Я – суперорганизм! Человек и его микробиом - Джон Тёрни

Среда и обстоятельства наверняка играют роль при формировании младенческого микробиома. Однако активный отбор может оказаться еще более значимым фактором. По данным ученых медицинского факультета Вашингтонского университета, опубликованным в 2014 году, есть основания предполагать, что все микробиомы младенцев, появившихся на свет преждевременно, развиваются во многом похоже. Ученые проследили за развитием 58 таких детей, начавших жизнь в палате интенсивной терапии, где незапланированные встречи с микробами крайне редки. То, как эти младенцы появлялись на свет, и то, как они питались, оказало лишь незначительное влияние на развитие их кишечного микробиома (а то и вовсе никак на него не повлияло), где «с хореографической четкостью сменяли друг друга бактериальные классы». Отмечались различия в скорости изменений, но не в самой их последовательности. К тридцать третьей – тридцать шестой неделе после зачатия все эти младенцы обладали весьма схожим составом микробного населения кишечника[74].

В любом случае, по мере того как ребенок ест больше твердой пищи и ее разнообразие увеличивается, и после того как младенца отнимают от груди (или прекращают искусственное вскармливание), все отличия, ставшие наследием родов или раннего периода кормления, постепенно сглаживаются. Микробиом трехлетних очень похож на микробиом взрослых с таким же рационом, живущих в такой же среде. К трем годам ребенок приобретает большое пестрое микробное население, состоящее преимущественно из Bacteroides и Firmicutes, хотя сохраняются в нем и некоторые Bifidobacteria. Чаще всего экосистема остается такой и в дальнейшем, если только ее не дестабилизирует какое-то из ряда вон выходящее событие.

По мере того как всё новые и новые исследования предоставляют нам «моментальные снимки» микробиома людей, наблюдаемых (поодиночке или коллективно) в течение долгого времени, мы всё лучше понимаем, какими могут быть эти события. Человеческий микробиом дает все возможности для самонаблюдения, требуется лишь упорство и самоотверженность. Особенно детальное исследование провели в лаборатории Эрика Алма (Массачусетский технологический институт). В эксперименте участвовали два человека, ежедневно отбиравших пробы своего стула и слюны. Кроме того, с помощью одного полезного приложения для айфона они прилежно фиксировали все, что в этот день съели и выпили, наряду с массой других значимых сведений – о работе, сне, физической активности, настроении, весе. Идея исследования состояла в том, чтобы, воспользовавшись доступностью процедуры ДНК-секвенирования, в ежедневном режиме отслеживать изменения микробной популяции.

В статье, вышедшей в середине 2014 года, имена этих людей не разглашаются: их называют просто субъектом А и субъектом В (эта сдержанная научная манера здесь очень уместна). «Изучение выборки добровольцев позволило нам остановиться на двух здоровых мужчинах, не связанных между собой родством», – скромно поясняют авторы[75]. На самом деле этими субъектами стали сам Алм и Лоуренс Дэвид (в момент начала исследования он выполнял в лаборатории дипломную работу). Так что эксперимент осуществлялся методом самонаблюдения. Могло получиться иначе, но когда впервые составили план, подразумевавший отбор пробы при каждом посещении туалета в течение года, «как ни странно, никто не вызвался стать участником такого эксперимента», признался Алм.

Результат – потрясающее (с экологической точки зрения) сочетание изменчивости и постоянства. Изучая образцы, вы всегда можете определить, где чей, хотя состав проб день ото дня варьируется. Общая картина – это картина стабильности.

Варьирование по дням связано, в частности, с питанием. Потребление необычно большого количества клетчатки приводило к быстрому увеличению содержания трех бактериальных видов (его можно зафиксировать примерно на следующий день), хотя в общей микробной популяции эти виды составляли сравнительно небольшую долю – приблизительно одну пятую. Потребление цитрусовых приводило к резкому росту содержания иной группы видов.

Благодаря счастливому стечению обстоятельств удалось выявить интересный факт. В середине года Дэвид провел два месяца в Бангкоке. Данные о содержании бактериальных видов четко показывают, что в его кишечнике, едва он прибыл в город, сразу же поселились некоторые бактерии, которых раньше не было. Они исчезли из кишечника ученого, только когда он вернулся в США.

Более драматическое событие отражено в микробной летописи никуда не выезжавшего коллеги Дэвида. Острое пищевое отравление при посещении ресторана стало не очень-то приятной демонстрацией скорости, с которой могут размножаться бактерии. Среднегодовое содержание Enterobacteriacaea (к которым относятся и «микробы пищевого отравления» Salmonella) в кишечнике у Алма равнялось 0,0004 %. Когда он отравился и стал страдать от диареи, эта величина возросла до 10 %, а затем достигла впечатляющего максимума 29 %. В то же время содержание Firmicutes у него резко сократилось. Когда Алм выздоровел, оно снова вернулось к его обычным 40 %, однако популяционная смесь штаммов, обитавших у него в толстой кишке, в этом новом стабильном состоянии отличалась от прежней. Большинство из видов, теперь изобиловавших в ней, в небольших количествах имелось у него до болезни, так что в основе нового состава популяции все-таки не было новоприбывших организмов. Это еще одно указание на то, что индивидуальный микробиом человека предпочитает поддерживать один и тот же состав микробов (хотя их количественное соотношение может меняться). Микробиом способен отлично справляться с видовыми заменами, если эти заменители делают примерно то же самое, что и бактерии, которых они вытеснили, и если под рукой имеются бактериальные ресурсы, способные быстро заполнить истощившуюся нишу в экосистеме.

Таким образом, это небольшое исследование демонстрирует нам картину своего рода эластичности (термин, который все чаще применяют при описании микробиомов здоровых людей). Два изученных индивидуальных микробиома отличались друг от друга, но проявляли стабильность. Удалось получить свидетельства микробной конкуренции в случае обоих наборов видов, причем численность близкородственных штаммов иногда резко и взаимозависимо менялась (у одного возрастала, у другого падала), а значит, есть основания предполагать, что соответствующий штамм получал какие-то конкурентные преимущества. Впрочем, такие незначительные ежедневные подвижки в экологии микробиома не очень влияли на общую картину.

Другие исследования (например, проводившееся лабораторией Джеффри Гордона в 2013 году) подтверждают, что состав кишечного микробиома стремится к относительной стабильности. Гордон и его коллеги изучали пробы, которые отбирались у троих взрослых на протяжении 5 лет. Судя по всему, у многих людей дело обстоит так: сложившись, взрослый кишечный микробиом не меняется (если его носитель здоров). Вероятность нарушения стабильности повышается не только при болезни, но и при старении. Как показывают исследования, пожилые люди, по-видимому, сильнее отличаются друг от друга по кишечному микробиому, чем молодые. У каждого отдельного пожилого человека, возможно, имеется менее разнообразное микробное население, чем то, которое обычно встречается в образцах, взятых у молодых или у людей среднего возраста[76]. Подробности таких изменений ученые продолжают выяснять, пытаясь разобраться во всевозможных особенностях, которые могут влиять на микробную биографию каждого отдельного человека. Так, пожилые люди в развитых странах нередко проживают в домах престарелых, где их диета отличается от той, что была у них прежде, и где они ежедневно принимают смесь различных лекарств. В ответ микробиом меняется вплоть до самой смерти своего носителя. А затем микробы изо всех сил стараются попасть куда-нибудь еще.

Впрочем, сначала они пожирают питательные вещества, которые вытекают из наших умирающих клеток. Это, между прочим, тоже можно изучать. Микробный ансамбль, обитающий на трупе, даже носит подобающее научное название: танатомикробиом. Как полагает Питер Нобл из Алабамского университета, изучение этого микробиома может пригодиться криминалистам – например, для оценки времени смерти[77]. Впрочем, к этому печальному моменту никакого суперорганизма уже не существует, так что самое время перейти к широкомасштабной истории микробиомов.

Эволюционируя вместе

За индивидуальной историей о том, что формирует кишечный микробиом каждого из нас, стоит куда более долгая эволюционная история, способная поведать, каким образом человек (как биологический вид) вообще стал уживаться со всеми этими микроскопическими видами. Новые технологии помогают собрать воедино разрозненные части этой головоломки, в частности, путем расщепления микробиомов многих других существ. Назовите человека суперорганизмом, и это звучное имя наполнит человека гордостью. Однако если оглянуться вокруг, тут же выяснится, что почти все прочие создания – тоже суперорганизмы. Всегда ли они являлись такими «суперами»? Может быть, они приобретали это качество постепенно?