Облачение супергероя
Недавно ученые выявили еще одну важную функцию микробиома: он служит своего рода защитным облачением, смягчающим наши контакты с окружающей средой — чем-то вроде костюма Бэтмена или Человека-паука. Такая «одежда» помогает нам оставаться самими собой.
Микробиом проверяет и сортирует все воздействующие на нас факторы внешнего мира (пищевые продукты, лекарства, химические вещества, чужеродные микробы) и, подобно привратнику, решает, какие из них имеют право достичь наших человеческих клеток, тканей и органов. Микробиом можно представить и в виде универсального преобразователя окружающего мира, который без него показался бы нам полным угроз и опасностей. Профессор Эллен Силбергельд из Школы здравоохранения Джонса Хопкинса и я опубликовали совместную работу, посвященную этим «охранным» функциям микробиома. Питер Тэрнбо с сотрудниками и некоторые другие ученые описали важность микробиома для наших взаимодействий с так называемыми ксенобиотиками — чуждыми нашему организму химическими веществами внешнего мира. Микробиом связывает внешний мир с нашей внутренней средой, причем общение между этими двумя мирами интерактивное — оно осуществляется в обоих направлениях. Если микробиом отсутствует, неполон или поврежден, наша жизнедеятельность и динамические связи с внешним миром нарушаются. При этом само наше существование превращается в непрерывную войну с окружающей средой — войну, где в качестве единственного судьи выступает наша недоразвитая, нетренированная иммунная система. Микробиом отлично знает и наш внутренний мир, и то, что существует за его пределами. Выходя из строя, он превращается в систему, не способную распознать, что есть мы, а что — не мы. Последствия такой поломки, нередко принимающие чудовищный характер, мы можем видеть повсюду.
Микробиом должен подходить человеку как перчатка. Он может и должен идеально соответствовать «человеческой составляющей» нашего суперорганизма — только тогда будет обеспечена слаженная работа этих двух компонентов. Работая над первой главой книги, я случайно наткнулся в спортивной прессе на неплохую аналогию.
В соревновательных видах спорта костюмы нередко помогают атлетам добиваться выдающихся достижений. Это особенно касается тех видов спорта, где от атлетов требуются скорость, ловкость и/или выносливость. Костюм, плотно прилегающий к коже, дает спортсмену аэродинамическое преимущество, не ограничивает свободу движений и позволяет ему проявить максимум физической работоспособности. Такой костюм обеспечивает спортсмену конкурентный перевес. В мир спортивной одежды стремительно внедряются технологии космического века. В 2008 г. на летних Олимпийских играх в Пекине фурор произвели облегающие костюмы Speedo, в которых выступали американские пловцы, а в 2010 г. на зимней Олимпиаде в Ванкувере сенсацией стали горнолыжные костюмы компании Spyder, в которых выступали золотая медалистка Линдси Вонн и другие американские горнолыжники.
Но какие бы высокие технологии ни использовались при создании спортивной одежды, если она не соответствует личным, индивидуальным потребностям спортсмена, чудес от нее ждать не следует. Вспомним хотя бы прославленную команду американских конькобежцев, использовавших специально сконструированные, высокотехнологичные спортивные костюмы особого дизайна, для создания которых, однако, требовалось, чтобы мерки снимались со спортсменов задолго до соревнований. Новые костюмы, названные Mach 39, прибыли прямо перед открытием зимних Олимпийских игр в Сочи в 2014 г. и вызвали множество нареканий со стороны спортсменов. Выступать в них они не смогли. Напротив, голландские конькобежцы привезли с собой испытанные временем и соревнованиями старые костюмы, а заодно прихватили с собой и портного, подгонявшего их прямо перед забегами. В конце концов слабые результаты заставили американских конькобежцев в самый разгар выступлений сменить новые костюмы на старые, а тем временем голландцы изумили мир количеством медалей, завоеванных на сочинской олимпиаде в этом виде спорта. Если уж спортивная одежда должна тщательно подгоняться по фигуре каждого атлета, чтобы позволить ему проявить максимум своих способностей, а не кроиться по общему лекалу или наспех вытаскиваться из шкафа накануне соревнований, то что же говорить о микробиоме, который должен в точности соответствовать уникальному человеческому геному каждого индивида? Нашему телу он должен казаться старым надежным другом. В биологическом смысле это означает, что они должны сотрудничать друг с другом подобно тому, как сотрудничают обитатели кораллового рифа, чтобы обеспечивать собственное выживание. Появляясь на свет в результате естественных родов, мы наследуем не только содержавшуюся в оплодотворенном яйце смесь хромосом своих родителей, но и мириады микробов, которые сосуществовали с человеческими генами нашей матери и которые она передала нам во время нашего появления на свет. Научные исследования показывают, что наш микробиом как нельзя лучше дополняет наши человеческие гены.
Один из способов сравнительного изучения эффектов генетических и средовых факторов у человека — исследование идентичных (однояйцевых) близнецов, то есть близнецов, которые развились из одной оплодотворенной яйцеклетки и имеют одинаковые наборы генов. Неидентичные близнецы возникают из двух разных яйцеклеток, оплодотворенных двумя разными сперматозоидами, но в материнской утробе они развиваются бок о бок. Кроме того, такие близнецы могут крепиться пуповиной к общей плаценте или каждый из них иметь свою собственную плаценту. Поскольку «человеческие» гены у идентичных близнецов одинаковы, для ученых они — благодатное поле для исследований.
До сих пор речь шла о близнецах-двойняшках, но еще бульшую ценность для ученых представляют тройняшки. В г. Корке (Ирландия) было проведено исследование кишечного микробиома трех «комплектов» тройняшек с момента их рождения до конца первого года жизни. В каждой тройне два малыша были идентичными близнецами (то есть возникли из одной и той же яйцеклетки и обладали одинаковыми хромосомами), а третий ребенок развился из другой яйцеклетки, оплодотворенной другим сперматозоидом, и, соответственно, отличался от первых двух малышей частью своих генов. Все новорожденные появились на свет в результате кесарева сечения и, таким образом, не получили материнских вагинальных микробов, которые обычно получают новорожденные, появляющиеся на свет естественным образом. Кормили малышей грудным молоком и искусственными молочными смесями.
Особый интерес у ученых вызывала тройня здоровых малышей, не получавших антибиотики. Когда малышам исполнился месяц, было установлено, что микробиомы двух идентичных близнецов тройни обнаруживают поразительное сходство, в то время как фекальный профиль кишечных микробов третьего малыша, порожденного другими яйцеклеткой и сперматозоидом, но выношенного той же матерью, сильно от них отличается. К концу первого года жизни, однако, различия в характеристиках микробиомов трех здоровых малышей тройни почти исчезли. Этот факт заставляет предполагать, что наши человеческие гены, возможно, оказывают определенное влияние на микробов, подходящих для комплектации нашего микробиома. Заключается своего рода брачный союз между двумя наборами генов — человеческих и микробных, — который продлится по меньшей мере первые несколько дней жизни малыша.
