Я – суперорганизм! Человек и его микробиом - Джон Тёрни

Такого рода сведения указывают на то, что микробиом человеческого кишечника менялся после появления Homo sapiens. Исследования развиваются по нескольким направлениям. Существует множество гипотез о том, как эти отступления от микробиома наших предков (первых людей) могли бы на нас влиять. Один из примеров – уже рассказанная мною история о том, как из большинства младенческих желудков исчезла C. difficile (впрочем, тогда я не назвал эту бактерию по имени). Высказывается и масса других, зачастую более спекулятивных идей о связях между измененными человеческими микробиомами и здоровьем. Но о какого рода изменениях идет речь?

Совершенно современный микробиом

Человеческий микробиом, предстающий сегодня просвещенному взгляду ученых, сложился не только под воздействием эволюционных нагрузок. Мы изобретательные создания и умеем модифицировать окружающую среду под собственные нужды. Это оказало влияние и на микробную часть суперорганизма (которую мы здесь и рассматриваем). Начнем хотя бы с наших пищевых пристрастий.

Известно, что баланс микробных популяций реагирует на ежедневное изменение рациона. Существуют убедительные свидетельства того, что аналогичное влияние оказывали и пищевые предпочтения человека, проявлявшиеся на протяжении куда более длительных периодов времени. В этом смысле дальше всего удается с уверенностью заглянуть в прошлое, изучая не окаменевшие фекалии, а останки зубов.

На теоретическом уровне мы знаем, что люди всегда сосуществовали с бактериями, но отыскать следы бактерий, живших на нас в прошлом, очень нелегко. После смерти своего носителя они обычно исчезают, ведь его мягкие ткани недолговечны.

Есть два исключения: окаменевшие фекалии и (вот была бы отрада для левенгуковского сердца!) сохранившийся до наших дней зубной налет.

На зубах легко образуются биопленки – сложные сообщества бактерий, в ходе совместных действий покрывающих поверхности, которые дают им удобный доступ к питательным веществам. Пленка, нарастающая на поверхности зуба, поначалу мягкая, но постепенно превращается в зубной камень. (Тут как с затвердевающим бетоном.) Оказывается, она может сохранять в себе не только частицы пищи, но и мертвые микроорганизмы или по крайней мере некоторые их молекулы, в том числе и ДНК.

Извлечь оттуда информацию не так-то просто. Анализ микробиомов живого – задача хитрая. Что же тогда говорить о работе с зубами покойников? Многие археологические образцы наверняка еще десятилетия назад прошли через руки исследователей, слыхом не слыхивавших о микробиоме, так что в них весьма вероятны загрязнения и примеси. К тому же количества извлекаемого из них зубного налета очень невелики. Но если вы проявите колоссальную тщательность, то все-таки сможете добыть достаточное количество бактериальной ДНК, чтобы провести анализ 16S рРНК.

Проделайте это с подходящим образцом, взятым у скелета древнего человека, и вы откроете окно в мир коэволюции людей и нашей микробиоты (в данном случае речь идет об оральных, а не о кишечных микробах). Подобный анализ позволяет выявить два крупных изменения. Первое (произошедшее, возможно, около десяти тысяч лет назад) совпадает по времени с зарождением сельского хозяйства. Второе (случившееся гораздо позже) знаменует собой приход эпохи кулинарной обработки пищи – обработки, которая закладывает основу рациона столь многих наших современников.

Международный коллектив ученых под руководством Кристины Адлер из Австралийского центра исследования древней ДНК сообщил в 2012 году, что удалось проанализировать образцы из 34 скелетов доисторического человека[84]. Одиннадцать скелетов принадлежали мужчинам, одиннадцать – женщинам, половую принадлежность остальных исследователи не сумели выяснить. («Скелет» в данном случае может означать и небольшие фрагменты, выкопанные после тысяч лет пребывания в земле.) В целом эти останки относятся к значительной части истории человечества – начиная от эпохи накануне аграрной революции (кости некоторых из последних представителей цивилизации охотников и собирателей на территории современной Польши; носители этих костей обитали здесь чуть меньше восьми тысяч лет назад) до Позднего Средневековья (периода, завершившегося за несколько столетий до нас).

Полученная картина в целом не очень-то отличается от картины бактериального населения наших сегодняшних оральных отверстий. Все пятнадцать основных групп видов, обнаруживаемые на зубах и деснах жителей XXI века, отлично устроились в человеческих ртах уже тысячи лет назад.

Однако детальная инвентаризация показывает два немаловажных различия по сравнению с эпохой наших предков. Изучение останков уже довольно давно продемонстрировало, что группы первых охотников и собирателей меньше страдали от зубных неурядиц (кариеса и пародонтита), чем их современники, занимавшиеся сельским хозяйством. Характер соответствующих микробиомов, выявляемый по биологическим «автографам», позволяет понять причину. В более поздних образцах появляются бактерии, наличие которых связывают с развитием кариеса (Veillonelaceae) и пародонтита (Porphyromonas gingivalis). Причиной их появления могло стать повышение доли углеводов в рационе, последовавшее в результате аграрной революции. Собственно разрушение зубов скорее всего происходило в сравнительно позднем возрасте, но эти неприятные бактерии обнаружились даже в образцах зубного налета самого юного ископаемого ребенка из исследованных: его возраст оценивается всего в три-четыре года.

Второй сдвиг случился на пути к современному оральному микробиому, где обычно содержится больше видов, вызывающих разрушение зубов, в особенности один, тесно связанный с возникновением кариеса – Streptococcus mutans. Это вполне согласуется с тем, что нам уже известно о человеческом рационе прошлого. Пищевые пристрастия в аграрных обществах оставались во многом неизменными вплоть до промышленной революции, когда в развитых странах начали потреблять более очищенное зерно и открыли для себя новый мир сладости благодаря «концентрированному» сахару, извлекаемому из сахарной свеклы и сахарного тростника. Очень вкусно, однако во рту остаются сахара, и бактерии могут при помощи ферментов превращать их в кислоты. Эти кислоты вырабатываются непосредственно в зубном налете, а значит, им легко проникнуть в находящийся под ним зуб, разъедая его, растворяя его минеральную матрицу и создавая дупло. Добро пожаловать в современный мир!

Этот сдвиг в сторону патологии совпадает по времени с уменьшением общего разнообразия микробной популяции рта. Пытаясь применить аналогию с уже известными фактами о более крупных экосистемах, ученые высказывают предположение, что такой сдвиг может делать микробиом сегодняшних сладкоежек менее «упругим» и более склонным к нарушениям, возникающим из-за несбалансированной диеты (специалисты не уточняют это понятие) или из-за вторжения более неприятных видов микроорганизмов.

Вот вам очередное описание великого грехопадения. Когда-то мы, счастливые и беспечные охотники и собиратели, обладали разнообразной по микробному составу, экологически надежной биопленкой, укрывавшей наши чудесные здоровые зубы. Теперь же мы познали грех (ну, или по крайней мере сахарную сладость) и наши рты несут печать зла.

Похожую историю можно поведать о кишечном микробиоме – отчасти благодаря довольно скудным уликам, добываемым из копролитов, отчасти же по отличиям в результатах обследования жителей разных регионов. Мы не можем в точности узнать, из чего состоял кишечный микробиом первого человека, но можем исследовать корреляцию различий в образе жизни наших современников.

По мере того как классификация ДНК микробных популяций применяется ко всё большему числу крупных групп людей, живущих в самых разных регионах, становятся очевидными значительные отличия между, скажем, американскими горожанами (обследованными в рамках проекта «Микробиом человека») и некоторыми другими группами.

Среди первых указаний на это – исследование 2010 года, сравнивавшее деревенских детей из Буркина-Фасо и их европейских сверстников[85]. Африканцы принадлежали к сообществу аграрного типа, в их рационе оказалось больше растительных белков, углеводов и клетчатки, чем у обследованных европейцев. Этому сопутствовало большее микробное разнообразие при (в целом) более низком содержании Bacteroides в кишечнике и более высоком количестве вырабатываемых короткоцепочечных насыщенных жирных кислот, дающих много энергии. Дальнейшее сравнение кишечных микробиомов детей и взрослых, живущих в США, Малави и сельской части Венесуэлы, дало довольно сходные результаты. Состав кишечной популяции американцев опять-таки выделялся на фоне микрофлоры прочих обследованных.