намного более сложных веществ, полезных для организма, – мы еще пытаемся понять, как это происходит.

Недавний опрос, проведенный большой группой ученых в Европе (он начался на консорциуме MetaHit), показал нечто совсем иное. Перепись почти трехсот европейцев показала, что количество уникальных бактериальных генов в кишечнике подопытных резко отличалось [21, см. с. 45]. Распределение оказалось ненормальным, в виде колоколообразной кривой. Вместо этого обнаружились две отдельные группы. У большой, в которую входило 77 % участников, обнаружилось в среднем 800 000 генов. У меньшей – 23 % – всего 40 000. Такой разницы никто не ожидал.

Но самым интересным наблюдением стало то, что люди с меньшим количеством генов с большей вероятностью страдали от ожирения. Это поразительный результат.

Изучение экологической структуры бактерий-обитателей – очень сложная процедура. В большой экосистеме, например в лесу экологи могут непосредственно наблюдать за различными особями и видами, взаимодействующими в реальном времени на протяжении дня, сезона или года. Но подобным образом изучать микробные экосистемы не удастся. Как сказано выше, один из лучших современных методов – подсчитать и идентифицировать все гены в конкретном сообществе. Представим это вот таким образом. Заберем целиком один акр леса, пропустим через гигантский блендер, а затем пересчитаем оставшиеся фрагменты листьев, древесины, костей, корней, перьев и когтей; по этим останкам, обломкам и обрывкам составим примерный список обитателей и предположим, как они взаимодействуют.

Мы можем понять функции некоторых бактериальных генов, сравнив их с другими известными. Первые данные проекта «Микробном человека» и европейской программы MetaHit в основном дали нам так называемые гены домоводства: они занимаются рутинной, но необходимой для жизни работой. Например, в изобилии встречаются гены для строительства и поддержания состояния клеточной стенки, потому что все бактерии обязаны их строить. Кроме того, у всех должны быть гены, позволяющие воспроизводить собственную ДНК и размножаться. Обнаружены и гены для ключевого фермента, ДНК-полимеразы, необходимой для создания новых цепочек. У людей несколько его вариантов, у микробов, живущих в нас, должно быть, тысячи, в зависимости от того, в какой именно бактерии он содержится.

В генах бактерий, обнаруженных на разных участках тела, есть и менее тонкие отличия. «Гены домоводства», конечно, остаются постоянными, но, например, у кожных бактерий больше тех, которые связаны с маслами, чем у обитателей толстой кишки. У вагинальных есть гены, которые помогают создавать кислую среду и выживать в ней. Основываясь на сегодняшнем уровне знаний, можно смело сказать, что микроорганизмы выполняют специализированные функции на всех обитаемых участках тела, и разница между ними может быть гораздо больше, чем между людьми. Например, самый высокий человек на Земле выше самого низкого в два, максимум в три раза. Разница в размерах организмов типичного микробиома может составлять поразительные десять миллионов единиц [22, см. с. 45]. Бактериальная специализация – очень интересный и в основном неисследованный мир, который поможет понять, что именно делает каждого из нас уникальным с точки зрения здоровья, обмена веществ, иммунитета и даже когнитивных способностей.

Мы пока еще не определили функции 30–40 % бактериальных генов, обнаруженных в рамках крупных проектов, но знаем, что некоторые виды редки, им может грозить вымирание. Микробное население в целом бывает очень динамичным. Количество клеток, представляющих определенный вид, может колебаться от одной до триллиона. Давайте предположим, что животное нашло новую пищу, где содержится незнакомое ему химическое вещество [23, см. с. 45]. Вид бактерий, популяция которого составляла всего сотню клеток, способен в результате изменений кишечной среды из-за новой пищи размножиться за несколько дней до миллиардов. Если ранее доминирующий вид не выдержит конкуренции за еду с новой голодной бактерией, то его численность может сократиться в несколько тысяч раз, а то и больше. Именно динамизм и гибкость – основные характеристики микробиома, которые помогают ему процветать. Но, с другой стороны, у вида, который в нормальных условиях представлен всего сотней клеток, нет права на ошибку. Он может столкнуться с антибиотиком, который его полностью уничтожит.