Смотри, что у тебя внутри. О книге микробиолога Роба Найта
В организме человека находится в среднем около ста триллионов микробных клеток
Микробы, в немыслимых количествах обитающие почти в каждом уголке нашего организма, влияют почти на всё: от них зависит не только наше физическое здоровье, но и настроение, наши вкусы и даже личность. Благодаря новым технологиям (многие из них были разработаны за последние несколько лет) ученые сегодня знают о микроскопических формах жизни внутри нас больше, чем когда-либо прежде. «Журнал ЖЖ» приводит отрывок из новой книги микробиолога Роба Найта о микроорганизмах нашего тела, вышедшей в серии TED Books издательства Corpus.
Итак, попробуем оценить, сколько же микробов обитает внутри нас. Если считать по массе, то в теле взрослого человека их в среднем около полутора килограммов. Это делает вашу микробиоту одним из самых крупных органов, который по весу соперничает с мозгом и лишь немного уступает печени. Мы уже знаем, что по абсолютному числу клеток микроорганизмы выигрывают у человека в соотношении десять к одному. А что, если мы сравним наши ДНК? У каждого из нас примерно двадцать тысяч человеческих генов. И в то же время мы несем от двух до двадцати миллионов микробных генов. Это означает, увы, что с точки зрения генетики мы по крайней мере на 99% являемся микробами! Чтобы вам было не так обидно, взгляните на это с точки зрения сложности устройства человека. В каждой клетке человека содержится гораздо больше генов, чем в микробной. Просто в вашем организме так много микробов, что в сумме все их гены перевешивают ваши.
Организмы, которые живут в нас и на нас, очень разнообразны. Большинство из них (но не все) - одноклеточные. Они представляют все три основные ветви эволюционного древа. В кишечнике живут представители царства археи - одноклеточные организмы, не имеющие ядер; самые распространенные из них - метаногены, которые существуют без кислорода, помогают переваривать пищу и выделяют газ метан (у коров они тоже есть).
Далее идут эукариоты: грибки микозов кожи и дрожжевые грибки, которые создают колонии в вагине и иногда в кишечнике. Но доминируют над всеми бактерии - например, эшерихия коли(Escherichia coli), кишечная палочка, которая у нас ассоциируется прежде всего с расстройством желудка, случающимся из-за плохо промытой зелени. Однако безвредные и полезные разновидности этой бактерии практически всегда присутствуют в наших внутренностях. И каждый день благодаря новым технологиям мы узнаем, что этот мир еще разнообразнее, чем нам казалось раньше. Это как если бы мы прошли по океану с тралом с очень крупными ячейками, а потом, осмотрев улов, заключили бы, что в море водятся лишь киты и гигантские кальмары. Теперь же мы открыли, что жизнь у нас внутри гораздо более многообразна. Например, вы можете предположить, что любые две бактерии у вас в кишечнике, набросившиеся на ваш последний бутерброд, очень похожи друг на друга, как, скажем, анчоусы или сардины. Но на самом деле у них не больше общего, чем у морского огурца (голотурии) и большой белой акулы: это два существа с абсолютно разными поведением, пищей и экологической ролью.
Итак, где находятся все наши микробы и какова их роль? Чтобы узнать это, давайте совершим экскурсию по нашему телу.
Кожа
Говорят, Наполеон, возвращаясь из военного похода, писал императрице Жозефине: “Буду в Париже завтра вечером. Не принимай ванну”. Он предпочитал естественный запах своей обожаемой супруги, причем концентрированный. Но почему же, когда мы на какое-то время остаемся без мыла, дезодорантов, пудры и духов, от нас начинает так плохо пахнуть? Главным образом из-за микробов, которые питаются нашими выделениями и делают их еще более пахучими. Ученые до сих пор пытаются, извините за каламбур, разнюхать, какой практической цели служит деятельность существ, обитающих на самом обширном нашем органе - коже. Одно известно точно: они вносят вклад в формирование запаха нашего тела, включая и те компоненты этого запаха, которые привлекают комаров.
Как уже отмечалось, кровососущие насекомые действительно предпочитают запахи одних людей другим, и виноваты в этом микробы. Они расщепляют вещества, которые выделяет кожа, на летучие соединения, которые могут нравиться или не нравиться комарам. Причем разные виды комаров предпочитают различные участки наших тел. Например, для Anopheles gambiae, одного из основных разносчиков малярии, наиболее привлекателен не запах подмышек, а запах рук и ног. В этой связи возникает заманчивое решение: если втереть в кожу рук и ног антибиотик, можно предотвратить нападение этого вида комаров, потому что, убивая микробов, вы убиваете запах.
Микробы, живущие на нашей коже, - как и все остальные микробы, - необязательно существуют специально для нашего блага. Но они, будучи добросовестными жильцами, и в самом деле здорово нам помогают: уже тем, что они на нас живут, они мешают другим, вредным, микробам нас заражать.
На различных участках кожи обитают различные микробы, причем разнообразие - количество видов - необязательно пропорционально количеству микробов, имеющихся на том или ином участке. Иногда бывает как раз наоборот. Если проводить аналогию с Америкой, представьте себе, что штат Вермонт (население 600 тысяч человек) этнически столь же разнообразен, как Лос-Анджелес (десять миллионов человек), а Лос-Анджелес стал таким же моноэтничным, как Вермонт. У вас на лбу и под мышками огромное количество микробов, но сравнительно немногих видов; и наоборот, на руках (ладонях и предплечьях) относительно немного микробов, зато весьма разнообразных. Микробные сообщества на руках у женщин, как правило, более разнообразны, чем у мужчин, и эта разница сохраняется, несмотря даже на мытье рук, и это заставляет предположить, что причина, пусть еще и неизвестная, кроется в биологических различиях. Более того, мы обнаружили, что микробы, живущие на вашей левой руке, отличаются от живущих на правой. Вы можете потирать руки, хлопать в ладоши и касаться обеими руками одних и тех же поверхностей - на каждой все равно развивается отдельное микробное сообщество. Этот факт вдохновил нас с профессором Ноем Фирером из Университета Колорадо в Боулдере на попытку воспроизвести одно из самых знаменитых открытий общей биологии. В свое время, пытаясь объяснить распространение и распределение организмов на изолированных островах и связь между разнообразием видов и занимаемой территорией, британский биолог и антрополог Альфред Рассел Уоллес вместе с другими учеными разработал сложную теорию биогеографии. Уоллес, современник Дарвина, одновременно с ним и независимо от него разработавший учение о естественном отборе, нанес на карту линию, которая проходит через современные Индонезию и Малайзию и отделяет азиатскую фауну (обезьяны и носороги) от австралийской (какаду и кенгуру). Мы с Фирером заинтересовались, можно ли провести такую же “линию Уоллеса” на клавиатуре компьютера между клавишами G и H - эта линия, по идее, должна разделять половины клавиатуры с четко отличающимися микробными популяциями. Мы также хотели проверить, будет ли на клавише “пробел” больше видов микробов - просто потому, что она гораздо длиннее всех остальных.
Наши результаты подтвердили существование своего рода “линии Уоллеса”, но мы обнаружили нечто куда более удивительное: каждый палец и соответствующая ему клавиша характеризовались примерно одинаковым микробным сообществом. Мы также смогли по микробному профилю ладони с точностью до 90% определить хозяев компьютерной мыши5. Микробное сообщество на вашей руке сильно отличается от аналогичных сообществ других людей (по разнообразию видов - в среднем на 85%), что означает, что у каждого из нас, помимо обычных, есть еще и микробные отпечатки пальцев. Мы пошли дальше и провели эксперименты, чтобы узнать, сколько раз нужно коснуться предмета, чтобы оставить отчетливый микробный след.
Это исследование еще слишком неполное, чтобы использовать его результаты в суде. Но на телевидении приняты, скажем так, более упрощенные стандарты доказательств, поэтому вскоре после того, как мы опубликовали статью на эту тему, был показан очередной эпизод сериала “Место преступления: Майами”, где сюжет строился на судебно-медицинской экспертизе микробного отпечатка. Тем временем криминалист-микробиолог Дэвид Картер перебрался из Небраски на Гавайи, чтобы устроить там “заповедник тел”. “Что это такое?” - спросите вы.
Перед криминалистами часто встает задача определить, как давно наступила смерть человека, труп которого они исследуют. В “заповеднике” Картера пожертвованные родственниками и различными институтами тела умерших хранятся в различных условиях, и ученые постоянно анализируют скорость их разложения. При этом наблюдается поразительная преемственность микробных сообществ. Так же как на голой скале вначале появляются колонии лишайников, затем, последовательно, мхи, травы, сорняки, кустарники и, наконец, деревья, процесс распада также идет в определенном порядке.
Джессика Меткалф, постдокторант в моей лаборатории в Университете Колорадо в Боулдере, устроила свой собственный “заповедник тел” в миниатюре, использовав сорок мертвых мышей (они умерли в процессе других экспериментов по созданию препаратов для лечения сердечно-сосудистых заболеваний и рака). Джессика обнаружила, что может правильно определить время смерти с точностью до трех дней. Это примерно такая же погрешность, как и в применяемом в настоящее время методе с использованием насекомых. Зачем же тогда нужен микробиологический метод?
Ответ: насекомые еще должны найти мертвое тело, в то время как микроорганизмы всегда тут как тут, а это может оказаться полезным в тех случаях, когда на месте преступления отсутствуют насекомые.