Как микробы управляют нами. Тайные властители жизни на Земле - Эд Йонг

Вспомните, что особь любого животного, будь то человек или коралл, сама по себе экосистема. Она развилась под влиянием микробов и не перестает оживленно с ними взаимодействовать. Не забывайте и о том, что интересы этих партнеров нередко противоречат друг другу, так что хозяевам приходится держать своих микробов под контролем – кормить излюбленной пищей, запирать в нужных тканях и вести надзор с помощью иммунной системы. А теперь представьте, что нечто берет и разрушает весь этот контроль – меняет пропорции видов бактерий в микробиоме, побуждает их активировать другие гены, производить другие вещества. Искаженное сообщество продолжает вести диалог с хозяином, но тон их общения меняется. Иногда он становится провокационным и в буквальном смысле провоцирует воспаление, когда микробы пробираются в ткани, где им не место, или чересчур возбуждают иммунную систему. А иногда микробы заражают хозяев, воспользовавшись ее временной слабостью.

Это и есть дисбиоз. Тут дело не в том, что особи не справляются с патогенами, а в том, что между разными видами – хозяином и симбионтом – нарушается связь. Это заболевание, ставшее экологической проблемой. Здоровых особей можно сравнить с нетронутыми джунглями, пышными лугами или рифом Кингмен. Больных – с распаханными полями, загрязненными озерами или выцветшими рифами у острова Рождества: они – экосистемы, в которых устроили бардак. Такое представление о здоровье довольно запутанно, и оно вызывает множество важных вопросов. Прежде всего, нужно выяснить, что собой представляют эти изменения – причину заболевания или всего лишь его последствия?

«А что у вас в термосе?» – поинтересовался я.

Мы с профессором Джеффом Гордоном и двумя его студентками ехали в лифте Университета Вашингтона в Сент-Луисе. Одна из студенток держала в руках металлическую коробку.

«Да так, кал в тюбиках», – ответила она.

«Там у нас микробы из кала здоровых детей, ну и истощенных тоже. Мы этих микробов в мышей переселим», – объяснил Гордон таким тоном, словно зауряднее этого ничего и быть не может.

Джефф Гордон – возможно, самый влиятельный и уважаемый ученый, занимающийся человеческим микробиомом. Но и связаться с ним куда сложнее, чем с другими. Мне пришлось шесть лет писать про его исследования, чтобы он наконец ответил на мои письма, так что потрудиться ради привилегированной возможности посетить его лабораторию пришлось изрядно. Приехав сюда, я ожидал, что профессор окажется угрюмым и необщительным, а в итоге встретил приятного, дружелюбного человека с морщинками вокруг глаз, доброй улыбкой и эксцентричными манерами. Обходя лабораторию, он называет всех «профессор», даже своих студентов. Средства массовой информации он не жалует, но не из-за неприветливости, а из-за неприязни к саморекламе. Даже приглашения на научные конференции он отклоняет – центру внимания предпочитает свою уютную лабораторию. Там Гордон больше, чем кто-либо другой, узнал о влиянии микробов на здоровье человека, а также о том, какие связи обоснованы, а какие случайны (causal or casual, выражаясь его словами). Однако при расспросах о его заслугах Гордон говорит, что большую часть работы проделали его студенты и коллеги, с которыми он сотрудничал раньше и сотрудничает по сей день[185].

Его статус руководителя знаменателен еще и тем, что он уже был выдающимся ученым, опубликовавшим сотни исследований о развитии человеческого кишечника, задолго до того, как начал изучать микробиом. В 1990-х у него появилась идея: а что если на развитие кишечника какое-то влияние оказывают бактерии? Однако он понимал, насколько сложно будет это выяснить. Маргарет Макфолл-Най как раз тогда доказывала, что микробы влияют на развитие гавайской эупримны, но она занималась исследованием лишь одного вида бактерий. В человеческом кишечнике их тысячи. Гордон решил изолировать части кишечника и исследовать их в контролируемых условиях. Ему требовался ценнейший ресурс, который так необходим ученым и которым отказывается делиться биология, – возможность контролировать ситуацию. Другими словами, ему нужны были мыши, много мышей, в организмах которых не было бактерий.

Лифт наконец приехал, и я пошел вслед за Гордоном, студентками и термосом с замороженными фекалиями. Мы вошли в большую комнату – там рядами стояли герметичные камеры из прозрачного пластика. Среда в этих камерах, пожалуй, одна из самых странных на свете – там совершенно нет бактерий, только мыши. В камерах есть все, что им нужно: корм, питьевая вода, солома для гнездышек и домик из пенопласта, где две мышки могут уединиться. Исследователи, работающие под руководством Гордона, стерилизуют все это облучением и кладут в специальные цилиндры. Их кипятят при высокой температуре и давлении, а потом отправляют в камеру через специальные окошки в задней стенке. Для этого используются соединительные рукава – их, конечно, тоже стерилизуют. Над всем этим приходится попотеть, но только при таких условиях мыши рождаются и живут, никак не пересекаясь с микробами. По-научному это называется «гнотобиоз» – от греческого «известная жизнь». Мы точно знаем, что именно живет в этих мышах, точнее, что в них вообще ничего не живет. Каждая из этих мышей – в отличие от всех остальных грызунов на планете – всего лишь мышь. Пустой сосуд. Незакрашенный силуэт. Экосистема, состоящая из одного существа. Ни единого множества эти мыши не вмещают[186].

К каждой камере через окошки прикреплены черные резиновые перчатки. С их помощью исследователи могут взаимодействовать с тем, что находится в камере. Перчатки очень толстые – я засунул в них руки и тут же вспотел. Я кое-как поднял одну мышку за хвостик. Зверек с белым мехом и розовыми глазками уютно расположился у меня на ладони. Это было странное ощущение: я держал животное лишь с помощью двух резиновых штуковин, выпячивавшихся в его герметичный мирок. Мышь сидела у меня на руке, но при этом была отделена от меня. Погладив панголина Бабу, я обменялся с ним микробами. Погладив эту мышку, я не обменялся с ней ничем.

Сейчас подобных стерильных лабораторий в мире десятки. Установленное в них оборудование – мощнейший инструмент для понимания того, как работает микробиом. Однако в 1940-х, когда изолированные камеры были разработаны, и десять лет спустя, когда их доработали, популярностью они не пользовались[187]. Стерильные мыши были не востребованы. А вот Гордон понял, что для его исследований эти камеры – как раз то, что нужно. Он мог вводить определенных микробов в организмы этих грызунов и полностью определять их рацион, а потом повторять это снова и снова в контролируемых и воспроизводимых условиях. У него появилась возможность превращать мышей в живые биореакторы, в которых вместо запутанного микробиома можно было наблюдать отдельные, легко управляемые его части.

В 2004 году специалисты из группы Гордона провели на стерильных грызунах эксперимент, определивший дальнейшую судьбу всей лаборатории[188]. В организмы мышей без бактерий ввели микробов из кишечников обычных мышей. Обычно они ели столько, сколько хотели, и не набирали вес, но с появлением первопроходцев в их кишечниках все изменилось. Больше есть они не стали – даже, возможно, ели немного меньше, – но теперь большая часть пищи превращалась в жир, так что грызуны начали толстеть. Мыши, разумеется, сильно отличаются от людей, но строение их организма в какой-то степени похоже на человеческое, так что ученые имеют возможность использовать их для исследований – от испытаний лекарств до изучения строения головного мозга. К мышиным микробам это тоже относится. Гордон сделал вывод, что, если эти ранние результаты применимы и к людям, наши микробы наверняка оказывают влияние на то, какие питательные вещества мы получаем из пищи, и, соответственно, на наш вес. Наконец-то у ученых появилась сочная, увлекательная и важная для медицины область, за которую можно было ухватиться зубами научной мудрости.