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

«С бактериями в этом плане проще – тут можно разв№ернуться», – говорит специалист по клетчатке Джастин Зонненберг. Бактерия, встречающаяся в естественной среде, может прекрасно справляться с расщеплением клетчатки, переговорами с иммунной системой или созданием нейромедиаторов, но со всем сразу – вряд ли. Хотите новое качество – придется искать новых бактерий. Или просто загрузить нужные цепи в один-единственный синтетический микроорганизм. «Планируется создать список частей, которые можно будет добавлять и сразу с ними работать, ожидая предсказуемых результатов», – делится планами Зонненберг.

Специалисты по синтетической биологии занимаются не только охотой на патогенов. Они также могут настроить созданных микробов так, чтобы те уничтожали раковые клетки или делали токсины полезными. Некоторые из них пытаются дать новый толчок природной способности нашего микробиома создавать антибиотики для контроля над другими микробами, или иммунные молекулы для избавления от хронического воспаления, или нейромедиаторы для влияния на наше настроение, или сигнальные молекулы, отвечающие за аппетит. Если вам кажется, что это вмешательство в природу, вспомните, что мы и так все это делаем, только более топорно – принимаем аспирин, флуоксетин и другие лекарства. В результате наш организм заполняется препаратами, попадающими туда в фиксированных дозах. А вот специалисты по синтетической биологии могут запрограммировать бактерию так, чтобы она вырабатывала тот же препарат там, где нужно, и ровно столько, сколько требуется. Эти микробы лечат с точностью до миллиметра и миллилитра[396].

Теоретически, во всяком случае. «Сделать так, чтобы цепь работала на доске у вас в офисе, проще простого, – объясняет Коллинз. – Но биология – штука запутанная. Создать нового микроба не так просто, как порой кажется. Задача в том, чтобы заставить цепь работать именно так, как она должна работать в тяжелых условиях организма хозяина». Для переключения гена, например, требуется энергия – возможно, синтетическая бактерия, загруженная сложными цепями, не сможет выжить посреди местных микробов с более стройными и гибкими геномами.

Один из способов добавить искусственным бактериям конкурентоспособности – его, кстати, предпочитает Зонненберг – это внедрение синтетических цепей генов в типичного жителя кишечника, например B-theta, вместо более знакомой нам кишечной палочки. Управлять кишечной палочкой проще, но с заселением кишечника она, увы, не справляется[397]. А вот B-theta прекрасно приспособлена к кишечной среде и живет там в больших количествах[398]. Что еще пожелать от будущего лесничего человеческой экосистемы? Джим Коллинз более осмотрителен. Мы еще очень многого не знаем об устройстве микробиома, так что его настораживает перспектива создания микробов, которые вполне могут сделать наш кишечник своим постоянным местом жительства. Поэтому он встраивает в свои создания переключатели, благодаря которым микробы самоуничтожаются, если что-то идет не так, а также когда они покидают организм хозяина. (Таких бактерий важно изолировать, ведь при каждом нажатии кнопки смыва в туалете они могут попасть в среду.) Силвер тоже трудится над мерами безопасности. Она вносит изменения в ДНК своих синтетических микробов, пытаясь выстроить биологическую систему защиты, не позволяющую им обмениваться генами с дикими сородичами, как принято у бактерий. Еще она планирует создать синтетические сообщества бактерий – группы, скажем, из пяти видов, полагающихся друг на друга: если представители одного вида погибнут, все остальные последуют их примеру.

Пока неясно, смогут ли эти меры удовлетворить требования органов государственного регулирования и успокоить потребителей[399]. Вокруг генетически модифицированных организмов постоянно ведутся споры, и если уж пробиотики и пересадка кала нас чему-то научили, так это тому, что мир пока не справляется с волной живых лекарств. С распространением синтетической биологии эти противоречия лишь умножатся. Однако стоит заметить, что все эти запрограммированные бактерии на самом деле не совсем синтетические. Да, они обладают необычными навыками, и гены у них настроены по-новому, но в душе они остаются кишечными палочками, B-theta и другими нашими давними приятелями, с которыми мы вот уже миллионы лет живем бок о бок. Это все те же старые добрые симбионты, только с современной изюминкой.

Пожалуй, еще более впечатляющим нам покажется создание нового симбиоза – объединение животных и микробов, никогда прежде не пересекавшихся. Одна группа исследователей на это потратила больше двадцати лет. Плоды их работы уже вовсю жужжат в воздухе восточной Австралии.

4 января 2011 года, австралийский городок Кэрнс только начал просыпаться. Скотт О’Нилл в очках, джинсах и грязно-белой футболке, на нагрудном кармане которой написано «Ликвидируем денге» (Eliminate Dengue), подходит к одноэтажному домику с желтыми стенами[400]. Надпись на футболке – это название созданной О’Ниллом организации и ее цель: ликвидировать лихорадку денге в Кэрнсе, Австралии, а когда-нибудь, возможно, и во всем мире. Все, что ему для этого необходимо, находится в небольшом пластиковом стаканчике у него в руке. О’Нилл несет стаканчик к дому, минуя забор, проходит по усаженной цветами террасе и оказывается у высокой пальмы. Шагает он неспешно и, кажется, немного стесняется. Еще бы, ведь это крайне знаменательный момент. Десятка два человек смотрят на него, снимают на камеру, переговариваются и шутят между собой. О’Нилл останавливается и задирает голову. «Ну что, готовы?» – спрашивает он. Толпа радостно аплодирует – они давно ждали этого момента. О’Нилл снимает со стаканчика крышку, и из него вылетают, весело жужжа, несколько десятков комаров. «Вот так! Летите, крошки!» – кричит один из зрителей.

Эти черно-белые комары – представители вида Aedes aegypti, разносчики вируса денге, вызывающего тропическую лихорадку. От укусов этих комаров по всему миру каждый год заражаются 400 миллионов человек. Сам О’Нилл лихорадкой денге никогда не болел, зато он повидал не одного больного. Он знает, каково это – высокая температура, головная боль, сыпь, боли в мышцах и суставах… Он знает, что вакцины нет и полностью вылечить лихорадку нельзя. Единственный реальный способ контролировать денге – предотвратить ее. Мы травим комаров Aedes средствами от насекомых, брызгаемся репеллентами и защищаем тело специальными костюмами, чтобы они до нас не добрались, избавляемся от озер со стоячей водой, в которой они размножаются. Однако лихорадку денге это не останавливает – с каждым годом случаев заражения все больше. Требуется принципиально новое решение, и у О’Нилла такое как раз есть. Его план – весьма необычный – состоит в том, чтобы выпустить в естественную среду еще больше комаров Aedes. Однако его комары кое-чем отличаются от своих диких сородичей. Они переносят бактерию, с которой вы уже знакомы, – суперсимбионта Wolbachia[401].

О’Нилл выяснил, что вольбахия превращает комаров из переносчиков вируса денге в его последнее пристанище. Изловить всех комаров и заразить их вольбахией, естественно, невозможно, но О’Ниллу и не придется. Ему нужно лишь выпустить на природу несколько переносчиков вольбахии и подождать. Не забывайте, что бактерия эта – мастер манипуляций и распространиться по всей популяции насекомых одного вида ей не составит труда. Чаще всего она прибегает к эффекту цитоплазматической несовместимости: у пораженных вольбахией самок больше шансов отложить яйца с жизнеспособным потомством (которому бактерия передается по наследству), чем у здоровых. Благодаря этому преимуществу вольбахия способна быстро захватить целую территорию – а ее господство означает вырождение вируса денге. О’Нилл планирует выпустить на природу достаточно особей с вольбахией, чтобы создать популяцию устойчивых к вирусу комаров. Те, что были выпущены в Кэрнсе, стали первыми. Это была кульминация многолетней тяжелой и упорной работы, что доводила порой до отчаяния. «За этим словно вся жизнь моя прошла», – говорит О’Нилл.