Повторюсь: известный микробиом защищает нас от инородного микробиома. Нельзя сказать, что полезные микробы защищают нас от вредных микробов, поскольку микробы, вредные для одних, оказываются полезными для других. Давайте вспомним: если во время отпуска за рубежом пить воду, которую пьет местное население, можно заболеть.
Как долго организм приспосабливается к перевариванию непривычной для себя пищи? Природа проводит на нас эксперимент, который называется «непереносимость лактозы». Около 10 000 лет назад большая часть людей, населявших Европу и Африку, жили охотой и собирательством. Со временем их образ жизни изменился, они начали заниматься земледелием, приручили животных, и их пища стала более разнообразной: например, они начали пить молоко. Для переваривания коровьего молока потребовалась мутация. Даже в настоящее время у 15% европейцев нет такой мутации – например, у меня, – и они не могут переваривать молоко. Как это ни забавно, но я со своей непереносимостью молока представляю первоначальный «дикий тип», а люди с переносимостью молока – мутанты. У людей, живущих на севере Европы, такая мутация есть, и молоко у них переваривается, что способствует выработке витамина D при недостатке солнечного света (например, в Скандинавских странах). У 75% населения планеты отмечается неспособность переваривать молоко. Адаптация организма к перевариванию молока произошла путем мутации примерно 10 000 лет назад. А моих предков эта мутация не коснулась. Существуют таблетки от непереносимости лактозы – вытяжка из коровьих желудков, содержащая недостающий фермент – лактазу. Но мне они не очень помогают. Информация по непереносимости лактозы распространяется медленно. В течение непродолжительного времени голодающему африканскому населению поставлялось сухое молоко, но вреда от него оказалось больше, чем пользы, поскольку у населения Африки наблюдается непереносимость лактозы и нет недостатка в солнечном свете.
Есть сведения, что у китайцев непереносимость лактозы, тем не менее недавно этот продукт стал важным, широко используется и импортируется в Китай из других стран, и в самом Китае наращивается производство молока. Самый неожиданный поворот в этом сценарии – новая мода в питании, и люди покупают безлактозное молоко безо всякой необходимости, причем даже те, у кого нет непереносимости лактозы, – просто удивительно. Безусловно, такие продукты стоят дороже! То же самое происходит с глютеном – компонентом пшеницы. Непереносимость глютена, глютеновая болезнь развивается при определенных условиях, но и многие здоровые люди покупают хлеб без глютена. Это заставляет меня задуматься о влиянии хорошей рекламы.
Как долго организм приспосабливается к новым пищевым привычкам? Одна случайная мутация произошла 10 000 лет назад – явление довольно редкое. Можно ли ускорить этот процесс? Возможно, мутации не так уж необходимы. Японцы употребляют в пищу морские водоросли, которые европейцы не способны столь же успешно переваривать. Можем ли мы создать ген «суши»? На самом деле несколько таких генов уже обнаружено! Эти гены были получены из водорослей и абсорбируются бактериями кишечника, поэтому бактерии приспособились к перевариванию суши. Механизм горизонтального переноса генов – наиболее эффективный способ «научиться» чему-нибудь новому и сделать это быстро. Зачастую носителями являются фаги, поэтому они и выступают в роли посредников при горизонтальном переносе генов к новым хозяевам. Это показательный пример, демонстрирующий, что вирусы/фаги – наши «учителя» с точки зрения генетики и они же являются двигателями эволюции.
Еще более пугающим проявлением такого рода горизонтального переноса генов (ГПГ) является перенос генов устойчивости к антибиотикам. Гены токсинов также переносятся фагами, с чем связан самый крупный пищевой скандал в Германии, вызванный энтерогеморрагическим штаммом кишечной палочки (EHEC). Представляют ли они реальную угрозу? Нет, но только до тех пор, пока бактериями, находящимися в испражнениях животных, не украшают ваш салат. А как насчет гена шоколада, который, как представляется, есть у швейцарцев? Можно ли его приобрести? Выше уже говорилось о том, как произошла мутация, обусловившая устойчивость к лактозе.
Вирусы против глобального потепления и откладывания яиц
«Вирусы могут быть полезными» – это утверждение нужно пояснить. Вирусы могут кооперироваться или соперничать друг с другом, и они зачастую используют такие возможности в своих собственных интересах. Горизонтальный перенос генов может осуществляться в любом направлении, гены могут встраиваться в клетку, и они же могут транспортироваться из клетки. Происходит ли перенос в первом из вышеназванных направлений чаще? Кроме того, существуют «вирусы-помощники», и один вирус может помогать другому. Дефектные вирусы могут использовать белковую оболочку недефектного вируса, присутствующего в той же клетке; они делят одну оболочку. «Полезные» вирусы могут даже исправлять генетические дефекты клетки, однако следует отметить, что вирусы зачастую оказываются полезными не только для клетки-хозяина, но также и для самих себя – если вирус повышает шансы клетки на выживание, тогда и у вируса появляется больше потомства. Но если с помощью вирусов удалить супрессоры опухоли, клетки живут дольше, гарантируя вирусам многочисленное потомство. Самый целесообразный вариант, если выгоду получают и клетка, и вирус – правильнее было бы назвать это мутуализмом. К «полезным» вирусам относятся даже вирусы герпеса, аденовирусы, фаги и вирусы растений. Аденовирусные инфекции могут защитить от роста опухоли, а вирусы герпеса способны быть супрессорами ВИЧ или бактерий. Состояние больного лейкемией мальчика улучшилось после того, как он заразился ветряной оспой. Подобная так называемая «вирусотерапия» имеет практически столетнюю историю и основана на острых ярко выраженных иммунологических защитных реакциях организма, спровоцированных каким-либо агентом; вместе с тем они эффективны (и не проявляют специфичность) против других заболеваний. В результате неожиданно отмечались случаи излечения.
Кроме того, фаги могут выступать в роли «хелперов» (помощников). Клетка-хозяин с радиационным поражением ДНК может получить поддержку от фага для восстановления поврежденной ДНК. Фаги лямбда даже способствуют восстановлению погибающей бактерии-хозяина, обеспечивая условия для производства большего количества своих потомков. А здоровые микробы замещают патогенные в микробиоте кишечника.
Приведу впечатляющий пример из мира растений, так как в будущем это поможет решить проблему снабжения продовольствием и спасти человечество от голода, – вирусы могут помочь человечеству противостоять глобальному потеплению! В Йеллоустонском национальном парке растет трава Dichanthelium lanuginosum, которая может сохранять жизнеспособность при температуре выше 50 °С, но только при помощи гриба и вируса – такой вот тройственный симбиоз. Этому растению нужны грибы, а грибам – определенный вирус. У этого вируса очень броское название – Curvularia thermal tolerance virus (CThTV) (курвулярия-вирус, резистентный к тепловому воздействию). Этот вирус, действуя через гриб, придает растению теплоустойчивость. Правда, это происходит в несколько этапов. Вирус, помогая растению, «руководствуется эгоистическими соображениями», поскольку благополучие хозяина гарантирует ему большое потомство. Механизм мутуализма соответствует стратегии обоюдной выгоды, используемой в современном бизнесе. Даже встает вопрос, кто является реальным хозяином вируса – гриб или растение. Если удалить вирус, растение лишится резистентности к тепловому воздействию. Задача проводимого в настоящее время транскриптомного анализа – выявить механизм действия вируса, обеспечивающий его полезность, то есть профиль экспрессии транскриптов всех активированных им генов. Нет ничего удивительного в том, что гены осмоса, похоже, помогают растениям лучше обеспечивать себя водой в период засухи. Было установлено, что в десикации (усыхании) задействован сахар, но это свойство ослабевает за счет вируса. Кроме того, свою роль в формировании устойчивости грибов к стрессу играет пигмент (меланин). Нам надо лучше разобраться в этом, чтобы научиться противостоять последствиям влияния глобального потепления на развитие сельского хозяйства. Для того чтобы продолжать получать желаемые урожаи миндаля, калифорнийским фермерам, видимо, придется создать новые вирусы. Чтобы вырастить один миндальный орех, требуется 4 л воды. Зачастую это первичная вода, которой более 4 млрд лет и которую получают из скважин. В настоящее время в штате Калифорния из-за бурения скважин уровень подземных вод ежемесячно снижается на 5 см!
