Шрифт:
Первые настоящие попытки составить перепись этой популяции микробов [152] , живущих «вместе» с человеком, едва начались. Современные инструменты генетического анализа позволяют нам описать практически любую среду, оценив многообразие определенных общих генов – участков ДНК, которые прямо отвечают за ту или иную ключевую биологическую функцию. Это дает нам возможность исследовать не только океанское дно, но и ландшафты собственных плоти и крови, – и получить результаты, над которыми стоит задуматься, поскольку они позволяют нам по-новому взглянуть на наше положение в микрокосме и в космосе.
152
Это делается при помощи инструментов «метагеномики», когда изучаются образцы, полученные из естественной среды, и изучается генетическое разнообразие определенных важнейших генов, которыми так или иначе пользуются все живые организмы. Например, рибосомальная последовательность РНК 16S состоит из 1542 нуклеиновых кислот – «букв», и эта последовательность, как говорят биологи, высоко консервативна, то есть случайные мутации в ней вызывают осложнения и быстро уничтожаются путем естественного отбора, а значит, любая версия, как правило, соответствует своему биологическому виду. Если изучить разнообразие вариантов этой последовательности в образце, можно получить оценку количества разных видов бактерий и архей в нем.
Рассмотрим, к примеру, кто живет у нас в легких [153] . По нынешним оценкам на каждом квадратном сантиметре затейливой внутренней поверхности дыхательных путей человека живет более 2000 отдельных микроорганизмов, которые принадлежат как минимум к 120 разным видам. Общая площадь внутренней поверхности здоровой пары легких взрослого человека составляет примерно 70 квадратных метров – площадь стандартного теннисного корта. Таким образом, общая численность представителей этих 120 видов в нашем организме приближается к 1,5 миллиардам отдельных особей (и вполне вероятно, что это число на самом деле гораздо больше).
153
См., например, обзор J. M. Beck, V. B. Young, and G. B. Huffnagle. The Microbiome of the Lung // Translational Research 160 (2012): 258–66.
До самого недавнего времени считалось, что наши легкие, по сути дела, стерильны. Когда у людей брали пробы ткани или слизи и пытались вырастить на них бактерии, это ни к чему не приводило. Теперь мы понимаем, что все дело в том, что эти микроскопические обитатели наших легких попросту не размножаются вне привычной среды. Для выживания им нужна именно такая ниша.
От этого вполне может стать немного не по себе – но то ли еще будет! Чтобы оценить происходящее, стоит напомнить себе о генетическом коде человека, об информации, которая содержится в длинных молекулах ДНК, упакованных в ядрах каждой из наших эукариотических клеток. Длиной эта последовательность примерно в 3 миллиарда знаков. Геном человека содержит 20–25 тысяч отдельных генов, которые кодируют белки, и кажется, что это довольно много, пока мы не взглянем еще на одно микроскопическое сообщество – на буйные джунгли, процветающие у нас в пищеварительном тракте.
В 2010 году группа европейских ученых объявила, что произвела генетическую перепись микрофауны человеческого желудка и кишечника [154] . Ученые обнаружили более 1000 отдельных видов организмов, а у них – примерно 3,3 миллиона генов, поразительное количество, примерно в 150 раз превышающее наш человеческий набор. Более того, сосредоточившись менее чем на 10 % всех видов бактерий в микрофлоре кишечника, биологи обнаружили в их генах около 30 000 кодов неизвестных ранее белков. Похоже, эти живые существа, расположившиеся в человеческом организме, располагают удивительно богатым и разнообразным арсеналом биологических механизмов.
154
Об этой поразительной области исследований написано много превосходных работ. Отличная научно-популярная статья – J. Ackerman. The Ultimate Social Network // Scientific American 306 (2012): 36–43. Хотя по поводу микрофауны человека постоянно появляются новые работы, исследование микробов желудочно-кишечного тракта в 2010 году производилось в рамках проекта «MetaHIT» («Metagenomics of the Human Intestinal Tract»). Отчет о нем см. в статье J. Qin et al. A Human Gut Microbial Gene Catalogue Established by Metagenomic Sequencing // Nature 464 (2010): 59–65.
И это прекрасно, поскольку чем лучше мы изучим свою микрофлору, тем лучше поймем, в чем можно на нее рассчитывать. Иногда выгода самая прямая. Например, Bacteroides thetaiotaomicron, бактерия, обнаруженная в пищеварительных системах многих животных, способна расщеплять сложные углеводы на гораздо более простые сахара и другие молекулы, которые организм-хозяин может потребить. Наш генетический склад не позволяет вырабатывать ферменты, способные справиться с этими углеводами. Напротив, эта бактерия способна производить просто ошеломляющее количество ферментов – целых 260! Именно она превращает нас в самых настоящих травоядных, которые могут переварить и усвоить все, что нам нужно, из всевозможных фруктов и овощей. А иногда зависимость от микробов не очень заметна, но все равно сильна – они влияют, например, и на то, как у нас включается чувство голода и сытости, и на сложнейшие химические взаимодействия, которые помогают стабилизировать и контролировать фундаментальные реакции нашей иммунной системы. Многие биологи даже предложили считать микрофлору еще одним важным органом человека. А некоторые считают, что отделять наши гены от генов микробов бессмысленно, их следует рассматривать как единое целое. И вполне может оказаться, что в этом есть здравое зерно. Кроме того, у микрофлоры есть еще одно свойство, которое выводит наш разговор на новый уровень: наши одноклеточные спутники обладают ярчайшей индивидуальностью.
Когда ученые исследовали все многообразие видов микробов, которые живут у нас в организме, и подвергли их современным методам генетического анализа, то обнаружилось, что состав микробиологического населения организма у разных людей разный. Причем все еще зависит от того, о какой части тела мы говорим – о кишечнике, легких, руках, ротовой полости или каких-то других укромных уголках.
Например, мы считаем, что по составу микрофлоры кишечника люди делятся на три основных типа [155] или – согласно биологической терминологии – энтеротипа. Похоже, это никак не связано ни с полом, ни с возрастом, ни с ростом и весом; насколько микрофлора зависит от места жительства на Земле, нам пока неясно.
155
Энтеротипы выявлены на основе алализа метагеномных данных, полученных при изучении (какая прелесть) человеческих каловых масс. Это исследование описано в статье M. Arumugam et al. Enterotypes of the human gut microbiome // Nature 473 (2011): 174–80.
Из этого открытия следует, что каждый из нас помечен невидимым микробиологическим ярлыком, который наверняка что-то говорит о наших личных характеристиках – от того, как мы перевариваем и усваиваем пищу, до биохимии нашего организма в целом. Поскольку наши кишечные бактерии играют столь важную роль – например, вырабатывают ферменты, помогающие синтезировать витамины, – состав конкретной популяции, которую мы в себе носим, должен влиять на самые фундаментальные механизмы выживания и естественного отбора. Если я – носитель микрофлоры определенного типа, вероятно, я буду чувствовать себя в тех или иных условиях лучше или хуже, чем мой друг, принадлежащий к какому-то другому энтеротипу.
Почему мы допустили, что нас колонизировали микробы, вполне понятно – без них мы не смогли бы функционировать, однако мы еще не знаем точно, как именно и в какой момент нашего жизненного цикла это происходит. Похоже, многое закладывается в первые дни жизни при контакте с другими людьми и с окружением. Кроме того, накапливается все больше доказательств, что микробы заселяют нас еще в утробе матери, а в процессе родов и грудного вскармливания мы усваиваем еще больше бактерий от матери и из окружающей среды. Однако что в конечном итоге определяет энтеротип, когда мы становимся взрослыми, и в какой степени он может меняться с течением лет, до сих пор загадка.