Мы не сами по себе – мы суперорганизм
Мы представляем собой экосистему, и внутри и вне нашего организма находятся бактерии, вирусы, археи и грибы – все они формируют сообщество тесно связанных между собой компонентов. Их невозможно смыть водой с мылом – да и не следует это делать, поскольку мы с ними одно целое. Вредно слишком часто принимать душ! Это утверждение нужно пояснить.
Полная микробиота состоит из всех бактерий и других микроорганизмов, населяющих наш организм, которые находятся внутри него и вне его. Ежегодно журнал публикует список 10 ведущих научных прорывов, и в период 2011–2013 гг. там фигурировало открытие микробиома. Микробиом состоит из всех микроорганизмов, бактерий, вирусов, архей, грибов, независимо от того, известны они нам или нет, можем ли мы вырастить или описать их, – определяются только полные последовательности, и такой подход используется всеми учеными! Исследователи руководствуются принципом: «Нужно тестировать всё!» Технологии секвенирования усовершенствовались, настолько подешевели и получили такой импульс, что в настоящее время секвенируют всё, что только можно себе представить: микробиомы всех видов, находящиеся в ЖКТ, слюне, слизистой носа, легких и еще где бы то ни было. Теперь мы знаем, что организм человека – это целая экосистема. У каждого человека свой микробиом, как личный PIN-код. Результаты оказались настолько впечатляющими, что о них сообщили все газеты. В настоящее время появились новые данные о количестве микроорганизмов, населяющих наш организм, – их оказалось огромное число. Были получены соответствующие данные, в частности по итогам проекта «Микробиом человека» (ПМЧ), в рамках которого анализировался микробиом человека. В своем роде ПМЧ – преемник проекта «Геном человека», цель которого заключалась в том, чтобы секвенировать наши геномы, то есть все наши гены. Что касается ПМЧ, то изначально у 242 здоровых американцев многократно брали для секвенирования мазки – образцы (всего 5000) с различных частей организма. Было изучено 178 геномов из микробов, обитающих в организме человека и на поверхности тела. Было выявлено, что редкие микробы характеризуются относительно высокой вариабельностью, в то время как популяции распространенных микробов продемонстрировали меньшую сложность, приобрели преимущество роста и могут опередить другие виды, поэтому доминантными становится небольшое число видов. Все это чрезвычайно сложно. Самое большое число популяций бактерий присутствует в кишечнике, различных полостях организма, на коже, на локтях, за ушами и (менее всего) во влагалище. Микробиомы, находящиеся в районе подмышек, отличаются от микробиомов, локализующихся в районе предплечья. На руках определяется около 44 видов бактерий – это самое богатое сообщество, присутствующее вне организма человека. Микробиом влагалища отличается особенно выраженной стабильностью и незначительной сложностью. Микробиомы определенных частей тела имеют больше общего с микробиомами аналогичных частей тела другого человека, нежели с микробиомами других частей тела того же человека.
Таким образом, единственно возможным является метагеномный подход, и понятие «метагеномика» происходит от понятий «метаанализ» (процедура, используемая в статистике, чтобы сделать несхожие результаты сопоставимыми) и «геномика» (полная генетическая информация). Только представьте себе: нам не известны 99% всех существующих микроорганизмов, и никак иначе их исследовать невозможно.
Реализация проекта «Микробиом человека» дала немало удивительных результатов. Во-первых, большинство микробов не являются болезнетворными. Астрономическое количество бактерий, вирусов и грибов присутствует не только в кишечнике, но и на поверхности тела. Многие из них принципиально важны для человека с точки зрения его элементарных потребностей, в частности для получения витаминов или переваривания пищи, которую мы не можем переварить сами. Они синтезируют витамины, обеспечивают детоксикацию канцерогенов и метаболизируют лекарственные средства (желательно знать об этом больше!). Бактерии и вирусы влияют на нашу иммунную систему и защищают нас от инородных микробов, которые, вероятнее всего, для нас патогенны. Таким образом, полезные микробы могут контролировать болезнетворные, то есть известное защищает нас от неизвестного! Наш кишечник не является полем битвы микроорганизмов, это не война, а скорее гомеостаз, хорошо сбалансированное и стабильное сообщество. И это наша защита от внешних микроорганизмов!
Второй повод для удивления – количество таких микроорганизмов: в кале определяется 1000–2000 различных типов бактерий, а их стандартная общая масса составляет 1,5–2 кг. В нашем организме в общей сложности 10клеток и 10 микробов. Только 10% клеток являются действительно нашими собственными. К этому нужно добавить неизвестное число архей. Можно только представить себе, сколько вирусов и фагов обитает в нашем кишечнике: на сегодняшний день распознано 500 вирусов и фагов, однако большинство из них до сих пор неизвестны. Сложнее всего анализировать виромы или «виросферы», состоящие из всех вирусных последовательностей образца, поскольку поиск неизвестных последовательностей – особая проблема. Просто определяются только известные последовательности. Многие вирусы нельзя вырастить в лабораторных условиях, поэтому их невозможно изучать. Возможно, их 1000, 5000 и даже больше. Для их выявления необходимо разработать поисковые системы. Недавно полученные результаты указывают на то, что большинство фагов остается внутри своих бактерий и высвобождается, только когда человек заболевает. Весьма вероятно, что в будущем это станет инструментом диагностики: для этого определяется соотношение находящихся в кале вирусов в свободном и внутриклеточном состояниях, и если этот показатель высок, значит, налицо заболевание. Это соотношение можно определить и по слюне, на другом конце ЖКТ!
Кроме того, не следует забывать о грибах, которые не исследовали столь тщательно. В медицине известно примерно 1000 видов грибов. И только около 100 из них удается диагностировать в лаборатории, занимающейся диагностикой грибов, которая находится рядом с моим офисом в Цюрихе. Всего существует, вероятно, 1–2 млн различных типов грибов.
Микробы предоставляют больше генов, отвечающих за выживание человека, чем собственно гены человека. По оценкам, бактериальных кодирующих белок генов в 360 раз больше, чем генов человека. В организме человека более 8 млн уникальных микробиальных генов ассоциируется с микробиомом. Они вносят свой вклад в наше состояние здоровья или нездоровья – настолько, насколько мы в состоянии это оценить в настоящее время. Если сравнивать это с общим количеством собственно генов человека (20 000), можно высказать предположение, что генетический вклад микробов, составляющий несколько миллионов генов, в несколько сот раз превышает генетический вклад генома человека. Микробиом – наш «второй геном». А вирусы и грибы могут быть нашими третьим и четвертым геномами! Вот почему человек представляет собой суперорганизм.
Исследование близнецов и сравнение их микробиомов показали, что сходство микробиомов наблюдается только у однояйцевых (монозиготных) близнецов. Сходство их микробиомов с микробиомами матерей или других родственников гораздо менее выражено. Микробиомы настолько разнообразны, что их можно использовать в криминалистике для идентификации человека по его индивидуальному микробиому. Однако, если в один прекрасный день окажется, что фотографии на удостоверении личности недостаточно, чтобы пройти таможню, процесс секвенирования микробиома пока еще остается несколько трудоемким. Возможно, юридических проблем с микробиомным анализом станет меньше, чем в настоящее время с геномным анализом, и возможно, в скором времени он станет вполне реальным – как знать?
Если слюна отражает индивидуальную генетическую сложность в достаточной мере, чтобы использовать этот метод в диагностике или в криминалистике, возникает вопрос: могут ли поцелуй или тесные контакты между членами семьи стать своего рода способом установления равновесия или адаптации микробиомов – как неромантично! Влияют ли микробы на то, что между людьми возникает чувство притяжения или отторжения? На любовь?
И наконец, если мы представляем собой экосистемы и если все инородные гены влияют на наши гены, можно ненадолго стать философом и задаться вопросами: «Что такое человек?», «Кто я есть?». Способен ли микробиом повлиять на «свободу» принятия нами решений? Что происходит с микробиомом в организме больного человека? Любая терапия антибиотиками существенно меняет микробиом и способствует развитию воспалительных заболеваний кишечника (ВЗК), в частности болезни Крона (см. ниже).
Если мы рассматриваем основные этапы формирования жизни на Земле, приходится признать, что мы совсем недавно появились в мире микроорганизмов, который существовал и до нас. Они появились более чем за 3 млрд лет до нас. Естественно, выжили только те наши предки, которые смогли с ними справиться. В итоге это автоматически привело к мирному сосуществованию. Специалист по виромам Форест Роуэр из Сан-Диего называл нас «живыми инкубаторами» для вирусов. Такое определение нам бы не очень подошло, если считать нас существами, созданными по образу и подобию Бога. Нам бы больше подошло определение «станции обслуживания» для микроорганизмов! В принципе, в нас нет необходимости. Мир микробов может прекрасно обходиться и без нас. Микробы все равно нас переживут, точно так же как они существовали до нас. Они обладают большей гибкостью и демонстрируют более выраженную адаптивность по сравнению с нами и поэтому переживут все катастрофы, так было и раньше. А вот обратное невозможно: мы не можем существовать без микроорганизмов. Нам нужны микроорганизмы для переваривания пищи и защиты от других патогенных микробов. Мы не главенствуем над микробами, а зависим от них.
