Я – суперорганизм! Человек и его микробиом

  
Молекулярный зверинец
 
Через три с небольшим века после Левенгука еще один любознательный человек скреб собственные зубы в поисках жизни. Впрочем, он привлек к сему почтенному занятию своего дантиста. А звали этого естествоиспытателя Дэвид Релман, и работал он в Стэнфордском университете. Итак, вместо того чтобы выкинуть дрянь, извлеченную из трещин в деснах Релмана, доктор поместил ее в стерильные пробирки, которые Релман, истинный ученый, предусмотрительно захватил с собой.
В то время он осваивал новые генные методики обнаружения патогенных бактерий, которые сопротивлялись традиционным способам идентификации, поскольку отказывались расти в виде лабораторной культуры. Ученый задался вопросом: может быть, по той же причине многие виды остаются незамеченными и в нашей обычной микробиоте, которая представляет собой сложную смесь разных популяций микроорганизмов? Вернувшись к себе в лабораторию, он, следуя привычным микробиологическим методам, которые вскоре усовершенствовал [7], стал выращивать культуры из принесенной от дантиста пробы. Часть образцов он подверг новейшим на тот момент процедурам ДНК-анализа, ища небольшие фрагменты генетической последовательности, характерные для бактерий, и сравнивая найденные фрагменты с известными последовательностями из существующих баз данных.
Казалось бы, что нового можно было обнаружить в пространстве между зубами и деснами (в поддесневых карманах)? За много лет ученые, методично культивирующие микроорганизмы, уже описали почти 500 видов бактерий, извлеченных из этого густонаселенного региона ротовой полости.
Однако, изучая образец, взятый с двух зубов из одного рта, группа Релмана выявила 31 новый штамм бактерий. Еще 6 штаммов обнаружилось на пластинках с выращиваемой культурой, а значит, удалось найти 37 новых разновидностей бактерий (в общей же сложности после анализа всех образцов выявили аж 77).
В 1999 году Релман с коллегами опубликовали статью в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, где приличествующим этому изданию сухим научным языком сообщали: «Наши данные заставляют предположить, что значительная часть нормальной бактериальной флоры человека остается плохо охарактеризованной даже в этой хорошо изученной и хорошо знакомой специалисту микробной среде». Позже Релман заявил в интервью San Francisco Chronicle: «При помощи молекулярных методов мы нашли куда больше, чем посредством культивации. А значит, ученые в течение века с лишним невольно игнорировали огромную долю микробного мира. Недавние открытия учат нас смирению. До сих пор мы, так сказать, играли всего лишь половиной колоды».
Осознание этого факта побудило многочисленных ученых обратиться к применению новых технологий секвенирования ДНК для анализа микробных образцов, взятых из всевозможных мест человеческого тела, куда только можно забраться, чтобы наскрести, наскоблить, намести или намыть пробу. Результаты этих усилий перевернули наши представления о человеческом микробиоме и о том, как человек сосуществует с мириадами других видов.
Но прежде чем пристальнее взглянуть на результаты этих более глубоких, чем прежде, исследований незримого мира и рассмотреть терзающий сегодняшних ученых вопрос о том, что всё это означает, давайте сделаем шаг назад. Ибо за 3 века, разделяющих Левенгука и Релмана, этих двух отважных исследователей зубов, человечество еще кое-что узнало о микробах.
  
Хорошие парни и плохие парни
 
В эпоху Просвещения анималькулы Левенгука поразили общество, но казались по сути лишь безвредной новинкой. Тогда же несложные эксперименты с блеском продемонстрировали, что новомодный (для XVII века) напиток кофе или небольшое количество уксуса уничтожают живых существ в поле зрения микроскопа. Кроме того, современникам представлялась фантастической сама идея о том, что столь ничтожные существа могут оказывать сколько-нибудь существенное влияние на большой организм, служащий для них пристанищем.
 
Теперь-то мы знаем, что дело обстоит иначе. Самые значительные перемены в наших познаниях о микромире произошли в XIX веке. Микробная теория заболеваний возникла, когда на помощь исследователям инфекций пришла новая наука микробиология. Долгое время считалось, что заражение, возникающие при тесном контакте с больным, и обуславливает распространение некоторых болезней. Но заражение чем? Становилось всё очевиднее, что главный контакт здесь происходит с микробами, а значит, можно с уверенностью предполагать, что микроскопическая жизнь оказывает громадное влияние на куда более крупные организмы и что именно микробы – главная причина некоторых смертельных недугов. Благодаря этому стало возможным принципиально новое объяснение того, как эти недуги возникают и развиваются.
Кроме того, эти открытия оказали большое влияние на отношение людей к микроорганизмам. Здесь можно выделить два эффекта – научный и культурный. Оба в значительной мере проявляются и поныне.
С научной точки зрения микробная теория заложила основу для размышлений о причинно-следственных связях в этой важной, запутанной области биологии – основу «микробной» логики. Она до сих пор во многом определяет наше понимание причин болезней, хотя, как показывают недавние исследования, применима не всегда.
Тогда, в XIX столетии, загадочные организмы, обнаруживаемые под микроскопом, извлекались главным образом из среды вне человека. Внутри же они обнаруживались учеными в основном при изучении заболеваний. Но вызывались ли симптомы недуга этими крошечными созданиями, извлекаемыми из пациентов или больных животных (а иногда, возможно, сохраняемыми в виде лабораторных культур)? Многие имели основания усомниться в новой теории. Ее критиковали немало скептиков. Чтобы убедить их в справедливости теории, требовалось множество экспериментальных подтверждений, а кроме того, четкие правила построения умозаключений. Только так можно построить доказательную теорию.
Микробная теория сформулировала эти правила. Упрощая картину, можно сказать, что теория приняла форму принципа «Один микроб – одна болезнь» (ОМОБ) (позже из этого выросло правило «Один ген – одна болезнь», но это уже другая история) [8].
Если гипотеза ОМОБ верна, то как доказать, что выявлен действительно организм-виновник? Ведь вокруг столько микробов… В основе соответствующих правил лежит общий подход к научным экспериментам, который мы сейчас принимаем как нечто само собой разумеющееся. Впервые его формально описал в XIX веке философ Джон Стюарт Милль, назвавший его методом сходства и различия. Этот рецепт идеального эксперимента мы проходим в школе. Определите все условия в контролируемой среде. Варьируйте их по одному и посмотрите, что будет происходить. Если переменная X вызывает изменение результата Y, значит, X и Y как-то связаны друг с другом. Простой пример – выяснение того, почему на вечеринке некоторые отравились: следует установить, кто ел и кто не ел какие-то блюда.
Многое поведал о микробах жаждущему человечеству выдающийся немецкий бактериолог Роберт Кох. В начале 1880-х годов он и его великий соперник француз Луи Пастер установили связь некоторых заболеваний (главным образом, у животных) и определенных инфекционных агентов. Коху хотелось сделать обобщающие выводы и посрамить сомневающихся [9]. Наряду с невероятно энергичной работой в лаборатории и методическими усовершенствованиями (так, он стал первым, кто использовал для выращивания колоний микробиологические пластинки, а не сосуды с субстратом) он прославился тем, что сформулировал так называемые «постулаты Коха». Их всего 4. По сути это своеобразные инструкции, помогающие доказать, что данный микроб действительно вызывает определенное заболевание. Следуйте им и можете быть уверены, что вы получите ответ и убедите всех остальных.