Роб Найт - Смотри, что у тебя внутри. Как микробы, живущие в нашем теле, определяют наше здоровье и нашу личность

Наконец, вы должны решить, интересует ли вас только общее число видов, или вы хотите узнать, сколько особей каждого вида имеется в наличии в данной системе, и таким образом оценить количественное соотношение популяций. Почему это важно? Потому что если вы будете учитывать только количество видов, то пруд, в котором плавают одна форель, один окунь и тысяча пескарей, будет считаться таким же разнообразным, как тот, где насчитывается только по одному представителю каждого вида. В зависимости от того, какой аспект существования экосистемы вы рассматриваете, этого может быть и достаточно. Но в некоторых случаях – нет. Определяя, что считать разнообразием в конкретной экосистеме, приходится принимать множество решений.

Далее, вы можете захотеть сравнить между собой две экосистемы – два разных микробных сообщества. Для этого микробиологи используют метод уникального (индивидуального) фракционирования, или UniFrac [143] C. Lozupone and R. Knight, “UniFrac: A New Phylogenetic Method for Comparing Microbial Communities,” Applied and Environmental Microbiology 71, no. 12 (December 2005): 8228–35. , который позволяет изучить историю эволюционных изменений, разделивших эти два сообщества.

Кэти Лозьюпоун, одна из моих первых студенток, а ныне профессор медицинской школы Аншуц при Университете Колорадо, разработала этот метод и очень элегантно изложила его в своей докторской диссертации. Вначале мы наносим микробное сообщество на филогенетическое древо. Затем, используя статистический метод анализа главных компонент, вычисляем количество возможных вариантов отличия одних микробных сообществ от других.

Если вам это кажется китайской грамотой – или вы слишком давно изучали линейную алгебру (если вообще изучали), – не пугайтесь. Существуют компьютерные алгоритмы, которые делают эти вычисления за нас. Главное, что этот метод позволяет получить точную карту связей между микробными сообществами и выявить похожие сообщества, соседствующие на древе жизни.

Имея эту информацию, мы можем связать микробиом с конкретными заболеваниями. Чаще всего мы используем для этого кросс-секционный анализ: отбираем группу больных и группу здоровых людей и затем сравниваем их микробиомы. Кросс-секционные исследования позволили установить связь между кишечными микробами у людей и ожирением [144] Turnbaugh et al., “Core Gut Microbiome in Obese and Lean Twins”; M. Hamady et al., “A Core Gut Microbiome in Obese and Lean Twins,” Nature 457, no. 7228 (January 22, 2009): 480–84. [145] Le Chatelier et al., “Richness of Human Gut Microbiome Correlates with Metabolic Markers.” диабетом первого [146] J. L. Dunne, “The Intestinal Microbiome in Type 1 Diabetes,” Clinical and Experimental Immunology 177, no. 1 (July 2014): 30–37. [147] E. Soyucen et al., “Differences in the Gut Microbiota of Healthy Children and Those with Type 1 Diabetes,” Pediatrics International: Official Journal of the Japan Pediatric Society 56, no. 3 (June 2014): 336–43. [148] M. E. Mejia-Leon et al., “Fecal Microbiota Imbalance in Mexican Children with Type 1 Diabetes,” Scientific Reports 4 (2014): 3814. и второго [149] N. Larsen et al. “Gut Microbiota in Human Adults with Type 2 Diabetes Differs from Non-Diabetic Adults,” PloS One 5, no. 2 (2010): e9085. [150] F. H. Karlsson et al., “Gut Metagenome in European Women with Normal, Impaired and Diabetic Glucose Control,” Nature 498, no. 7452 (June 6, 2013): 99–103. [151] J. Sato et al., “Gut Dysbiosis and Detection of ‘Live Gut Bacteria’ in Blood of Japanese Patients with Type 2 Diabetes,” Diabetes Care 37, no. 8 (August 2014): 2343–50. [152] J. Qin et al., “A Metagenomewide Association Study of Gut Microbiota in Type 2 Diabetes,” Nature 490, no. 7418 (October 4, 2012): 55–60. типов, воспалительными заболеваниями кишечника [153] Frank et al., “MolecularPhylogenetic Characterization of Microbial Community Imbalances.” [154] Tong et al., “Modular Organization of Human Intestinal Mucosal Microbiota and Its Association with Inflammatory Bowel Disease.” [155] E. Li et al., “Inflammatory Bowel Diseases Phenotype, C. Difficile and NOD2 Genotype Are Associated with Shifts in Human Ileum Associated Microbial Composition,” PloS One 7, no. 6 (2012): e26284. [156] D. Gevers et al., “The TreatmentNaive Microbiome in New-Onset Crohn’s Disease,” Cell Host & Microbe 15, no. 3 (March 12, 2014): 382–92. , синдромом раздраженного кишечника [157] C. Manichanh et al., “Anal Gas Evacuation and Colonic Microbiota in Patients with Flatulence: Effect of Diet,” Gut 63, no. 3 (March 13, 2014): 401–8. , раком толстого кишечника [158] Castellarin et al., “Fusobacterium Nucleatum Infection Prevalent in Human Colorectal Carcinoma.” [159] Rubinstein et al., “Fusobacterium Nucleatum Promotes Colorectal Carcinogenesis by Modulating ECadherin/Beta-Catenin Signaling via Its FadA Adhesin.” [160] Kostic et al., “Fusobacterium Nucleatum Potentiates Intestinal Tumorigenesis and Modulates Tumor-Immune Microenvironment.” [161] Warren et al., “Co-occurrence of Anaerobic Bacteria in Colorectal Carcinomas.” [162] Flanagan et al., “Fusobacterium Nucleatum Associates with Stages of Colorectal Neoplasia Development, Colorectal Cancer and Disease Outcome,” 1381–90. , заболеваниями сердца [163] Koeth et al., “Intestinal Microbiota Metabolism of L–Carnitine.” [164] Tang et al., “Intestinal Microbial Metabolism of Phosphatidylcholine and Cardiovascular Risk.” , ревматоидным артритом [165] Scher et al., “Expansion of Intestinal Prevotella Copri Correlates with Enhanced Susceptibility to Arthritis.” и целым рядом других расстройств. Кросс-секционные исследования очень информативны, потому что когда мы выявляем значительные отличия между больной и здоровой группами, то понимаем, что за этим что-то кроется. Чтобы выяснить, действительно ли различные микроорганизмы вызывают определенные заболевания, необходимы дополнительные исследования.

“Золотой стандарт” кросс-секционных исследований – построение прогностической модели. Используя такую модель, можно взять данные некоторой выборки людей – больных или здоровых – и предсказать, больна или здорова остальная часть группы. Что и было успешно проделано для диабета [166] F. H. Karlsson et al., “Gut Metagenome in European Women With Normal, Impaired and Diabetic Glucose Control,” Nature 498, no. 7452 (June 6, 2013): 99–103. [167] J. Qin et al., “A MetagenomeWide Association Study of Gut Microbiota in Type 2 Diabetes,” Nature 490, no. 7418 (Oct. 4, 2012): 55–60. , ожирения [168] D. Knights et al., “HumanAssociated Microbial Signatures: Examining Their Predictive Value,” Cell Host & Microbe 10, no. 4 (Oct. 20, 2011): 292–6. , воспалительных заболеваний кишечника [169] D. Gevers et al., “The TreatmentNaive Microbiome in New-Onset Crohn’s Disease,” Cell Host & Microbe 15, no. 3 (March 12, 2014): 382–92. . Интересно, что конкретные биомаркеры (виды микроорганизмов или гены, связанные с болезнью) в разных популяциях отличаются, например шведские от китайских при диабете второго типа. Таким образом, было бы преждевременно связывать определенные организмы с определенными болезнями на основании того, что мы узнали из кросс-секционных исследований, потому что то, что мы считаем патогеном, в разных популяциях может варьироваться.

Уникальность проекта “Микробиом человека” состоит в том, что он направлен в большей степени на здоровых, чем на больных. Проект позволил выявить, что на удивление большое количество тщательно проверенных здоровых добровольцев – до 30 процентов – являлись носителями микробов, которые считаются опасными патогенами, в том числе Staphylococcus aureus – золотистого стафилококка. Эти люди были, без сомнения, здоровы, что заставляет предположить, что многие из нас являются носителями организмов, которые вызывают болезнь только при определенных условиях. Вспомните о сорняках: они представляют проблему, только если растут там, где не должны расти. И это подсказывает нам, что, может быть, стоит переключиться с вопроса “Какие микробы “плохие”, как избежать контакта с ними или избавиться от них?” на вопрос “Почему одни и те же микробы безвредны для одних людей, но смертельно опасны для других?”.