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

А значит, нужны индивидуальные смеси. Не будем же мы полагаться на то, что с помощью одних и тех же штаммов пробиотиков или образцов кала донора можно будет вылечить разные заболевания. Гораздо разумнее будет разрабатывать пробиотики, учитывая все экологические вакансии в организме человека, особенности его иммунной системы и болезни, к которым он генетически предрасположен[390].

А еще врачам придется одновременно лечить как больного, так и его микробов. Если пациентка, страдающая от воспалительного заболевания кишечника, примет противовоспалительное лекарство, не исключено, что ее микробиом вернется в прежнее состояние воспаления. Если она предпочтет пробиотики или пересадку микрофлоры, возможно, новые бактерии в воспаленном кишечнике попросту не выживут. Если она перейдет на богатую клетчаткой пищу, то есть пребиотики, но при этом у нее в кишечнике не будет расщепляющих клетчатку микробов, ее состояние, скорее всего, ухудшится. Поэтапные решения здесь не подойдут. Не получится вылечить обесцвеченный коралловый риф или лишенный растительности луг, запустив туда нужных животных или посадив нужные растения, – возможно, придется еще и избавиться от инвазивных видов или взять под контроль поступление в экосистему питательных веществ. Вот и с нашим организмом так же. Нужно управлять всей экосистемой сразу – хозяином, микробами, питательными веществами, вообще всем. И для этого нужен комплексный подход.

Вот каким он может быть. Если у человека в организме повышенный уровень холестерина, врач обычно прописывает ему лекарства, известные как статины, – они блокируют необходимый для вырабатывания холестерина фермент. Однако Стэнли Хэйзен выяснил, что в качестве мишени отлично подойдут и кишечные бактерии. Некоторые из них превращают холин, карнитин и другие питательные вещества в соединение под названием триметиламиноксид (ТМАО), а оно замедляет распад холестерина[391]. ТМАО накапливается в организме, а вместе с ним и жировые отложения в артериях. Это приводит к атеросклерозу – уплотнению стенок артерий – и другим заболеваниям сердечно-сосудистой системы. Научная группа Хэйзена уже выявила вещество, способное положить этому процессу конец. Оно не дает бактериям вырабатывать ТМАО, не причиняя им никакого вреда. Возможно, это или похожее вещество в медицинском шкафчике будущего окажется на одной полке со статинами, ведь эти лекарства дополняют друг друга: одно нацелено на человеческую половину симбиоза, а другое – на микробную.

И это лишь малая часть всего, на что способна медицина микробиома. Представьте, что вы перенеслись в будущее на десять, двадцать, ну пусть тридцать лет. Вы у врача. В последнее время вы что-то на нервах, так что он прописывает вам бактерию, которая влияет на нервную систему и подавляет нервозность. И холестерин у вас немного повышен – врач добавляет к той бактерии микроба, что вырабатывает понижающее его вещество. Уровень вторичных желчных кислот у вас в кишечнике ниже нормы, а значит, высок риск заражения C-diff – лучше добавить штамм, за эти кислоты отвечающий. В вашей моче содержатся молекулы, указывающие на воспаление, а так как у вас еще и генетическая предрасположенность к воспалительным заболеваниям кишечника, врач добавляет бактерию, вырабатывающую противовоспалительные молекулы. Он выбрал именно эти виды не только за их способности – он уверен, что они поладят с вашей иммунной системой и микробиомом. Наконец, врач завершает смесь горсткой второстепенных бактерий для поддержки лечебной основы и дает вам рекомендации по питанию, чтобы бактериям было что пожевать. Кабинет вы покидаете с индивидуальными пробиотическими пилюлями – лекарством, созданным для того, чтобы лечить не любую микробную экосистему, а именно вашу. Как выразился в нашем разговоре микробиолог Патрис Кани, «будущее делается на заказ».

И в этом будущем на заказ мы не остановимся на том, чтобы отобрать нужных для определенных задач бактерий. Некоторые ученые уже отбирают нужные для этих задач гены и собирают из них бактерий ручной работы. Вместо того чтобы искать виды с нужными способностями, они возятся с уже имеющимися микробами и наделяют их новыми навыками[392].

В 2014 году Памела Силвер из Гарвардской медицинской школы оснастила кишечную палочку – самого известного микроба на свете – генетическим переключателем, реагирующим на присутствие антибиотика тетрациклина[393]. Если все необходимые условия соблюдены, при его появлении переключатель активирует ген, придающий бактериям синий цвет. Силвер добавила этих бактерий в корм лабораторных мышей. Так она могла определить, давали ли мышам тетрациклин: нужно было собрать их помет, вырастить микробов из него и посмотреть, какого они цвета. Она успешно превратила кишечную палочку в крошечного репортера, который чует, запоминает и докладывает обо всем, что происходит в кишечнике.

Такие репортеры нам нужны, ведь кишечник для нас – все еще загадка. Длина этого органа – 8,5 метра, а изучают его, как правило, по тому, что из него выходит. Это как если бы мы решили поставить в устье реки решето и описать реку по тому, что в нем окажется. Колоноскопия позволяет узнать о кишечнике больше, но это вторжение в организм. Почему бы вместо того, чтобы засовывать трубку в одно отверстие, не запустить бактерий в другое? Выйдя из организма, они смогут рассказать нам обо всем, что видели в пути. И я сейчас не про тетрациклин – это лишь пробный эксперимент. Силвер хочет настроить микробов так, чтобы они реагировали на присутствие токсинов, лекарств, патогенов и веществ, появляющихся на ранних стадиях заболеваний.

В идеале она планирует создать бактерий, способных замечать неполадки в организме и исправлять их. Представьте, как некий штамм кишечной палочки опознает молекулы, которые производит сальмонелла, и начинает вырабатывать антибиотик, чтобы от нее избавиться. Теперь кишечная палочка не просто репортер – она еще и лесничий. Во время кишечных патрулей она могла бы предотвращать пищевые отравления, расправляясь с сальмонеллами, а в отсутствие угроз бездействовала бы. Можно было бы давать ее детям из бедных стран, предрасположенным к инфекционным диарейным заболеваниям. Или солдатам, отправленным воевать за рубеж. Или посылать в места, где бушует эпидемия.

Микроскопических подручных себе строят и другие ученые. Мэттью Ук Чан настроил кишечную палочку так, чтобы та отыскивала и уничтожала Pseudomonas aeruginosa, бактерию-оппортуниста, поражающую людей со слабым иммунитетом. Искусственные бактерии, почуяв жертву, направляются к ней, шевеля жгутиками, и выпускают два боезаряда – фермент, дробящий сообщества P. aeruginosa, и антибиотик, поражающий самые уязвимые его части. Джим Коллинз из Массачусетского технологического института тоже занимается разработкой кишечных бактерий для уничтожения патогенов. Его микробы охотятся на холерный вибрион и шигеллу, вызывающую дизентерию[394].

Силвер, Чан и Коллинз занимаются синтетической биологией – молодой отраслью науки, в которой инженерное мышление орудует в мире клеток и тканей. Жаргон у них практичен и бесстрастен: гены для них – «части» или «кирпичики», из которых можно собрать «модули» и «цепи». Зато сами они так и пышут творческой энергией. Популяризатор науки Адам Резерфорд как-то сравнил их с диджеями хип-хопа 1970-х годов – те положили начало новому музыкальному направлению, составляя новые крутые комбинации из уже существующих семплов и битов[395]. Вот и специалисты по синтетической биологии создают ремиксы из генов, чтобы дать начало новому поколению пробиотиков.