Микробы появились минимум за 2,5 миллиарда лет до возникновения первых многоклеточных организмов. К тому времени, когда 540 миллионов лет назад во время Кембрийского взрыва появились животные, микробы уже существовали в этом мире три миллиарда лет. В тот период они разработали способы колонизации каждой существующей на Земле ниши, во многих случаях — посредством формирования сообществ и взаимодействия.
Если вы целеустремленный многоклеточный организм, с трудом пробивающий себе путь в этом мире, станете ли вы изобретать колесо или доверитесь знатокам своего дела с опытом в миллиарды лет? Данные говорят о том, что мы воспользовались услугами экспертов. «Большой взрыв» многоклеточной жизни произошел только потому, что один микроб поглотил другой. Амебоподобная клетка либо питались бактерией, либо бактерия захватывала ее. При этом бактерия выживала, со временем превратившись в важнейшую органеллу более крупной клетки. К числу таких органелл относятся вырабатывающие энергию митохондрии у животных и улавливающие солнечный свет хлоропласты у растений. Этот древний мутуализм привел к формированию основополагающего элемента организма человека — эукариотической клетки.
В дальнейшем продолжали появляться другие мутуалистические отношения. Губчатые, которых обычно считают древнейшими живыми протоживотными (нашими предками), часто дают симбиотическим бактериям убежище в своих тканях. Без симбиотических простейших термиты не могут переваривать свою богатую целлюлозой пищу, поскольку целлюлоза относится к числу самых прочных органических веществ. У травоядных в процессе эволюции образовалось несколько желудков, для того чтобы в них могли обитать сообщества ферментирующих микроорганизмов. Нельзя утверждать, что симбиоз имеет место в природе от случая к случаю; он присутствует повсюду и делает возможным то, что мы называем природой, на всех уровнях сложности. В действительности результаты исследований Маргарет Макфолл-Нгаи с кальмаром и его люминесцентными бактериями побудили ее полностью переосмыслить нашу адаптивную иммунную систему
[357]. Она сформировалась в процессе эволюции для того, чтобы бороться с патогенами (догма), или для того, чтобы создать более тесный симбиоз с более широким кругом микробов? Другими словами, какую функцию выполняет адаптивная иммунная система на самом деле — функцию регулярной армии или дипломатического корпуса?
Когда участники конференции смотрят на лица примерно двух сотен присутствующих в зале людей, они видят не кандидатов на получение степени доктора наук, постдокторантов или профессоров. Они видят анаэробные камеры для переваривания пищи с руками и ногами — космические корабли для микробов, которые оставляют после себя след из живой слизи, куда бы ни направлялись. Один из выступающих сказал примерно то же самое. Человека «можно рассматривать в качестве сложно организованного транспортного средства, которое сформировалось в процессе эволюции для обеспечения выживания и распространения микроорганизмов» — это слова микробиолога Стэнфордского университета Джастина Сонненберга
[358]. Каждый день вы вводите пищу с одного конца и выводите микробы с другого.
Давайте проанализируем основные факты: в организме человека количество бактериальных клеток превосходит количество человеческих клеток в соотношении десять к одному
[359]. В кишечнике человека обитает тысяча видов микроорганизмов (таких, как археи, бактерии, вирусы и дрожжи), общее количество отдельных клеток которых достигает 100 триллионов. Наш коллективный микробный геном содержит в сотни раз больше информации, чем геном человека.
Важно то, что эти микроорганизмы образуют неслучайную совокупность. В кишечнике человека обитает только четыре из более 50 известных типов (больших групп) бактерий. Такой узкий круг успешных колонизаторов говорит о весьма специфической коэволюции. В то же время от 50 до 100 бактерий патогенны для человека. Сравните это с тысячей потенциально комменсальных видов — и вам сразу же станет ясно, что большая часть нашего повседневного взаимодействия с микробами не имеет никакого отношения к болезням.
Основная часть резидентных бактерий находится в толстой кишке, последнем фрагменте пищеварительного тракта. Если бы можно было развернуть и разгладить кишечник человека, он занял бы площадь 100 квадратных метров, что примерно равно половине теннисного корта для одиночной игры
[360]. Это довольно большая область взаимодействия; возможно, именно по этой причине 70% иммунной активности происходит в кишечнике.
Оказалось, что последний факт — ключ к пониманию иммуноопосредованных заболеваний, о которых шла речь в предыдущих главах. При отсутствии бактерий иммунная система остается в полусонном состоянии. А в зависимости от того, какие бактерии присутствуют или отсутствуют в организме человека, меняется не только активность иммунной системы, но и способность сохранять калории в виде жира, склонность к образованию камней в почках и, как установили ученые, даже острота ума человека. В функционировании организма млекопитающих мало что не связано с воздействием микробов, обитающих в кишечнике.
Все это отчасти объясняет ощутимую атмосферу тревоги на конференции. Мы только начинаем понимать важность микробного органа, однако уже назрел вопрос: может быть, мы изменили свою микробиоту, не осознавая этого, и теперь страдаем от последствий?
Наше микробное сообщество довольно пластично. Со временем оно меняется в зависимости от питания, воздействия микробов, индивидуальных генетических характеристик и возраста. Именно эта изменчивость может быть одним из ответов на вопрос о том, почему у нас вообще есть микробиота. Экосистема микроорганизмов может развиваться и меняться быстрее, чем наш сравнительно жесткий геном. Такая гибкость обеспечивает более широкие возможности (например, возможность есть более разнообразную пищу), чем в случае, если бы мы полагались только на «свои» гены. Однако, как и в каждом случае сформировавшейся в процессе эволюции взаимозависимости, существует предел, до которого каждая сторона может меняться, прежде чем произойдет разрыв отношений такого рода. А кардинальное изменение структуры человеческого опыта за последние два столетия повлекло за собой именно такое несоответствие между геномом человека и его микробиомом.
«Микробиота, которую мы считаем здоровой, может быть вторичной микробиотой, — говорит Джастин Сонненберг, — той самой, которая создает у нас предрасположенность к западным заболеваниям».
