Гипотеза биологически полноценного человека зиждется на двух важных экологических понятиях. Первое из них — комменсализм. В переводе с латыни это слово буквально означает «еда за одним столом» или «совместная трапеза», чем, собственно говоря, и занимаются тысячи видов наших партнеров-микробов. Комменсализм свойствен большинству микробов, живущих на поверхности и внутри нашего тела, но, как правило, не вызывающих инфекций. Обычно их называют комменсалами или комменсальными бактериями. Основы терминологии, связанной с комменсальными бактериями, были разработаны еще во времена «старой» биологии. Это важно отметить потому, что сегодня наши отношения с большинством этих микробов рассматриваются совершенно иначе, чем прежде.
Согласно представлениям нашей старой биологии, кишечные бактерии извлекают пользу из партнерских отношений с людьми, поскольку способны утилизировать перевариваемую нами пищу. Прежде считалось, что на наш организм присутствие этих микробов не оказывает ни положительного, ни отрицательного влияния. Теперь же мы знаем, что практически каждый микробный компонент нашего микробиома оказывает определенное воздействие либо на наш собственный организм, либо на присутствующих в нем других микробов.
Многие взаимоотношения между нашим телом и микробами носят не комменсальный, а мутуалистический характер (мутуализм — второе ключевое понятие экологии, означающее взаимовыгодные связи между видами). Возьмем, к примеру, некоторых бактерий, переваривающих сахара, которые присутствуют в материнском молоке и не могут перевариваться нашим организмом. Это бактериальное пищеварение и образование разнообразных пищевых метаболитов обеспечивают грудного ребенка необходимыми для его развития питательными веществами, получить которые иным путем он не может. Но пищу при этом получают и сами бактерии. Таким образом, выгоду из сложившихся партнерских отношений извлекают и клетки растущего тела млекопитающего, и живущие в нем бактерии.
Мы, как «хозяева» микробов, получаем от них огромную пользу: они способствуют созреванию наших физиологических систем. До тех пор, пока тело новорожденного малыша не заселят определенные микроорганизмы и не помогут его развитию, его организм остается «недоукомплектованным», то есть биологически неполноценным (отсюда и гипотеза биологически полноценного человека). И такая экологическая ситуация должна сохраняться на протяжении всей человеческой жизни.
Вплоть до недавнего времени иммунологи полагали, что организм новорожденного ребенка снабжен всем необходимым для нормального функционирования иммунной системы. Этому учили и меня на лекциях по иммуногенетике в университете. А возникло такое представление потому, что иммунологи, подсчитывая и маркируя клетки, воочию видели, что при рождении ребенка в его организме, казалось бы, присутствуют все клетки иммунной системы. Ошибочность этого вывода основывалась на допущении, что все эти клетки были полностью созревшими, нормально функционировали и присутствовали в крови в надлежащих соотношениях.
Но в действительности доступные методы подсчета и маркировки клеток не давали ученым сколько-нибудь ценной информации о событиях, происходящих в тех случаях, когда иммунная система подвергается серьезным испытаниям — как, например, при инфекциях. Здесь-то и заблуждались иммунологи, воспитанные в традициях «старой» биологии. Если иммунные клетки не «подрастают» в организме ребенка бок о бок со своими партнерами-микробами, когда-нибудь впоследствии его иммунная система будет отвечать на такие воздействия неадекватными реакциями. Если наш организм не содержит полного комплекта микробных партнеров, мы обречены на расстройства и заболевания, основанные на иммунных дисфункциях. Вот как все просто!
В качестве моделей для разработки действенных подходов к пониманию экологии человеческого организма полезно рассмотреть две хорошо изученные экологические системы нашей планеты. Это тропические дождевые леса, произрастающие в экваториальных регионах Земли, и коралловые рифы у морского побережья некоторых континентов. Эти примеры не дадут нам заново изобретать велосипед, когда мы будем разбираться в нашей собственной экологии, включающей микробиом.
Дождевые леса
В документальном фильме про микробиом, вышедшем в 2014 г. под названием «Микророждение» (Microbirth), для описания партнерских отношений между микробами и развивающимся организмом малыша я прибег к аналогии с пышным, богатым жизнью тропическим дождевым лесом. Подобно участкам нашего тела, заселенным разнообразными микробами, здоровый дождевой лес изобилует живыми существами — их великое множество. По мнению ученых, дождевые леса занимают всего 2 % общей площади земной суши, но при этом в них обитает более 50 % всех живущих на Земле видов растений и животных. Эти леса имеют огромное значение для благосостояния человечества и планеты в целом, а также представляют собой отличную модель для изучения видов при изменении условий окружающей среды.
Недавно большая группа ученых провела перепись видов живых существ на трех участках амазонского дождевого леса. Они обнаружили, что в общей сложности здесь произрастает примерно 16 000 видов деревьев. Но в разных участках леса эти виды представлены неодинаково. По данным Комитета по охране природы, на участке тропического дождевого леса площадью около 10 кв. км может обитать до 700 видов деревьев, 400 видов птиц и 150 видов бабочек. Но эти цифры не отражают вклад в эту экосистему редких видов живых существ. А в нашем организме редкие виды микробов могут отвечать за жизненно важные физиологические функции.
Дождевые леса богаты не только изумительной красоты птицами и бабочками — здесь живет и множество лекарственных растений. Этнофармакология — область медицины, изучающая использование лекарственных растений в аборигенных культурах — сегодня превратилась в самостоятельную науку, приверженцы которой выпускают несколько научных журналов и объединены в научные сообщества. Препараты, получаемые из лекарственных растений, применяются для лечения самых разных болезней и включают самые разные средства — от противораковых лекарств до природных противомикробных снадобий. Вот лишь два примера: противомалярийное средство хинин, выделенное из коры хинного дерева, и антилейкемические препараты, полученные из катарантуса (розового барвинка).
В 1990-х гг. мне посчастливилось работать бок о бок с Томасом Айснером: в те времена мы оба были научными сотрудниками Корнеллского центра по охране окружающей среды. Основатель химической экологии, Айснер был активным и деятельным сторонником проведения в дождевых лесах широкомасштабной «химической разведки»: по его мнению, это могло бы обеспечить человечество новыми лекарственными препаратами и одновременно способствовало бы сохранению биологического разнообразия тропических дождевых экосистем. Он не только пропагандировал этот род деятельности, но и активно сотрудничал с фармакологическими компаниями и природоохранными организациями с целью ее практической реализации. Всякий раз, когда речь заходит об экологической безопасности людей, я невольно ощущаю, какое большое влияние на меня оказали идеи Айснера.
Дождевой лес можно условно разделить на несколько «этажей» — ярусов. Над лесным пологом возвышаются деревья в несколько десятков метров: их кроны получают самое большое количество солнечного света и атмосферных осадков. Кроме того, они очень эффективно осуществляют фотосинтез. На верхних ярусах полога живут многочисленные животные — обезьяны, ленивцы, попугаи и другие пернатые, бабочки и т. д. В здоровом дождевом лесу низкорослые деревья получают лишь рассеянный солнечный свет и гораздо меньшее количество осадков. Кроме того, здесь не бывает сильных порывов ветра.
