Страница 3 из 22
Упрощенное филогенетическое дерево, на котором показаны три надцарства и четыре царства домена эукариотов
Теперь мы знаем, что человеческий геном обязан своей сложностью не только тому количеству генов, которые содержит сам, но и множеству комбинаций белков, которые эти гены способны порождать. Мы, как и другие животные, в состоянии извлекать больше функциональной пользы из наших геномов, чем, казалось бы, в них закодировано. Однако благодаря генам наших микробов уровень общей сложности дополнительно повышается: эти примитивные организмы оказывают человеческому телу ценные услуги, позволяя ему развиваться быстрее и легче.
До недавних пор изучение микробов зависело исключительно от возможности культивировать их в чашках Петри, наполненных «бульоном» из крови, костного мозга или сахаров в желеобразной взвеси. Это сложная задача: большинство видов, живущих в человеческом кишечнике, погибают от контакта с кислородом: они так устроены, что не переносят его. Кроме того, выращивая микробов в этих емкостях, необходимо угадывать, какие именно питательные вещества, температурный режим и газовый состав необходимы им для выживания; если угадать не получится, ученые лишатся и шанса узнать что-либо о том или ином виде. Культивирование микробов можно сравнить с попыткой выяснить, кто пришел на урок, просто вызывая учеников по списку из классного журнала: если вы не назовете какого-нибудь ученика по имени, вы не узнаете, есть он в классе или нет. Современная технология секвенирования ДНК стала дешевле и оперативнее именно благодаря стараниям ученых, работающих над проектом «Геном человека». Она представляет собой принципиально иной метод проверки: каждого входящего в класс просят назвать себя. В этом случае можно учесть всех без исключения – даже тех, чьего появления вы не ожидали.
На проект «Геном человека» возлагались огромные надежды. Достигнутый результат сочли ключом к разгадке человеческой сущности, к этому величайшему божественному творению, к священной библиотеке, в которой хранятся тайны болезней. Ученые уложились в бюджет в 2,7 миллиарда долларов и подготовили черновой вариант расшифровки на несколько лет раньше запланированного – в июне 2000 года. Тогдашний президент США Билл Клинтон прокомментировал это так:
Сегодня мы начинаем понимать язык, на котором Господь создал жизнь. И от этого испытываем еще большее благоговение перед сложностью, красотой и чудом этого святого, священного дара, которым наградил нас Господь. Это фундаментальное новое знание даст человечеству новые возможности для лечения болезней. Достижения генетики в корне изменят всю нашу жизнь – а главное, жизнь наших детей. Это будет революция в области диагностики, профилактики и лечения большинства – если не всех – человеческих болезней.
Однако в последовавшие за этим годы научные журналисты по всему миру начали писать о разочаровании тем, что определение нашей полной последовательности ДНК недостаточно повлияло на развитие медицины. Хотя расшифровка «руководства по эксплуатации» человеческого организма стала бесспорным достижением, которое позволило существенно улучшить методы лечения нескольких серьезных болезней, она действительно не оправдала всеобщих надежд на то, что теперь удастся понять причины многих распространенных заболеваний. Поиск генетических отклонений, общих для людей, страдающих той или иной болезнью, вопреки ожиданиям, не помог установить происхождение многочисленных патологий и расстройств. Обнаруживалось множество слабых связей между различными сбоями в работе организма и десятками (а то и сотнями) вариантов генов (так называемых аллелей), но крайне редко можно было утверждать, что наличие конкретного аллеля непосредственно приводит к тому или иному заболеванию.
Но тогда, на рубеже веков и тысячелетий, мы совершенно упустили из виду, что 21 тысяча человеческих генов – это еще далеко не все. Технология секвенирования ДНК, разработанная в рамках проекта «Геном человека», сделала возможной другую важную программу, тоже связанную с секвенированием генома, – проект «Микробиом человека» (ПМЧ). Вокруг этого проекта было гораздо меньше ажиотажа. В отличие от проекта «Геном человека» ПМЧ предполагал изучение геномов тех микробов, которые живут на человеке и в человеке, то есть нашей микрофлоры. Цель проекта заключалась в том, чтобы выяснить, какие виды нас населяют.
Теперь ни зависимость от чашек Петри, ни избыток кислорода не могли помешать изучению наших микроскопических сожителей. Имея бюджет в 170 миллионов долларов и рассчитанную на пять лет программу секвенирования ДНК, ученые, участвующие в ПМЧ, задались целью «прочесть» в тысячи раз большее количество ДНК, чем в проекте «Геном человека», – ДНК микробов, живущих в восемнадцати различных средах на человеческом теле и внутри его. Это должно было стать самым полным обзором генов, образующих индивида, – если подразумевать под этим понятием совокупность человека и его «родных» микробов. По завершении первой фазы научно-исследовательского проекта «Микробиом человека» в 2012 году ни один мировой лидер не сделал никаких громких заявлений и лишь отдельные журналисты сообщили об этой новости. Но ПМЧ будет продолжать работу, и он расскажет нам гораздо больше о том, что значит быть человеком, чем когда-либо рассказывал об этом наш собственный геном.
С момента зарождения жизни одни виды начали эксплуатировать другие, и микробы продемонстрировали особое умение поселяться и жить в самых необычных местах. С учетом их микроскопических размеров тело другого существа – особенно такого крупного позвоночного, как человек, – является для них не просто экологической нишей, а целым миром, таящим в себе большое разнообразие сред обитания, экосистем и возможностей. Человеческое тело, столь же разнообразное и динамичное, как наша планета, обладает своим химическим климатом, который постоянно колеблется под действием гормонов, и сложными ландшафтами, которые претерпевают изменения с возрастом. Для микробов это настоящие райские кущи.
Мы развивались бок о бок с микробами, задолго до того, как сделались людьми. По большому счету – еще до того, как наши далекие предки стали млекопитающими. Тело любого животного – от крошечной плодовой мушки до гигантского кита – вмещает целую популяцию микробов. Несмотря на то что за многими из них закрепилась дурная репутация паразитов и переносчиков болезней, гостеприимство по отношению к этим миниатюрным живым организмам может приносить их хозяину огромную пользу.
Гавайский короткохвостый кальмар (Sepiola atlantica) – такой же большеглазый и красочный, как персонажи мультфильмов студии Pixar, – обезопасил себя от множества врагов, «пригласив» на жительство в особую полость своего брюшка всего один вид биолюминесцентных бактерий. В этом органе люминесцентные бактерии Aliivibrio fischeri, перерабатывая пищу, излучают свет, так что, если поглядеть на кальмара снизу, можно заметить легкое мерцание. Благодаря этому его тело теряется на фоне поверхности океана, залитой лунным светом, что делает его незаметным для хищников, подплывающих снизу. Своим спасительным камуфляжем кальмар обязан постояльцам-бактериям, а те могут быть благодарны ему за надежную «крышу над головой».
Разумеется, использование бактерий в качестве источника света – явление уникальное. Однако кальмары – отнюдь не единственные животные, которые обязаны жизнью микробам, населяющим их организм. Стратегии выживания многочисленны и разнообразны, и взаимодействие с микробами стало движущей силой эволюционной борьбы еще 1,2 миллиарда лет назад, когда только появились живые существа, состоящие более чем из одной клетки.
Чем больше клеток в организме, тем больше микробов может в нем жить. Особенно гостеприимны к бактериям крупные травоядные. Грубые корма, составляющие их рацион, требуют особых белков, так называемых ферментов (или энзимов), для расщепления плотных молекул, из которых состоят оболочки клеток травянистых растений. С учетом смены поколений тех же коров ждать, пока в результате случайной мутации появится ген, отвечающий за выработку подобных ферментов, пришлось бы не один миллион лет.