Эд Йонг – Вселенная внутри нас. Как микробы обогащают наш взгляд на жизнь (страница 34)

«Профессор Плэнер! – воскликнул Джефф Гордон. – Как поживаете?»

Это он обратился к своему студенту Джо Плэнеру, стоящему перед обычным лабораторным столом с пипетками, пробирками и чашками Петри, запечатанными в прозрачный пластик. Сооружение из пластика напоминает герметичные камеры для мышей, только оно нужно для устранения кислорода, а не микробов. Здесь исследователи выращивают кишечных бактерий, крайне нетерпимых к кислороду. «Если написать на бумаге «кислород» и показать этим крошкам, они сразу окочурятся», – шутит Гордон.

В этой анаэробной камере Плэнер вырастил столько микробов, сколько смог найти в образце кала ребенка с квашиоркором из Малави. Затем он разделил все сообщество на штаммы и поместил каждый штамм в свое отделение. Таким образом он превратил хаотичную экосистему кишечника ребенка в упорядоченную библиотеку, разместив огромное количество микробов по аккуратным рядам. «Мы знаем, что собой представляет каждая бактерия, – говорит он. – Сейчас мы скажем роботу, чтобы он взял определенные бактерии и смешал их вместе». Он указывает на прибор внутри пластиковой камеры, напоминающий сваленные в кучу черные кубики и стальные прутья. Плэнер может запрограммировать его так, чтобы он втянул в себя бактерии из нужных отделений и перемешал. «Взять всех энтеробактерий!» – может приказать он. Или всех клостридий. Затем он сможет пересадить полученный микробный коктейль в кишечники стерильных мышей, чтобы выяснить, вызовет ли симптомы квашиоркора именно такая комбинация бактерий. Понадобится ли для этого все сообщество? Может, подойдут культивируемые виды? А одно семейство? А один штамм? Этот подход как дробящий, так и целостный. Микробиом сначала разделяется на части, а затем снова становится целым. «Мы пытаемся выяснить, какие актеры играют здесь главные роли», – подытожил Гордон.

Через несколько месяцев после нашей встречи с Плэнером и его роботом ученые сузили список подозреваемых всего до 11 микробов, вызывающих у мышей большинство симптомов болезни[239]. Были в этой шайке и уже знакомые нам лица – например, B-theta и B-frag. Сами по себе они не были вредны. Проблемы начинались только тогда, когда все эти микробы работали вместе, да и то лишь при условии, что мыши не получали питательные вещества в достаточном количестве. Также исследователи собрали микробные культуры из кишечников здоровых близнецов больных детей и выявили два вида бактерий, умеющих противостоять урону от 11 «друзей» квашиоркора. Одна из них, Akkermansia, уже проявила себя в исследованиях, направленных на снижение веса, но, по-видимому, от истощения она тоже может защитить. Другая, Clostridium scindens, стимулирует регуляторные Т-клетки иммунной системы и тем самым борется с воспалением.

Напротив стола с анаэробной камерой стоит блендер, берущий образцы пищи из различных диет и превращающий их в корм для грызунов. Кто-то прилепил на него бумажку с надписью «Чубакка»[240]. Теперь у исследователей в лаборатории Гордона появилась возможность следить за поведением Akkermansia и C. scindens как в пробирках, так и в организмах стерильных мышей и выяснять, в каких именно питательных веществах нуждаются микробы. Это позволяет сравнить работу микробов при малавийской диете и американской, а также при кормлении грудным молоком (для этого Гордон объединил усилия с Брюсом Джерманом и Дэвидом Миллзом). Какой микроб какую пищу потребляет? Какие микробные гены при этом включаются? Из любого микроба команда ученых может создать тысячу мутантов, у каждого из которых один ген будет поврежден. Этих мутантов затем заселят в организмы мышей, чтобы выяснить, какие гены действительно нужны микробам для того, чтобы выжить в кишечнике, установить связь с другими микробами и вызвать квашиоркор – или, наоборот, защитить от него организм.

По сути, Гордон создал источник причинных связей – набор инструментов и методик, благодаря которым, как он надеется, можно будет уточнить, какое именно влияние оказывают на нашу жизнь микробы, и получить на все вопросы четкие ответы, а не догадки и предположения. Борьба с квашиоркором – это только начало. Эти же методики смогут помочь нам разузнать больше о любой болезни, в которой есть место микробам.

И речь сейчас идет не только о человеческих болезнях. В зоопарках многие животные заболевают по непонятным причинам[241]. У гепардов начинается гастрит, вызванный их эквивалентом H. pylori. Маленькие и милые обезьянки-мармозетки страдают от названного в их честь синдрома истощения мармозеток. Дисбиоз ли это все? Возможно ли, что животные заболевают из-за проблем с микробиомом, вызванных необычным питанием, чрезмерно чистыми вольерами, незнакомыми лекарствами и особенностями программ разведения животных в неволе? Если выпустить животных из зоопарка в их естественную среду обитания, как они проживут без микробов, которых лишились за время жизни в зоопарке? Будут ли у них нужные пищеварительные бактерии? Сможет ли их иммунная система справляться с заболеваниями, если рядом не будет ветеринаров? Мы знаем, что микробы способны влиять на поведение (а стерильные мыши отличаются от обычных спокойствием), – так вот хватит ли животным осторожности, чтобы выжить бок о бок с хищниками?

И сейчас для этих многочисленных вопросов как раз самое время. На нашей планете наступил антропоцен – новая эпоха, при которой влияние человечества на окружающий мир приводит к глобальным изменениям в климате, уменьшению мест обитания диких животных и радикальному снижению разнообразия жизни на Земле. Микробы тоже не избежали подобной участи: и на коралловых рифах, и в собственных кишечниках мы постепенно разрушаем устоявшиеся связи между микроорганизмами и их хозяевами, зачастую разделяя виды, жившие бок о бок миллионы лет. Гордон, Блейзер и многие другие исследователи изо всех сил стараются понять и, возможно, предотвратить конец этих долгосрочных партнерских отношений. А кого-то больше интересует их начало.

Глава 6

Долгий вальс

15 октября 2010 года Томас Фриц, инженер на пенсии, взял бензопилу и пошел спиливать погибшую яблоню за домом в Эвансвилле, штат Индиана. Спилить дерево труда не составило, но, унося ствол, Фриц споткнулся, и прямо между большим и указательным пальцем на его правой руке вонзился сучок размером с карандаш. Фриц был добровольным пожарным и прошел медицинскую подготовку – он знал, как правильно обработать рану. Однако, несмотря на все его усилия, рука воспалилась. Через два дня, когда он отправился к врачу, на месте раны образовалась киста. Фриц пропил курс антибиотиков – бесполезно. Рука начала заживать лишь спустя пять недель, после того как хирург извлек из раны несколько застрявших там и не желающих вылезать обломков коры.

Так бы этот случай и забылся, если бы врач Фрица не взял из раны немного жидкости. Образец отправился в лабораторию при Университете Юты, куда попадают для знакомства с учеными многие загадочные микробы. Автоматизированные инструменты в лаборатории опознали бактерий из раны Фрица как Escherichia coli, но Марк Фишер, медицинский директор, отнесся к ним с недоверием. ДНК соответствовала не полностью. Проверив результаты секвенирования повнимательнее, он заметил, что у бактерии Sodalis, открытой совсем недавно, в 1999 году, ДНК почти идентичная. По счастливой случайности, открывший ее ученый работал здесь же, в университете – Колин Дейл, биолог из Великобритании.

Дейл сначала Фишеру не поверил. Фишер пытался его убедить, что Sodalis росла в чашке с агаром в лаборатории. Нет, заявил Дейл, это наверняка ошибка. Как всем на тот момент было известно, Sodalis обитала лишь в телах насекомых. Дейл впервые ее обнаружил у кровососущей мухи цеце, а потом и у долгоносиков, клопов-щитников, тлей и вшей. Бактерия устроилась прямо в клетках этих животных и потеряла слишком много генов, чтобы жить где-нибудь еще. Она бы никак не смогла выжить в чашке Петри, а уж в ране на руке или на ветви погибшего дерева – тем более. Но ведь ДНК не врет. Большая часть генов бактерии из руки Фрица совпадала с генами Sodalis. Дейл назвал новый штамм HS – human Sodalis, то есть «Sodalis человека». «Думаю, HS довольно широко распространен, но мы в мертвых деревьях в поисках бактерий особо не ковыряемся», – говорит он.

Только подумайте, сколько в этом рассказе совпадений. Микроб оказался на нужной ветке, заразил нужного человека и в итоге попал в нужную лабораторию – на одной улице с лабораторией человека, что открыл его сестрицу, обитающую в клетках насекомых. Вроде бы невероятное стечение событий. Но вскоре все повторилось. На этот раз пострадал мальчик, взбираясь на дерево. Как и Фриц, он упал и наткнулся на сучок. В отличие от Фрица у него не началось воспаление. Первые симптомы появились десять лет спустя – на месте давно зажившей раны откуда-то возникла киста. Врачи ее вырезали и отправили образец в Университет Юты. На этот раз в нем оказалось два штамма HS[242].

Забудьте о Фрице и о мальчике: они в порядке, разве что с деревьями теперь обращаются с большей осторожностью. Давайте поговорим о HS. У ученых, занимающихся симбиозом, при упоминании этой бактерии появляется блеск в глазах, ведь она позволяет нам взглянуть на одну из основных, но при этом малоизвестных сторон отношений животных и бактерий – на их зарождение. Обычно к тому времени, как мы об этих отношениях узнаем, партнеры вальсируют вместе уже миллионы лет. Но как они выглядели в самом начале танца? Почему начали танцевать? Как продолжили и как менялись в процессе? Эти вопросы волнуют многих. Первые шаги долгого вальса со временем обычно забываются, а их следов для нас почти не осталось.