Я – суперорганизм! Человек и его микробиом
Но давайте закончим наше воображаемое путешествие именно здесь. Оно позволяет представить себе лишь некоторые детали, известные нам о бутирате и о том, что он способен делать. Конечно, пока мы знаем далеко не все. Однако этот беглый рассказ позволяет представить себе и другие похожие истории о молекулах, каждая разновидность которых успела сыграть множество ролей с тех самых пор, как в ходе эволюции начали складываться пути координации различных систем нашего организма (и организма наших эволюционных предшественников) [63].
Ученые пытаются столь же детально изучить другие подобные истории, каждая из которых напоминает о тонко настроенном взаимодействии и тщательной координации, необходимых, когда речь идет об управлении организмом, состоящим из триллиона клеток. Переход же на уровень суперорганизма подразумевает, что система в целом включает триллионы других клеток, которые действуют в какой-то степени независимо и интересы которых не всегда полностью совпадают с интересами «родных» клеток нашего тела.
Из истории о бутирате можно сделать еще два вывода. Обычно ни одна малая молекула не ограничивается выполнением лишь одной функции. Чаще всего молекула вовлечена в деятельность разных систем, причем ее функции подчас кажутся в чем-то противоречивыми. Одна молекула может участвовать в тонкой настройке многих систем организма. Более того, сети передачи сигнала, чью деятельность она модулирует, переплетаются со многими другими; ко всем этим взаимодействиям следует подходить весьма тщательно, если мы хотим получить сколько-нибудь ясное представление об их возможных конечных результатах. Все эффекты, которые оказывает моя гипотетическая гиперактивная молекула бутирата, зависят от конкретных клеточных обстоятельств. Нужно иметь все это в виду, пытаясь разобраться, означают ли новые открытия касательно микробиома именно то, о чем заявляют их авторы и пропагандисты.
А теперь следует вернуться на более высокие уровни микробиома – к экосистемам и комплексным взаимодействиям. Но пока мы еще здесь, внизу, играем в рьяных редукционистов и пытаемся изучать объекты по одному, давайте обратимся к очередной истории с единственным главным героем. Речь у нас пойдет не о молекуле, а о некоей бактерии.
«Хорошая» бактерия, «плохая» бактерия
Мешанина из бесчисленных результатов ДНК-анализа, получаемых современными специалистами, определенно говорит лишь одно: существует несметное множество разновидностей бактерий, которые могут оказаться среди микробного населения человеческого организма. Это разнообразие наряду с еще более огромным разнообразием генов, которые все эти микробы имеют в своем коллективном распоряжении (как мы уже знаем, таких генов больше 10 миллионов), представляет собой во всех смыслах гигантскую проблему, в которой еще только предстоит разобраться.
Впрочем, если сосредоточиться всего на одной бактерии, тоже можно немало узнать. Как и в случае с E. coli, лабораторное исследование которой плодотворно уже много лет, выяснение как можно большего количества информации об одной-единственной бактерии способно показать, как бактерии взаимодействуют с нашим организмом.
Возьмем, к примеру, интригующую историю Helicobacter pylori. Это существо особенно удобно для одновидовых штудий, поскольку устойчиво к воздействию кислой среды и поэтому может жить в желудке (где численность бактериального населения значительно ниже, чем в кишечнике). Возможно, по этой причине данная бактерия – нелучшая иллюстрация того, как мы взаимодействуем с прочими компонентами нашего микробиома, однако она позволяет демонстрировать немаловажные особенности наших связей с бактериальными видами.
История эта может похвастаться удивительными поворотами: в частности, за 30 лет она дважды коренным образом переменила господствующее в научных и медицинских кругах мнение, причем во второй раз потребовалось выкорчевать воззрения, прочно укоренившиеся на предыдущем этапе.
Пожалуй, H. pylori известнее всего благодаря исследованиям, в ходе которых утверждалось: она вызывает язву. До 1970-х годов ученые полагали, что язва – эта болезненная и иногда опасная эрозия стенки желудка – возникает из-за чрезмерного количества кислоты; эффект, к которому может приводить стресс. Затем австралийский патолог Робин Уоррен подметил, что в желудке имеются бактерии, активно заселяющие слизистую оболочку его стенок при воспалении. Эти бактерии наблюдали еще в XIX веке, но с тех пор столь основательно забыли, что преподаватели внушали будущим врачам: желудок стерилен. Как выяснилось, присутствие этих бактерий в организме человека напрямую связано с развитием язвы.
Эта ассоциация оказалась достаточно четкой, чтобы предположить: данный микроб – патоген, подчиняющийся правилам Коха. В 1982 году его удалось вырастить в лабораторной культуре. Раньше у микробиологов это не получалось. Затем даже удалось показать, что H. pylori можно выделить у пациентов, страдающих язвой, и у большего количества людей, страдающих гастритом (желудочным воспалением). Кроме того, Барри Маршалл, работавший вместе с Уорреном, выяснил, что проглатывание этих бактерий вызывает приступ гастрита. Еще более впечатляющее открытие: медикаментозное лечение заражения H. pylori помогает избавляться от язвы. Результат – Нобелевская премия по физиологии и медицине, присужденная Уоррену и Маршаллу в 2005 году, и мгновенно возникшая у множества врачей убежденность, что эта новая (для них) бактерия – опаснейший патоген. Итак, если желудок почему-либо оказался нестерильным, нужно срочно сделать его таковым. Хорошая H. pylori – мертвая H. pylori. А потому – принимайте антибиотики!
Однако дело с язвой оказалось не столь простым. Мартин Блейзер из Нью-Йоркского университета давно подметил, что не все носители H. pylori зарабатывают язвенную болезнь. В конце 1980-х он приступил к более тщательному исследованию этого микроорганизма. Вскоре его научная группа выяснила, что существует несколько вариантов данной бактерии и в крови зараженных ею людей содержатся антитела к ней [64].
Далее Блейзер принялся разделять H. pylori на разновидности, отличающиеся друг от друга по способам взаимодействия с эпителиальными клетками желудка, и показал, почему какие-то из этих разновидностей вызывают язву с большей вероятностью, чем другие. Вместе с коллегами он продемонстрировал также, что присутствие этих бактерий увеличивает риск развития рака желудка – одной из главных причин смерти современного человека. Что ж, тем больше оснований прописывать антибиотики: мы должны при первой же возможности избавляться от этого смертоносного микроба!
Однако на этом дело не закончилось. Связь с болезнью была обнаружена только потому, что не все люди оказались носителями H. pylori. Эта особенность возникла у человечества сравнительно недавно. Работы XIX века и современные обследования жителей Африки и Азии показали, что почти у всех испытуемых эти бактерии обитают в стенках желудка либо в их крови имеются антитела, свидетельствующие о наличии этих бактерий. Более тщательные изыскания, проведенные совсем недавно, позволяют заключить, что эта бактерия – наш весьма древний спутник. Похоже, в желудке у каждого млекопитающего имеется какой-то родич этой бактерии, эволюционировавший вместе со своим хозяином. Можно показать, что человек является ее носителем по меньшей мере на протяжении последних 100 тысяч лет, а скорее всего даже дольше. H. pylori живет лишь на человеке, а значит, после рождения ребенок должен как-то приобретать ее от себе подобных. В менее гигиеничные времена большинство детей подхватывали ее в течение первых десяти лет жизни.
Потом пришла современная санитария, а позже – практика частого введения антибиотиков для борьбы с детскими инфекциями. Заражаемость бактериями H. pylori стала неуклонно снижаться. Между взрослыми людьми они не так-то легко передаются, а дети могут приобрести их, лишь если матери или братья-сестры являются их носителями. Поэтому доля людей, зараженных этим микробом, уменьшалась с каждым новым поколением. По оценкам Блейзера, у подавляющего большинства рожденных в США в начале прошлого века имелись в животе H. pylori, однако этой бактерией заражены лишь менее 6 % появившихся на свет после 1995 года.