Я – суперорганизм! Человек и его микробиом
Шрифт:
Похожую историю можно поведать о кишечном микробиоме – отчасти благодаря довольно скудным уликам, добываемым из копролитов, отчасти же по отличиям в результатах обследования жителей разных регионов. Мы не можем в точности узнать, из чего состоял кишечный микробиом первого человека, но можем исследовать корреляцию различий в образе жизни наших современников.
По мере того как классификация ДНК микробных популяций применяется ко всё большему числу крупных групп людей, живущих в самых разных регионах, становятся очевидными значительные отличия между, скажем, американскими горожанами (обследованными в рамках проекта «Микробиом человека») и некоторыми другими группами.
Среди первых указаний на это – исследование 2010 года, сравнивавшее деревенских детей из Буркина-Фасо и их европейских сверстников [85] . Африканцы принадлежали к сообществу аграрного типа, в их рационе оказалось больше растительных
85
De Filippo, 2010.
Продолжают публиковаться результаты более детализированных сравнительных исследований. Самое новое (на тот момент, когда я пишу это) – анализ микробиома народности хадза, живущей в Танзании [86] . Это одна из последних в мире групп традиционных охотников и собирателей. Она состоит из 200–300 человек, живущих почти так же, как (по нашим представлениям) жили все люди до появления оседлых аграрных обществ. У хадза около 90 % рациона по-прежнему составляет пища, добытая охотой или собирательством. Логично предположить, что их микробиом близок к «изначальному человеческому микробиому», если таковой вообще когда-либо существовал. Обнаружились вполне ожидаемые (с учетом недавних исследований) отличия между этой группой и контрольной группой (состоящей из итальянских горожан), участники которой придерживались рациона, считающегося по нынешним стандартам вполне здоровым – с большим количеством фруктов, овощей, оливкового масла и макарон, – однако при этом потребляли много сахара и легкоусвояемого крахмала. Помимо всего прочего, удалось выявить отличия микробиома хадза от уже изученных микробиомов жителей Буркина-Фасо и Малави, занимающихся сельским хозяйством. Как выяснилось, у охотников и собирателей народности хадза в кишечнике обильнее представлены бактерии, которые, по мнению ученых, способствуют усвоению значительных количеств волокнистых растений.
86
Schnorr, 2014.
Сейчас под руководством Марии Домингес-Белло из Нью-Йоркс кого университета осуществляется исследование изолированно живущей группы амазонских охотников и собирателей. Возможно, результаты опубликуют к тому моменту, когда вы будете читать эти строки. По первым намекам ученых, им удалось выявить у амазонцев большее разнообразие кишечного микробиома по сравнению, скажем, с микробиомом типичного жителя техасского Хьюстона [87] .
А значит, вполне вероятно, что мы одновременно сделали два крупных открытия. Первое: кишечный микробиом представляет собой особенно сложную, разнообразную по составу систему, играющую весьма важную роль в организме человека. Второе: под влиянием факторов современной жизни он менялся. Более широкие исследования человекообразных обезьян и других обезьяньих видов позволяют предположить, что у всех людей, вне зависимости от того, как и где они живут, менее разнообразный кишечный микробиом по сравнению со всеми нашими эволюционными родичами-приматами [88] . Что-то (увеличение доли мяса в рационе по мере того, как человек становился более искусным охотником? использование огня для приготовления этого мяса?) начало менять человеческий микробиом задолго до того, как современная цивилизация стала влиять на бактериальную жизнь в нашем кишечнике. Нам следует лучше разобраться в этом сдвиге, прежде чем вынести вердикт о недавних изменениях.
87
Сообщено в: Yong, 2014.
88
Moeller, 2014.
Впрочем, эти изменения тоже кажутся весьма значительными. Они совсем не сводятся к распространению кулинарной обработки пищи и нехватке клетчатки. Антибиотики спасают множество жизней, но резко сокращают население микробиома. Обычно микробиом затем восстанавливается, но повторное или регулярное применение таких препаратов, особенно для детей, имеет более долгосрочные последствия. Прибавьте к этому растущую во многих странах долю родов при помощи кесарева сечения (в современных США эта доля составляет треть),
Всё это должно влиять на нашу микробиоту. В частности, наш кишечный микробиом, согласно общепринятому взгляду, в нынешнее время является, как правило, менее разнообразным и стабильным, чем прежде. Многие связывают с этим распространение широкого круга болезней и недугов. Мартин Блейзер предостерегает, что в конечном счете нас может ожидать «исчезновение микробиоты», что повлечет за собой «ужасающие последствия».
Возможно, это преувеличение, если говорить о микробиоте в целом. Она не может исчезнуть как таковая. Однако некоторые менее заметные достижения современной цивилизации явно привели к исчезновению некоторых обитателей нашего внутреннего зверинца. Так, по оценкам специалистов, еще сравнительно недавно, в 1940 году, 70 % детей, живущих в сельских районах США, были заражены крошечными червями-паразитами – гельминтами. Эти круглые черви по-прежнему весьма распространены во многих регионах мира, но на Западе они ныне редки.
Однако ясно, что микробиота всё же меняется. Нам необходимо понять, имеет ли это какое-то значение для нас. Есть искушение связать с этими изменениями заболевания и расстройства, которые, судя по всему, распространяются среди людей всё шире (скажем, с аллергиями или аутизмом). Впрочем, здесь нужно всё тщательно продумывать и не рассуждать на основе примитивного предположения, согласно которому «природное», «естественное» и «натуральное» всегда означает «хорошее». Нет оснований считать, будто измененный микробиом как таковой – обязательно такая уж плохая вещь. Если эволюцией нашего кишечного микробиома движет сила конкурентных преимуществ, которые наш организм получает, усваивая более обильную и разнообразную пищу, то возникает и дополнительное преимущество; невероятное разнообразие микробных генов делает наш микробиом чрезвычайно гибким, а высокая скорость размножения микробов позволяет им быстро адаптироваться к изменениям в нашем рационе. Легкость. с которой меняется состав микробной популяции, – одна из причин, по которым микробы вообще оказались у нас внутри.
Однако список проблем, связанных с изменениями микробиома (с причинами этих изменений и с их последствиями), все равно велик. (Я дам обзор некоторых из этих вопросов в главе 8.) Впрочем, осмысливать эти связи будет легче, если мы сначала рассмотрим их аспект, который я намеренно выпустил из нашего рассказа об индивидуальном и эволюционном развитии. Если вы читаете работы, посвященные исследованию наших личных микробов и практически всех человеческих заболеваний – от аллергии и депрессии до сердечно-сосудистых неполадок, – рано или поздно дискуссия выруливает на еще одну жизненно важную составляющую суперорганизма – иммунную систему. Если и существует ключ к пониманию того, что наш микробиом для нас делает (и чего ему сделать не удается), то он таится именно здесь. Но можем ли мы отыскать этот ключ?
Глава 7. Работая вместе
Специалист по клеточной биологии говорит иммунологу:
– Тут мой эксперимент показал, что содержание ИЛ-6 (интерлейкина-6, сигнальной молекулы) полезло вверх. Это плохо, да?
– Да, это плохо, – отвечает иммунолог.
Прошла неделя.
– Я изменил условия эксперимента. Теперь ИЛ-6 пошел вниз. Это ведь хорошо?
– Нет-нет, – невозмутимо отвечает иммунолог. – Это тоже плохо.
Сей научный анекдот, рассмешивший участников одной конференции по микробиомам, отражает устоявшиеся представления биологов, работающих в разных областях, друг о друге. Иммунологов считают неспособными доходчиво рассказывать всем остальным о результатах своих исследований. И даже если они попытаются это сделать, вам все равно непросто понять суть их открытий. Честно говоря, иммунологи сами не всегда их понимают.
Но иммунную систему нам никак не обойти. Человеческий микробиом взаимодействует с четырьмя главными информационными и контрольными системами организма – с геномом, с эндокринной системой (гормонами), с мозгом + нервной системой, а также с иммунной. Все они также взаимодействуют друг с другом. Вот почему исследование микробиома приводит к формированию новых междисциплинарных связей.
Перенос сигналов между микробиомом и иммунной системой – вероятно, самый сложный из всех подобных процессов. Он уходит корнями в глубины эволюционной истории. Вполне вероятно, что наш микробиом и наша иммунная система возникли (или приобрели именно такую форму) только благодаря друг другу. По мере того, как биологи разных направлений, работая сообща, выясняют, что это такое – быть суперорганизмом, меняются и наши представления об иммунной системе человека, подходы к ее изучению. Коммуникация (удачная или неудачная) с иммунной системой является не только ключевой составляющей обычных «дипломатических переговоров» микробиома со своим хозяином, но и частью почти всякого механизма, который, как предполагается, отвечает за связь микробиоты и заболеваний.