Калеб Шарф - Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной

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] 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. . 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.

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] 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. 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.

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.

Несомненно, чем больше мы будем узнавать о своей внутренней биологической Вселенной, тем больше сюрпризов нас ожидает. Современные ученые подозревают, что даже личностные качества и черты характера, например, дружелюбие и агрессивность, определяются химическим влиянием состава микрофлоры человека: прямо-таки теневая «микробная душа» [156] Подобные исследования начались только совсем недавно, однако, похоже, действительно есть какая-то связь – иногда ее называют «осью „микрофлора-кишечник-мозг“». Хороший обзор см. в статье V. O. Ezenwa et al. Animal Behavior and the Microbiome // Science 338 (2012): 198–99. !

Мы далеко не настолько «индивидуальны», как когда-то думали, и из этого следуют далеко идущие выводы. Это означает, что у нас неожиданно много общего с планетой под нашими ногами. Мало того, что именно микроскопические организмы почти 4 миллиарда лет формировали среду нашего обитания на Земле – наше функционирование и эволюция [157] И в самом деле, некоторых ученых это навело на использование термина «хологеном» – сумма генов человека (и любого многоклеточного организма) и его микрофлоры; с этой точки зрения они исследуют эволюцию и естественный отбор. Некоторые исследования, похоже, отчасти подтверждают подобные идеи; см., например, R. M. Brucker, S. R. Bordenstein. The Hologenomic Basis of Speciation: Gut Bacteria Cause Hybrid Lethality in the Genus Nasonia // Science 341 (2013): 667–69. , оказывается, прямо зависят от базового генетического набора планеты, который заключен и в наших собственных клетках, и в клетках наших пассажиров-бактерий. Похоже, от законов микрокосма нас практически ничего не отделяет.