Аланна Коллен.

10% Human. Как микробы управляют людьми



скачать книгу бесплатно

Посвящается Бену и его микробам – моему любимому суперорганизму

Важнейший принцип науки – равновесие между двумя, казалось бы, противоположными подходами: открытостью новым идеям, сколь бы странными и парадоксальными они ни казались на первый взгляд, и максимально критической проверкой всех идей, как старых, так и новых. Только так можно отделить глубочайшую истину от столь же глубочайших заблуждений.

Карл Саган

Alanna Collen

10 % HUMAN

How Your Body’s Microbes Hold the Key to Health and Happiness


Copyright © Nycteris Ltd 2015

© Издание на русском языке, перевод на русский язык. Издательство «Синдбад», 2018.

Пролог
Исцеление

В тот вечер я шла по лесу, на шее у меня болталось двадцать летучих мышей в хлопчатобумажных мешочках, а на свет моего налобного фонарика слетались тучи насекомых. И вдруг у меня отчаянно зачесались лодыжки. На мне были пропитанные репеллентом штаны, заправленные в носки (от пиявок), а под ними еще одни – на всякий случай. Даже не знаю, от чего я страдала больше, когда в темноте тропического леса обходила ловушки и вынимала попавшихся летучих мышей, – от того, что обливаюсь по?том во влажной духоте, от хлюпающей грязи под ногами, от страха перед тиграми или от назойливых москитов. Значит, кто-то все же пробрался к моей коже сквозь все слои ткани, преодолев и химическую защиту. И вызвал страшный зуд.

Когда мне было двадцать два, я отправилась в самое сердце заповедника Крау в Западной Малайзии и провела там три года, которые, как оказалось, полностью перевернули мою жизнь. Я изучала биологию и, работая над дипломом, увлеклась летучими мышами. Поэтому, когда представилась возможность поработать полевым ассистентом одного британского специалиста по летучим мышам, я немедленно подала заявку. Встречи с очковыми тонкотелами, гиббонами и невероятным множеством разнообразных летучих мышей, безусловно, перевешивали мелкие неприятности вроде необходимости спать в гамаке и мыться в реке, кишащей варанами. Однако мне еще только предстояло узнать, как тяготы жизни в тропическом лесу могут напоминать о себе еще очень долгое время после возвращения из тропиков.

Вернувшись в экспедиционный лагерь, разбитый на поляне возле реки, я сняла с себя верхнюю одежду, чтобы найти источник зуда. Им оказались не пиявки, а клещи. Штук пятьдесят: одни успели впиться в кожу, другие еще ползали по ногам. Я стряхнула с себя ползучую нечисть и занялась летучими мышами, стараясь как можно быстрее провести измерения и записать их результаты. Потом я выпустила мышей на волю. Лес уже погрузился в кромешную тьму, вовсю стрекотали цикады. Я забралась в гамак-кокон, застегнула его на молнию и, взяв пинцет, при свете налобного фонарика удалила всех клещей до единого.

Через несколько месяцев, уже в Лондоне, меня настигла тропическая инфекция, занесенная теми клещами.

Тело потеряло подвижность, а пальцы на ногах распухли. Один за другим появлялись и исчезали странные симптомы, мне постоянно приходилось сдавать анализы и обращаться к разным врачам. Порой моя жизнь повисала на волоске на целые недели и даже месяцы: приступы боли, слабости и спутанности сознания наступали внезапно, и так же внезапно проходили – словно ничего и не было. Когда через несколько лет мне наконец поставили диагноз, зараза уже глубоко укоренилась и мне прописали убойный курс антибиотиков: таким количеством препаратов, наверное, можно было бы вылечить стадо коров. Постепенно я стала восстанавливаться.

Но история на этом не закончилась. Я победила занесенную клещами инфекцию. Но не только ее. Антибиотики сделали свое волшебное дело, но появились новые симптомы – не менее разнообразные, чем раньше. Кожа стала гиперчувствительной, пищеварительная система – крайне капризной. К тому же я начала подхватывать одну за другой практически все возможные инфекции. У меня появилось подозрение, что антибиотики истребили не только вредоносные бактерии, вторгшиеся в мой организм, но и те, что жили во мне изначально. Похоже, мое тело стало неуютным для любых микробов. Вот тогда-то я и поняла, как необходимы мне те 100 триллионов микроскопических друзей, которые еще до недавних пор считали мое тело родным домом.


Любой из нас – человек только на 10 %.

На каждую из клеток, в совокупности составляющих наше тело, приходится еще девять клеток-обманщиков, которые едут на нас «зайцами-безбилетниками». Мы состоим не только из плоти и крови, мышц и костей, мозга и кожи, – но еще и из бактерий и грибов. Причем «их» в нас гораздо больше, чем «нас». В одном только человеческом кишечнике их обитает 100 триллионов: они, словно коралловый риф на морском дне, разрастаются во внутренних лабиринтах нашего организма. Около 4000 различных видов микроорганизмов населяют складки и извивы полутораметровой толстой кишки, чья поверхность равна по площади двуспальной кровати. В течение жизни мы даем приют такому количеству микробов, что если одновременно собрать их вместе и взвесить, то на другую чашу весов пришлось бы поставить пять африканских слонов. Наша кожа кишит этими существами: на кончике одного пальца их больше, чем жителей в Великобритании.

Отвратительно, правда? Нас, таких культурных и чистоплотных, таких высокоразвитых, нахально колонизировали какие-то примитивные существа! Может быть, стоило бы расстаться с этими микробами, как мы расстались с шерстью и хвостом, когда вышли из диких лесов? Неужели современная медицина не располагает средствами для того, чтобы избавить нас от этих созданий? Тогда бы мы зажили более чистой, более здоровой, более независимой жизнью. С тех пор как внутри человеческого организма была обнаружена среда обитания микробов, мы примирялись с этим фактом, поскольку нам казалось, что никакого вреда от микробов нет. Но мы никогда не задумывались о том, что эти природные ареалы внутри нас следует защищать и лелеять, – точно так же, как коралловые рифы или тропические леса.

По специальности я биолог-эволюционист, а потому привыкла искать в анатомии и поведении организма логику и смысл. Вредные свойства и модели поведения, как правило, подавляются или утрачиваются в ходе эволюции. Я рассуждала так: эти самые 100 триллионов микробов не смогли бы прижиться внутри нас, если бы не приносили нам никакой пользы, ведь наша иммунная система борется с бактериями и защищает нас от инфекций. Почему же она смирилась с нашествием чужаков? После многомесячных химических атак на вторгшихся в мой организм захватчиков – и добрых, и злых – мне захотелось узнать как можно больше о том ущербе, который я невольно нанесла себе этими военными действиями.

Как выяснилось, я задалась этим вопросом очень вовремя. После многих десятилетий, в течение которых ученые медленно продвигались в своих попытках узнать больше о населяющих нас микробах, выращивая их в чашках Петри, технологии наконец-то сумели догнать нашу любознательность. Дело в том, что часть обитающих внутри нас организмов (особенно живущих в кишечнике и адаптированных к анаэробной среде) погибают от контакта с кислородом. Выращивать их за пределами человеческого тела трудно, а проводить над ними эксперименты – еще сложнее.

Но в ходе расшифровки человеческого генома биологи научились быстро и дешево секвенировать любые ДНК. Это позволяет идентифицировать даже наших погибших мертвых микробов, исторгнутых из организма вместе с экскрементами, ведь их ДНК сохраняется. Последние исследования показывают: мы напрасно игнорировали наших «зайцев». На самом деле они управляют многими функциями человеческого организма и обеспечивают его здоровье.

Так что мои проблемы после курса антибиотиков оказались лишь частным случаем. Из научных публикаций я узнала, что ущерб, нанесенный живущим внутри нас микробам, приводит к желудочно-кишечным расстройствам, аллергиям, аутоиммунным заболеваниям – и даже к ожирению. Более того, нарушение микробной среды подрывает не только физическое, но и психическое здоровье, вызывая тревогу, депрессию и даже становясь причиной обсессивно-компульсивных расстройств (ОКР) и аутизма. Многие недуги, которые стали привычной частью нашей жизни, оказываются вызваны вовсе не генетическими нарушениями или какими-то сбоями в работе организма. К ним привело неумение врачей сберечь природный «довесок» к нашим собственным, человеческим, клеткам.


Взявшись за изучение вопроса, я надеялась не только выяснить, какой ущерб нанесли моей колонии микробов антибиотики, но и понять, отчего мое здоровье ухудшилось после курса лечения и что я могу сделать для того, чтобы восстановить равновесие, которое было внутри моего тела восемью годами ранее, до того вечера, когда меня покусали клещи. Чтобы узнать больше, я решилась на крайнюю меру – пройти секвенирование ДНК. Только я собиралась секвенировать не мои собственные гены, а гены моей личной «коллекции» микробов – моей так называемой микрофлоры. Узнав, какие именно виды и штаммы бактерий во мне обитают, я найду отправную точку для дальнейшей работы над собой. Обратившись к последним научным достижениям и выяснив, кто именно должен во мне жить, я, может быть, смогу оценить, насколько серьезный ущерб я себе нанесла, и попробую исправить положение. Я воспользовалась одной из программ в рамках «гражданской науки» – проектом «Американский кишечник» (ПАК), который осуществляется в лаборатории профессора Роба Найта при Университете Колорадо в Боулдере. Внеся некоторое пожертвование, обратиться в ПАК за анализом может каждый: в лаборатории секвенируют образцы микробов, взятых из человеческого организма, чтобы узнать больше о населяющих нас видах микроорганизмов и об их воздействии на наше здоровье. Отправив кал на анализ в ПАК, я получила краткую характеристику своеобразных «экосистем», сложившихся внутри моего тела.

После нескольких лет приема антибиотиков я с облегчением узнала, что внутри меня все-таки остались хоть какие-то бактерии! Приятно было увидеть, что во мне живут группы микроорганизмов, по крайней мере в общих чертах похожих на тех, которые обнаруживаются и у других участников проекта «Американский кишечник». Но, как и следовало ожидать, разнообразие моих бактерий сильно уменьшилось. Можно сказать, внутри меня осталась «двухпартийная система», в то время как здоровому организму присуща «многопартийность». Более 97 % моих бактерий представляли собой только два вида (в норме они не должны превышать 90 %). Возможно, антибиотики погубили почти всех представителей остальных, менее многочисленных видов, пощадив лишь самых выносливых и стойких жильцов. Не этой ли утратой объясняются возникшие у меня с недавних пор проблемы со здоровьем?

Но точно так же, как бессмысленно сравнивать тропические джунгли с дубовой рощей, опираясь только на соотношение деревьев и кустарников или птиц и млекопитающих (поскольку эти цифры мало что говорят о сущности двух этих экосистем), – так и слишком общее сравнение состава моего внутреннего бактериального сообщества с чужими мало что сообщит о здоровье моей микрофлоры. На другом конце таксономической иерархии находились роды и виды моих бактерий. Что можно сказать о моем здоровье, установив «личности» бактерий, которые или ухитрились выжить в моем организме во время лечения, или возвратились после его завершения? Или, пожалуй, уместнее задаться другим вопросом: что теперь означает для меня отсутствие тех видов, которые, вероятно, пали жертвой развязанной против них химической войны?

Задавшись целью узнать как можно больше о нас (то есть обо мне и моих микробах), я решила, что обязательно пущу в ход свои знания. Мне хотелось вернуть себе физическое здоровье, и я понимала: чтобы восстановить прежнюю колонию микробов, мне придется изменить свою жизнь, дабы они гармонично трудились мне во благо, действуя заодно с моими человеческими клетками. Если появившиеся у меня симптомы стали следствием вреда, который я неумышленно нанесла собственной микрофлоре и микрофауне, быть может, я сумею обратить процесс вспять и избавиться от аллергий, проблем с кожей и почти непрерывной череды инфекций? Я беспокоилась не только о себе, но и о детях, которые, как я надеялась, родятся у меня в обозримом будущем. Ведь я передам им не только свои гены, но и своих микробов, – поэтому имело смысл поработать над тем, чтобы им не досталось сильно подпорченное наследство.

Ради моих микробов я решила изменить рацион, чтобы он лучше отвечал их потребностям. И сдать анализ для секвенирования повторно – уже после того, как перемена образа жизни даст какие-то результаты, – в надежде на то, что мои усилия окажутся не напрасными и я смогу в конце концов вернуть себе здоровье и радость жизни.

Введение
Остальные 90%

В мае 2000 года, за считаные недели до обнародования первого чернового варианта расшифровки человеческого генома, по рукам ученых, посещавших бар при научно-исследовательской лаборатории в Колд-Спринг-Харборе, штат Нью-Йорк, начала ходить тетрадка. Нарастало всеобщее возбуждение, ведь проект «Геном человека» входил в новую фазу: цепочку ДНК вот-вот должны были секвенировать, то есть разделить на составные части – гены. Тетрадка служила своего рода тотализатором: туда вписывали свои догадки люди из числа наиболее информированных на всей планете. Они пытались ответить на вопрос: сколько генов требуется для сотворения человека?

Старший научный сотрудник Ли Роуэн, которая руководила группой, работавшей над раскодированием 14-й и 15-й хромосом, потягивала пиво и размышляла. Гены отвечают за образование белков – строительных кирпичиков жизни, и судя по сложности человеческого существа, похоже, количество генов у нас должно быть очень большим. Уж наверняка побольше, чем у мыши, а у нее их 23 тысячи. Видимо, больше, чем у пшеницы, обладающей 26 тысячами генов. И уж конечно, намного больше, чем у микроскопического червя-нематоды Caenorhabditis elegans – любимого эмбриологами лабораторного вида, у которого насчитали 20,5 тысячи генов.

Несмотря на то что среднее предполагаемое число составляло 55 тысяч, а верхний предел достигал 150 тысяч, Роуэн, исходя из свеой компетенции, предположила цифру поменьше. В том году она «поставила» на число 41 440, а спустя год высказала догадку, что человеку достаточно всего 25 947 генов. В 2003 году, когда последовательность почти расшифровали, выяснилось, что Роуэн выиграла пари. Из всех 165 ставок ее число оказалось наименьшим, а окончательный подсчет генов дал еще более низкое число, чего никак не мог предсказать ни один ученый.

Человеческий геном, содержащий без малого 21 тысячу генов, оказался едва ли больше, чем геном упомянутого круглого червя. Он вдвое меньше генома риса, он значительно уступает даже геному скромной «водяной блохи» – дафнии, в котором 31 тысяча генов. Ни один из этих видов не умеет разговаривать, творить или сложно мыслить. Наверняка вы бы тоже – вслед за учеными, затеявшими игру на «генном тотализаторе», – решили, что у человека обнаружится гораздо больше генов, чем у травянистых растений, червяков и блох: ведь гены отвечают за производство белков, а из белков строится тело. Наверняка такому сложному и хитро устроенному телу, как человеческое, требуется больше белков, а значит, и больше генов, чем какому-то червяку?

Но в эту 21 тысячу входят не все гены, которые управляют нашим телом. Мы не одни: каждый из нас является суперорганизмом – симбиотической совокупностью видов, которые живут вместе и сообща управляют нашим общим телом. Наши собственные клетки, хоть и имеют гораздо больший размер и вес, уступают в численности – в соотношении один к десяти – клеткам живущих на нас и внутри нас микробов. Эти 100 триллионов микробов (их еще называют микрофлорой) – преимущественно бактерии – микроскопические существа, каждое из которых состоит из одной-единственной клетки. Помимо бактерий, есть и другие микробы – вирусы, грибы и археи. Вирусы настолько малы и примитивны, что полностью зависят от клеток других организмов и без них не способны воспроизводиться. Живущие в нас грибы в основном относятся к дрожжевым; они сложнее бактерий, но тоже представляют собой совсем крошечные одноклеточные организмы. Археи – это группа, близкая к бактериям, однако в эволюционном отношении они так же сильно отличаются от бактерий, как сами бактерии – от растений или животных. В общей сложности микробы, живущие на человеческом теле и внутри его, содержат 4,4 миллиона генов. Это так называемый микробиом – совокупность геномов всей нашей микрофлоры. Наряду с 21 тысячей человеческих генов они тоже участвуют в управлении нашим организмом. Если отталкиваться от этих цифр, то можно сказать, что мы являемся людьми лишь на полпроцента.


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.



скачать книгу бесплатно

страницы: 1 2 3 4 5 6 7 8 9