Микробиота. Тайны ваших бактерий

Меня чрезвычайно интересуют взаимоотношения между нами и нашими бактериями. Проведенные мной лабораторные исследования подтверждают, что мы живем в симбиозе с бактериями. Стремясь понять закономерности этого отлаженного взаимодействия, я обратил свое внимание к истокам жизни на Земле. То, что я узнал, меня ошеломило.

Вообще, первые формы жизни возникли на Земле 4,5 миллиарда лет назад. Но первая клетка, от которой произошли все клетки, существующие на нашей планете сейчас, и которая называется Последний универсальный общий предок (или LUCA от англ. Last Universal Common Ancestor), появилась 3,8 миллиарда лет назад. Это общий предок бактерий, растений, насекомых, птиц, людей…

В XVII веке ученые, только начавшие использовать микроскопы, открыли в живых клетках ядро, которое очень скоро было признано центральным элементом клеток. По наличию или отсутствию ядра живые организмы разделили на две группы. На прокариот, одноклеточных живых организмов, у которых отсутствует ядро, а ДНК находится в цитоплазме клетки (полужидкая внутренняя среда, в которой находятся органоиды клетки), – это случай бактерий. И на эукариот, то есть всех остальных живых существ, которые состоят из одной или многих клеток, обладающих ядром, содержащим ДНК, иначе говоря, генетический код организма.

Наука продолжала двигаться вперед. В 1970-х годах исследователи узнали о существовании бактерий, способных жить в экстремальных условиях: при температуре выше 100 °C, ниже 0 °C, в среде, обогащенной соединениями серы, и даже в Мертвом море, которое и было названо так потому, что жизнь там считалась невозможной. Из-за суровых условий, в которых встречались эти бактерии, их назвали экстремофилами (то есть «любящими экстремальные условия»). Позже предположили, что эти бактерии могли находиться у истоков жизни, и их окрестили архебактериями (то есть первыми, древними, бактериями).

Прогресс в сфере молекулярной биологии позволил изучить их ДНК. Было замечено, что эти «бактерии» на самом деле куда ближе к нашим собственным клеткам, к клеткам эукариотных организмов, чем к настоящим бактериям: белками, которые они производят, ферментами, которые они используют для восстановления своей ДНК. В связи с этим архебактерии перестали считаться бактериями. С тех пор их называют археями.

Сходство архей с нашими клетками заставило специалистов вернуться к вопросу о развитии жизни на Земле. По всей очевидности, события разворачивались в двух направлениях: от бактерий происходили другие бактерии, а вот некоторые из архей развивались до тех пор, пока не «произвели» многоклеточные организмы, в том числе и нас, в то время как другие так и остались археями.

Археи обладают еще одной особенностью: они представлены в нашей микробиоте, при этом они так схожи с нашими собственными клетками, что не вызывают никаких заболеваний, в то время как некоторые бактерии способны стать причиной болезни. Конечно, археи производят метан, излишки которого могут вызвать запор, но в то же время они могут защитить нас от артериосклероза. Ничто, как я обычно говорю, не делится на черное и белое.

Звездные войны

На этом наша история с бактериями не заканчивается. По всей видимости, они сыграли огромную роль в развитии жизни на планете. Тут следует рассказать о неком явлении, которое называется эндосимбиоз. Эндосимбиоз – это взаимовыгодное сосуществование организмов, при котором один организм обитает внутри другого.

Я объясню. В определенный момент бактерии проникли в клетки архей или других чуть более развитых существ. Мы не знаем, когда и каким образом произошел этот поворотный момент в развитии жизни на планете, но у нас есть доказательства, что он действительно имел место. Потому что – и это самое удивительное – клетки всех эукариот содержат структуры, производные от бактерий, так сказать, кусочки бактерий: это митохондрии животных и хлоропласты растений. Роль митохондрий и хлоропластов трудно переоценить: именно благодаря этим структурам мы используем кислород, без которого не можем жить.

Мы больше чем симбионты: мы голобионты, надорганизменные симбиотические образования, состоящие одновременно из себя самих и из организмов, которые нас населяют. Мы объединяем в себе наши собственные качества и качества этих организмов. Мы переплели свою ДНК с их. Мы в каком-то смысле бактериальные существа, поскольку без элементов бактерий, которые присутствуют в наших клетках, мы не смогли бы дышать, а следовательно, и жить. Мы неразрывно связаны с бактериями, которые не просто обитают в нас, но являются частью самого нашего существа.

Ключевые действующие лица саги «Звездные войны» никогда не появляются на экранах: они микроскопические. Это мидихлорианы. Они живут в симбиозе со всеми живыми существами Галактики, обитая в их клетках и обеспечивая им контакт с Силой. Чем больше в живом существе мидихлориан, тем выше его способность использовать эту Силу. Обладание более чем 20 000 мидихлориан на клетку позволяет стать джедаем. Гадаете, как образовано слово «мидихлорианы»? Это не что иное, как совмещение двух куда более распространенных слов:

«митохондрия» и «хлоропласт»!

О том, что касается Силы, нам, несомненно, предстоит еще многое узнать. Наши бактерии дают нам возможность жить. Они являются – и вы скоро это увидите – дирижерами нашего оркестра эмоций, поведения, наших заболеваний. А что, если они находятся у истоков некоторых из наших талантов, у истоков нашей индивидуальности? Наших сильных и наших слабых сторон? Найдем ли мы когда-нибудь подтверждения, что пианист стал виртуозом потому, что этому способствовали его бактерии? Я близок к тому, чтобы считать это возможным.

Кто я?

На протяжении веков наука хотела искусственно отделить нас от наших бактерий. Сегодня очевидно, что это невозможно.

Точно так же медицина, в частности психиатрия, возвела «мозгоцентризм» в догму: было принято решение о том, что мозг управляет всем организмом и контролирует все его системы, то есть, чтобы вылечить пациента от психиатрических или психологических расстройств, достаточно воздействовать на его мозг.

Последние продвижения в изучении микробиоты показывают, что все не так просто. Повреждения мозга действительно сказываются на всех системах организма. Однако теперь мы знаем, что от состояния микробиоты также зависит очень многое, в том числе и функционирование мозга. Например, выращенные в лаборатории мыши, лишенные микробиоты, подвержены стрессу больше, чем «нормальные» особи. Я продолжу приводить примеры. Так, мы находим «нормальным», что человек, заболевший раком, чувствует усталость и депрессию. Но отчего это происходит? Только потому, что рак – это грустно, или потому, что рак является воспалением, влияющим на весь организм, в том числе и на мозг? Именно по этой причине любая инфекция вызывает чувство усталости и влияет на настроение и эмоции… независимо от того, воздействует ли она на мозг напрямую.

Пришло время выйти за рамки шаблонов. Невозможно больше «лечить» как раньше, ведь сегодня мы знаем, что все взаимосвязано. И внутри нас, и снаружи все взаимозависимо. Исследования бактерий предоставили нам чрезвычайно важные научные данные, которые нельзя игнорировать, если мы хотим научиться предупреждать и, возможно, даже лечить некоторые заболевания, например аутизм или болезнь Альцгеймера.

Человек – голобионт, то есть организм, которому необходим комплексный подход. Это касается лечения всех заболеваний. Почему бы специалистам в различных областях медицины не объединяться для наиболее эффективного лечения? Мы никогда не вылечим депрессию или любую другую болезнь, если продолжим игнорировать тот факт, что организм – единое целое. Депрессия и тревожность могут быть связаны с воспалительным процессом или дисбактериозом, это комплекс заболеваний, который нуждается в одновременном лечении. Речь не о том, чтобы заменить подходы к лечению, которые мы используем на данный момент, но о том, чтобы открыть новые пути для более эффективной терапии.

Возможно, об этом было известно в давние времена? Сегодня я спрашиваю вас: «Как вы?» Этот вопрос люди задавали друг другу и в эпоху Ренессанса, правда, полная его форма звучала иначе. «Как вы сходили в туалет?» – приветствовали люди друг друга. Досадно, что мы запомнили только первую, наименее важную часть вопроса…

Все эти соображения ведут нас к новому пониманию нашего организма, того, чем мы являемся.

Иммунология – это раздел медицины, который основан на теоретическом положении о том, что существует четкая грань между своим и не своим. Не свое значит инородное, чужое для своего. Чтобы разъяснить суть этого раздела медицины, иммунологи часто приводят пример беременной женщины: чтобы выносить ребенка, который ей наполовину чужой, ее организм подавляет иммунитет вплоть до момента родов.

А как насчет бактерий, которых мы носим в себе, в своих клетках на протяжении всей нашей жизни? Они относятся к своим или к не своим? Мы не просто носим их в себе: благодаря им мы себя хорошо чувствуем, хотя они не являются нами. Не следует ли поменять теорию, основанную на принципиальном различии между своим и инородным, на альтернативную теорию континуума, непрерывного перехода от одного состояния к другому? И насколько далеко может зайти этот переход? Что будет с нашей идентичностью? На эти вопросы у меня нет ответа.

Завтра…

Бактерии были здесь задолго до нас. Они бесконечно многочисленнее нас: 10³⁰, то есть 10 с 30 нулями, как на земной поверхности, так и в морях. К тому же они эволюционируют куда быстрее нас, они выносливее нас. И они так же затронуты глобальным потеплением, как и мы с вами, даже если никто не думает о них в этом контексте.

Мы привыкли вести учет видов, которым угрожает глобальное потепление. Но мы забываем о самых многочисленных живых существах: бактериях. Одни вымрут, другие адаптируются, многие сохранившиеся в вечной мерзлоте появятся снова с таянием ледников. Окажут ли они положительное влияние, или, напротив, их появление запустит новые губительные эпидемии? Как они будут эволюционировать?

Мы знаем, что в любом случае их повторное появление ускорит потепление. Это произойдет потому, что в зонах вечной мерзлоты содержится органика, которую бактерии перерабатывают в газы, способствующие парниковому эффекту, – метан и СО₂. В результате деятельности одной бактерии получается мало газа, но если взять большое количество бактерий, то общий результат будет иметь значительные последствия. Очень важно понять: общая масса бактерий на Земле больше, чем общая масса людей!

Жизнь, может, и приспособится к новой ситуации, но я думаю, что этот дисбаланс повлияет на наших собственных бактерий, на нашу микробиоту. Больше чем когда-либо мы должны понять, что голобионт, которым является человек, связан с окружающей средой и обладает обязанностями по отношению к ней. Они начинаются уже на уровне нашего организма: когда мы едим, мы кормим и наших бактерий. Мы должны уделять им внимание, заботиться о бактериях, чтобы они, в свою очередь, могли позаботиться о нас. Бактерии достойны внимания медицины, геологии, климатологии и других наук, изучающих жизнь на Земле. Для их изучения необходимо сотрудничество специалистов из разных научных областей.