По сей день митохондрии являются на удивление самостоятельными, несмотря на то, что находятся внутри клеток. Они обладают собственной оболочкой, имеют свою наследственность и перемещаются независимо от цикла деления клетки. Когда умирают митохондрии – умирают и клетки. Бактерии, выполняющие определенную работу на клеточном уровне, не могли бы выжить вне организма. В качестве «вознаграждения» за свои заслуги митохондрии получают питание от клеток и являются частью их структуры.
По мнению Фортерра и его исследовательской группы в Институте Пастера, вирусы стояли у истоков жизни. «Конфликт между клеточным организмом и вирусом стал главным двигателем биологической эволюции».
Без участия вирусов не появилось бы человечество.
Вирусы постоянно стимулировали развитие, совершенно не подозревая, к чему это приведет. Но именно это свойство – «подбросить» свою наследственность, как яйцо кукушки, в чужой организм, спровоцировать в этом организме мутации, нарушения размножения и прочие отклонения, – привело путем бесконечных проб и ошибок к развитию «высшей» жизни. При этом не только клетки мутировали под воздействием вирусов, но и сами вирусы постоянно претерпевали изменения своих генов.
Однако с точки зрения эволюции значение имела не только проникающая способность вирусов, но и их структура. Из мира вирусов пришли многие новшества, которые в дальнейшем использовались клетками. Например, именно вирусы смогли так изменить наследственное вещество ДНК, что стало возможным создавать существенно более крупные и длинные биомолекулы.
Известная структура ДНК в виде двойной спирали – это «изобретение» вирусов. И то, что клетки имеют сегодня ядро в качестве «мозга» и переключающего центра, стало возможным благодаря присоединению составных частей вирусов. Такие понятия, как «хорошо» и «плохо», не играли в истории развития жизни ни малейшей роли. Что было пригодным и давало преимущества – использовалось, остальное погибало.
Итак, с точки зрения истории развития жизни мы, люди, – продукты мира микробов.
Наша клетка состоит из прижившихся вирусов и бактерий, наш генотип без их воздействия никогда бы не приблизился к «разумной» жизни. Фортерр подчеркивает: «С эволюционной точки зрения можно с некоторым правом утверждать, что в начальный период движущей силой возникновения жизни были вирусы. Они, в определенном смысле, сыграли роль Бога».
1.3. Наш общий метагеном
Мы живем в мире микробов. Они чужды нам, потому что мы не можем видеть их невооруженным глазом, но тем не менее мы нюхаем их, пробуем на вкус, принимаем в себя в немыслимом многообразии. Даже в таком крошечном организме, как водяная блоха, живет сотня видов микробов. А в человеке нашли себе прибежище тысячи видов!
Под микроскопом нам открывается завораживающий мир микроорганизмов. В каждом из нас присутствует целый «зоопарк» – пестрая смесь бактерий, вирусов, червей, грибов и клещей. Большинство этих микроорганизмов колонизирует нас с момента нашего рождения, затем к ним все время присоединяются новые или уходят прежние. Когда основные места, где они могут кормиться, заняты, небольшие группы микроорганизмов (по несколько тысяч) прячутся в какие-то ниши и ждут лучших времен. Если ухудшаются обстоятельства у их «соседей» – например, микробов, живущих в кишечнике, после приема курса антибиотиков или вследствие резкого изменения характера питания, то обитатели ниш получают возможность в кратчайший срок увеличить свою популяцию до многих миллионов и распространиться на гораздо большую территорию.
Знание об огромном многообразии нашего микробиома (всей совокупности микроорганизмов, обитающих внутри и снаружи человека) еще очень ново. Каких-то десять лет назад микробы не могли быть достоверно идентифицированы. Вырастить их в искусственной среде, а потом исследовать было сложно, так как основная масса бактерий мгновенно погибает вне привычной среды обитания – или вследствие непереносимости кислорода, или потому, что им требуются определенный уровень рН, определенные «соседи» или особые питательные вещества.
В рамках исследования человеческого генома были разработаны новые технологии. При помощи методики генетического секвенирования (установления последовательности) теперь возможно определить все гены отдельной экосистемы и на основании ее генетической структуры распознавать бактерии.
Генетическое секвенирование показало генное многообразие наших «сожителей», значительно превосходящее наш собственный, человеческий геном. Гены человека и его микробов вместе составляют так называемый метагеном.
В Европе такие исследования проводит научно-исследовательский институт INRA (Национальный институт сельскохозяйственных исследований) в Париже, где группа ученых под руководством микробиолога Душко Эрлиха составила недавно подробную карту «вселенной» кишечника во всем ее необычайном многообразии, обнаружив в том числе много совершенно неизвестных видов бактерий. «В метагеноме мы нашли гены всех живых существ, которые были нами установлены в процессе исследования человеческого тела, – поясняет Эрлих, – и количество этих генов оказалось в 150 раз больше, чем имеется у самого человека».
Новая методика позволяет одновременно исследовать сотни миллионов бактерий. Эрлих убежден, что подобные исследования сравнимы по значимости с раскрытием человеческого генома. «Наш второй геном – это коллектив микробов, которые живут с нами. Знание об этом способно вызвать революцию в медицине».
Дружба на всю жизнь
Микробиом каждого человека так же индивидуален, как его отпечатки пальцев, и сопровождает нас всю жизнь как верный друг. Микробы, с которыми мы завязали дружеские отношения еще во времена возникновения видов, выполняют в организмах своих хозяев, то есть в нас, разнообразные задачи.
Наши знания о структурах, которые сделали возможным биологическое разнообразие жизни, расширяются с каждым новым шагом. Исследования показали, например, что в каждом органе человеческого тела – в ухе, в носу, во рту, в области плеч, в различных отделах кишечника – преобладают именно те бактерии, которые выполняют определенную работу в данной области. В других частях тела эти «специалисты» встречаются очень редко. Наряду с ними есть так называемые «генералисты», которые присутствуют практически в каждом участке организма, но нигде не доминируют, а прячутся в нишах, группируясь по несколько тысяч экземпляров.
Важнейшей средой обитания микробов является кишечник. Именно отсюда микробиом активно сотрудничает с иммунной системой. Некоторые микробы передают сигналы, другие заняты энергоснабжением, третьи терпеливо обучают иммунную систему правильно оценивать опасности. У маленьких детей эта микробная система очень чувствительна к утрате внутреннего равновесия. Поэтому все факторы, нарушающие равновесие, особенно негативно влияют на организм ребенка.
Совершенно ясно, что мы постоянно вторгаемся в микробную среду и изменяем ее, используя средства гигиены, косметику и лекарственные препараты. Причем нет гарантии, что после этих вторжений равновесие будет восстановлено. Как отражается на организме преобладание новых типов бактерий, вытеснивших первоначальные их типы, было пока исследовано только для некоторых заболеваний. Так, например, массовое размножение клостридий в кишечнике может вызывать упорные и опасные для жизни поносы. Тем не менее в вопросах проникновения бактерий и нюансов их взаимодействия с организмом мы находимся только в самом начале исследований.
