Страница 6 из 24
На самом деле человек скорее напоминает архипелаг – цепочку островов. На каждом отдельном острове Галапагосов обитают свои разновидности вьюрков и черепах, а на каждой части нашего тела – своя микробная фауна. На коже микробиом по большей части состоит из бактерий Propionibacterium, Corynebacterium и Staphylococcus; Bacteroides правят в кишечнике, Lactobacillus – во влагалище, а Streptococcus – в полости рта. В самих органах бактерии тоже неоднородны. Микроорганизмы, обитающие в начале тонкой кишки, отличаются от тех, что проживают в прямой кишке. Над десневым краем и под ним живут разные микробы. Жирные участки на лице и груди заселили одни микробы, жаркие и влажные заросли в области паха и под мышками – другие, а третьи захватили сухие пустыни на предплечьях и ладонях. Кстати, о ладонях: население вашей правой ладони всего на одну шестую совпадает с населением левой[25]. Разница между частями тела в этом плане во много раз превосходит разницу между людьми. Проще говоря, бактерии у вас на предплечье больше напоминают бактерий на моем предплечье, чем у вас же во рту.
Микробиом меняется не только территориально, но и со временем. Когда ребенок при рождении покидает идеально чистый мир маминого живота, его тело сразу заселяют вагинальные микробы матери. Почти три четверти штаммов микроорганизмов новорожденного совпадают с материнскими. Затем начинается экспансия. Ребенок получает новые виды бактерий от родителей и окружающего мира, и микробиом его кишечника постепенно становится все разнообразнее[26]. Главенствующие в кишечнике виды сменяют друг друга, ведь рацион младенца меняется: на смену Bifidobacterium, специализирующимся на переваривании молочных продуктов, приходят Bacteroides, любители углеводов. Вместе с микробами меняется и их поведение. Они начинают производить разнообразные витамины и подготавливают кишечник к перевариванию взрослой пищи.
Это очень бурный период, но его этапы вполне предсказуемы. Представьте, что будет происходить в лесу после пожара или на новорожденном острове, только что высунувшемся из океана на поверхность. И там, и там вскоре появятся самые незамысловатые обитатели – мхи и лишайники. За ними подтянутся трава и мелкие кустарники, а потом и деревья. Экологи называют этот процесс сукцессией, или сменой сообществ, и к микробам данное понятие тоже применимо. Микробиому новорожденного требуется от одного до трех лет, чтобы достичь зрелого состояния, а потом наступает стабильность. Да, микробиом меняется изо дня в день, от рассвета до заката, даже от обеда к ужину, но эти изменения ничтожны по сравнению с теми, что произошли в первые годы жизни. Микробиом взрослого человека динамичен, но лишь на фоне общей стабильности[27].
У разных животных смена микробных сообществ происходит по-разному, потому что мы – довольно привередливые хозяева. Колонизировать нас дано не любым микробам, а тем, что дано, мы можем сами подбирать товарищей. Как именно это делается, мы узнаем чуть позже, а пока будем иметь в виду, что микробиом человека отличается от микробиома шимпанзе, который отличается от микробиома гориллы, – примерно как леса Борнео с орангутанами, карликовыми слонами и гиббонами не похожи на леса Мадагаскара с лемурами, фоссами и хамелеонами, а те, в свою очередь, на леса Новой Гвинеи с райскими птицами, валлаби и казуарами. Мы знаем об этом благодаря ученым, которые прошлись ватной палочкой по всему животному миру. Они описали микробиомы панд, валлаби, комодских варанов, дельфинов, лори, дождевых червей, пиявок, шмелей, цикад, погонофор, тлей, белых медведей, дюгоней, питонов, аллигаторов, мух цеце, пингвинов, попугаев какапо, устриц, капибар, летучих мышей, морских игуан, кукушек, индеек, грифов-индеек, павианов, палочников и многих других животных. Они секвенировали микробиомы новорожденных, недоношенных, детей постарше, взрослых, пожилых, беременных женщин, близнецов, жителей крупных городов США и Китая, деревенских жителей из Буркина-Фасо и Малави, охотников и собирателей из Камеруна и Танзании, никогда прежде не контактировавших с цивилизованным миром представителей амазонских племен, стройных и полных людей, а также здоровых и больных.
Подобные исследования сейчас набирают обороты. Микробиология существует уже не один век, но в последние несколько десятилетий она кардинально ускорила шаг благодаря развитию технологий и осознанию того, что микробы, оказывается, имеют значение – особенно в плане здоровья. Ведь именно они отвечают за то, как наш организм воспринимает прививки, сколько энергии дети получают из пищи и в какой степени рак у больных поддается лечению. Многие болезни, в том числе ожирение, астма, рак толстой кишки, диабет и аутизм, сопровождаются изменениями в микробиоме, а значит, можно предположить, что эти микробы как минимум служат признаком болезни, а как максимум – ее причиной. Если причиной, то, возможно, нам удастся существенно укрепить здоровье, внеся определенные изменения в свои сообщества микроорганизмов – можно добавлять и уничтожать различные виды, пересаживать целые сообщества из организма одного человека в организм другого и даже создавать искусственные микроорганизмы. Можно даже управлять микробиомами других животных – разрушать партнерства, позволяющие червям-паразитам заражать нас жуткими тропическими болезнями, и создавать новые симбиозы, позволяющие кровососущим насекомым самим бороться с вирусом, вызывающим лихорадку денге.
Микробиология – быстро меняющаяся область науки, которая до сих пор укрыта завесой неизвестности, непостижимости и разногласий. Мы не можем даже идентифицировать многих микробов в собственном теле, а выяснить, как они влияют на нашу жизнь и здоровье, – тем более. Но ведь это так увлекательно! Быть на волне и предвкушать то, что впереди, куда круче, чем оказаться прибитым к берегу. Сейчас на этой волне сотни ученых. Микробиологию активно финансируют. Во много раз увеличилось количество значимых исследований. Микробы всегда правили нашей планетой, и теперь наконец-то они вошли в моду. «Раньше микробиология была никому не известной наукой, а сейчас вышла в первые ряды, – улыбается биолог Маргарет Макфолл-Най. – Забавно наблюдать, как все вокруг осознают, насколько важны микробы, и как процветает эта отрасль. Теперь мы знаем, что микробы составляют огромную и разнообразную часть биосферы, что они живут в непосредственной близости к животным и имеют большое влияние на их природу. Как по мне, так это самый крутой переворот в биологии со времен Дарвина».
Критики утверждают, что микробиом не заслужил такой популярности и большинство исследований в этой области представляют не большую ценность, чем коллекционирование марок. Мы знаем, какие микробы живут на морде панголина, а какие – в кишечнике человека, и что с того? Это дает ответы на вопросы «что?» и «где?», но не «как?» и «почему?». Почему на одних животных некоторые микробы живут, а на других – нет? Или почему у некоторых особей они есть, а у большинства их нет? Почему микробы живут лишь на определенных частях тела, а не на всех? Почему мы наблюдаем то распределение, которое наблюдаем, и как оно возникает? Как микробы попадают в хозяина и как они там остаются? Как микробы и хозяева меняют друг друга, заключив союз? И как они себя ведут, когда этот союз разрушается?
В конечном итоге именно на эти вопросы микробиология и пытается ответить. В этой книге я расскажу вам, как мы продвинулись в поисках ответов, какие перспективы заложены в изучении микробиома и управлении им и что нам придется сделать, чтобы их достичь. Пока что будем иметь в виду, что ответить на эти вопросы можно, лишь шаг за шагом собирая данные, так же как Дарвин и Уоллес в свое время. «Коллекционирование марок» необходимо. «Дневник Дарвина тоже всего лишь описывал его путешествия и рассказывал о красочных животных и живописных местах, о теории эволюции там не было ни слова, – писал Дэвид Куаммен[28]. – Теория появилась после». Сначала был долгий и упорный труд. Систематизация. Составление описаний. Сбор материала. «Если материки еще не исследованы, перед тем как выяснять, почему все расположено так, а не иначе, нужно выяснить, как именно оно расположено», – замечает Роб Найт.
25
Fierer et al., 2008.
26
Исследователи изучили изменения в микробиомах новорожденных детей, в том числе своих. Недавно Фредрик Бэкхед провел самое подробное исследование из всех и проанализировал образцы стула 98 младенцев за первый год жизни (Bäckhed et al., 2015). Таня Яцуненко и Джефф Гордон также провели выдающееся исследование в трех разных странах. В нем они показали, как микробиом младенца меняется за первые три года жизни (Yatsunenko et al., 2012).
27
Джеремиа Фейт и Джефф Гордон выяснили, что большая часть штаммов остается в кишечнике на протяжении десятков лет – их количество со временем варьируется, но они никуда не исчезают (Faith et al., 2013). Другие группы исследователей доказали, что за короткий срок микробиом может значительно измениться (Caporaso et al., 2011; David et al., 2013; Thaiss et al., 2014).
28
Quammen, 1997, с. 29.