Человеческий суперорганизм. Как микробиом изменил наши представления о здоровом образе жизни

Дитерт Родни

На долю сравнительно редкой, узкоспециализированной бактерии аккермансии (Akkermansia) приходится всего 3–5 % всей бактериальной кишечной флоры. Тем не менее эти бактерии играют важную роль во взаимодействиях с клетками кишечного эпителия и регуляции выработки слизи. Слой слизи имеет критическое значение для того, чтобы удерживать другие бактерии на безопасном расстоянии от нашей кишечной выстилки и находящихся в ней иммунных клеток. Если количество аккермансий в кишечнике снизится, что иногда происходит при изменении некоторых условий среды, кишечник утрачивают одну из своих критических функций – поддержание нормального состояния своей слизистой выстилки. Снижение

численности аккермансий ученые связывают с одной из форм воспаления, способствующей развитию ожирения.

Неудивительно, что вплоть до недавнего времени бактерии аккермансии оставались малоизученным компонентом кишечной микробиоты: учитывая их малочисленность, у ученых не было достаточных оснований считать их важным компонентом кишечной микрофлоры. А сегодня отсутствие аккермансий рассматривается в качестве одного из главных факторов развития множества воспалительных болезней и состояний. Защита самых уязвимых и наиболее важных звеньев, способствующих поддержанию здорового микробиома и эффективной физиологии человека, становится, похоже, приоритетной задачей медицины.

О том, чем чревато разрушение, повреждение или даже утрата микробиома, наглядно свидетельствуют многочисленные исследования на грызунах и других лабораторных животных. Сценарий этих событий напоминает мне сюжетную линию классического фильма Фрэнка Капры «Эта прекрасная жизнь» (It’s a Wonderful Life). Мы располагаем достаточной информацией, чтобы заглянуть немного вперед и увидеть, что ожидает живое существо с поврежденным микробиомом. Ничего хорошего! И совсем не то, чего можно было бы пожелать себе или своим детям.

Когда мы теряем своих микробных партнеров, нормальное развитие и функционирование организма изменяется – и не в лучшую сторону. Свидетельства этого известны ученым уже довольно давно. Еще в 1971 г. был опубликован исчерпывающий обзор научных данных о том, какие эффекты развиваются у лабораторных животных в отсутствии микробиома; его выводы позволяют точно предсказать, что ожидает человека, когда он как биологический вид остается наедине с самим собой. Без микробных партнеров его жизнь превращается в сплошную череду биологических нарушений и болезней, завершающуюся смертью.

В качестве примера рассмотрим 40–50-летний опыт разведения и изучения двух типов мышей – гнотобиотических (абсолютно стерильных) и лишенных части микробов. Эти мыши содержатся в стерильных условиях, едят стерильную пищу и даже рожают своих детенышей – по крайней мере на первых порах – с помощью кесарева сечения. Мыши-гнотобиоты полностью лишены бактерий, включая и нормальную микробиоту. Чтобы выжить, они должны получать особые пищевые добавки. Это связано с тем, что кишечные бактерии образуют специфические питательные вещества, необходимые животным для здоровой жизни, а клетки млекопитающих их вырабатывать не могут. К числу таких питательных веществ относится, например, жирорастворимый витамин К. Уровень образуемых бактериями витаминов и других метаболитов имеет критическое значение для выживания животных. Так, например, если мыши-гнотобиоты получают в качестве пищи стандартный сухой корм для грызунов, через три дня они заболевают и погибают. Страдают они и дефицитом тимидина, так как им недоступен образуемый бактериями тимидин. Грызуны, полностью лишенные микробиома и не получающие добавок бактериальных метаболитов, обречены на скорую гибель.

Но и это еще не все. На долю одного из отделов кишечника, слепой кишки, у грызунов обычно приходится от 6 до 10 % общей массы тела. При полном отсутствии кишечных бактерий слепая кишка сильно увеличивается в размерах и составляет от 20 до 25 % массы тела; это осложнение может привести к гибели животного. Сердце, напротив, уменьшается

в размерах, что сопровождается ослаблением кровотока и снабжения тканей кислородом. Двигательная активность животных также снижается. Отмечается недостаточность иммунной системы и иммунных ответов.

Как же живут мыши, полностью или частично лишенные микробиома? Прежде всего их приходится содержать в стерильных лабораторных условиях. Оказавшись в обычных условиях, они быстро погибают от инфекций. По информации одного из производителей гнотобиотических мышей (компании Taconic), для поддержания их жизнедеятельности в корм необходимо добавлять смеси пробиотиков. В противном случае животные будут страдать от дефицита витамина К, поскольку его вырабатывает микробиом. Интересно отметить, что лечение людей антибиотиками может привести к значительному снижению уровня витамина К, поскольку антибиотики убивают и кишечных бактерий.

Как и в случае тропического дождевого леса и кораллового рифа, повреждение или разрушение «микробиомного сада» человека приводит к самым серьезным последствиям. Чтобы жизнь была здоровой и долгой, наш микробиом должен быть полноценным, а мы сами – иметь доступ к достаточному разнообразию микробных партнеров.

3. Невидимый человеческий суперорганизм

Люди состоят главным образом из микробов. Ученые подсчитали, что количество микробов, живущих внутри и на поверхности нашего тела, в 10 раз больше, чем его собственных клеток. А генетики, сравнив количество микробных и человеческих генов, обнаружили, что в еще большей степени наша «микробная природа» выражена на генетическом уровне; в наших клетках содержится примерно 22 000 генов, свойственных млекопитающим, а количество микробных генов, которые мы носим с собой, составляет приблизительно 10 млн. Всю совокупность этих микробных генов, включая гены бактерий, вирусов, грибов и паразитов, по праву можно назвать нашим вторым геномом.

Второй геном важен не только из-за его громадного численного превосходства. Изменить человеческий геном – значит изменить хромосомы в каждой клетке нашего тела. Хромосомы представляют собой нитевидные структуры, которые присутствуют во всех живых клетках, состоят из нуклеиновых кислот и белков и содержат гены. Учитывая общее количество подлежащих изменению хромосом и клеток, следует признать, что переделка человеческого генома – невероятно сложная задача. Но если человеческие гены изменить очень трудно, то замена микробных генов особых проблем не представляет. По сути дела, достаточно изменить микробную «смесь» тела, а это автоматически приведет и к изменению микробных генов. Этот факт дает в распоряжение ученых и медиков новую мощную стратегию для улучшения нашего здоровья и физического благополучия.

Другая проблема, возникающая при изменении человеческого генома, связана с тем обстоятельством, что многие гены млекопитающих работают группами. Попытка изменить один ген может запустить цепную реакцию в других генах, что приведет к неполной экспрессии некоторых генов. А это в свою очередь чревато изменением или даже утратой некоторых функций организма. Даже если подобрать «правильную смесь» генов, с большинством неинфекционных болезней ей, скорее всего, справиться не удастся. Похоже, лечение таких заболеваний, как астма, диабет, ожирение и аутизм, требует изменения многих генов и метаболических путей, связанных с иммунной системой, а также с различными органами и тканями. В любом случае основное ограничение терапии, предполагающей манипуляции с человеческими генами, состоит в том, что она нацелена лишь менее чем на 1 % нашего общего количества генов (первый плюс второй геном).