Я – суперорганизм! Человек и его микробиом [заметки]

1

Человек мягок, податлив и довольно изменчив. Клетки – тоже. Поэтому не так-то просто подсчитать, сколько клеток у среднего взрослого. Часто приводят грубую оценку – от 10 до 100 триллионов. Согласно одной из недавних более осторожных оценок, учитывающей объемы и основные типы клеток различных органов, это количество составляет чуть больше 37 триллионов [Bianconi, 2013]. Короче говоря, их триллионы и триллионы. Сойдемся на этом.

2

Некоторые подразумевают под микробиотой совокупность всех микроорганизмов, обитающих в каком-то ограниченном пространстве, а под микробиомом – общий массив генетического материала, который эти микроорганизмы в себе несут. Второй термин, придуманный генетиком Джошуа Ледербергом, несколько двусмысленен, что (на мой взгляд) даже полезно. Термин этот можно воспринимать как результат слияния слов микроб и биом, причем биом здесь воспринимается в экологическом значении – как набор различных взаимодействующих видов. Более свежая версия: термин возник благодаря соединению слова микроб и суффикса – ом, имеющегося в таких терминах, как «геном», «протеом» и другие «-омы», столь любимые нынешними биологами. В этом как бы проявляется напряжение (и сотрудничество), существующее между различными ветвями биологии, изучающими проблемы микробиома. Похоже, на практике термины «микробиота» и «микробиом» взаимозаменяемы, и второй в наши дни часто вытесняет первый. Здесь я буду использовать термин «микробиом» в смысле «все организмы», если только из контекста не явствует, что речь идет лишь о ДНК.

3

Многие приводят цифру «100 триллионов» (по сравнению с 10 триллионами клеток тела), однако эта оценка нашего бактериального населения проведена давно и основана на анализе одного грамма кала [Smith, 2014]. Впрочем, точное количество не играет роли в наших дальнейших рассуждениях.

4

Когда я писал черновик этого раздела, в самом обширном каталоге числилось 987 9896 генов [Li, 2014]. К тому времени, как текст книги отправился в типографию, это количество перевалило за 10 миллионов [Karlsson, 2014].

5

Применительно к данному контексту термин предложен опять же Джошуа Ледербергом. Этот парень вообще повлиял на многое в науке.

6

Строго говоря, честь описания первого микроба принадлежит Гуку: он наблюдал грибок, о котором написал как о «маленьких грибах многообразных форм» [Gest, 2004]. Зато Левенгук стал первым, кто описал бактерии.

7

Kroes, 1999.

8

ОМОБ – термин, взятый мною у Питера Конрада, специалиста по медицинской социологии, предположившего, что микробная и генетическая теории следуют одному образцу [Conrad, 1999].

9

Эта история хорошо изложена в: John Waller, The Discovery of the Germ [«Открытие микроба»], 2002.

10

Fowler, 1986.

11

См.: Nicholas Bakalar, Where the Germs Are [«Где живут микробы»], 2003. Это превосходный, великолепно сбалансированный обзор хороших и плохих микробов (хотя упор в нем делается все-таки на плохих).

12

Не всякую рекламу лизола приятно читать. В одном довоенном журнале предпринята по сути серьезная атака на микробиом: в рекламном объявлении утверждалось, будто лизол «по-настоящему очищает вагинальный канал даже в присутствии слизистого вещества. А значит, лизол куда действеннее полумер вроде мыла, соли или соды. Гарантирована безупречная изысканность: устраняется сам источник предосудительного запаха». Женщины, вам следует делать это, чтобы «оставаться желанными». Впрочем, нелишне отметить, что это объявление представляет собой не столько текст о борьбе с нежелательным запахом, сколько не очень-то замаскированную рекламу лизола как спермицида.

13

Отмечено в: Jessica Snyder Sachs, Good Germs, Bad Germs [«Микробы хорошие и плохие»], 2007.

14

Между прочим, мой экземпляр датируется 1976 годом, так что мне следует похвалить себя за интерес к этой теме, возникший у меня еще в те далекие времена.

15

«Прокариоты» и «эукариоты» – вероятно, два самых раздражающих термина в науках и живом. Два слова очень похожи друг на друга. Чертовски трудно запомнить, что есть что. Однако различие между ними – самое важное в классификации живых организмов.

16

Покойная Линн Маргулис являлась одной из самых убежденных проповедников этого сбалансированного взгляда на эволюцию жизни. Среди ее нескольких превосходных книг следует выделить «Микрокосмос», написанный совместно с ее сыном Дорионом Саганом [Lynn Margulis, Dorion Sagan, Microcosmos, 1992] и дающий, быть может, лучшее описание жизни с этой точки зрения, хотя некоторые детали устарели с момента выхода книги.

17

Для этого лучше всего прочесть замечательную книгу популяризатора Карла Циммера «Микрокосм» [Carl Zimmer, Microcosm], где работа жизни рассматривается через призму E. coli. Полезным дополнением к ней может служить недавно вышедшая «Философия микробиологии» Морин О’Малли [Maureen O’Malley, Philosophy of Microbiology], приправленная биологией и историей.

18

Видимо, само появление сложных клеток – событие в высшей степени маловероятное, раз уж в течение двух миллиардов лет единственными живыми организмами на Земле оставались бактерии. Почему химические и физические процессы, сформировавшие энергетику клеточной эволюции, сделали столь маловероятным возникновение эукариотической сложности? Этот вопрос объясняется в замечательно аргументированной книге Ника Лейна «Жизненно важный вопрос» (Nick Lane, The Vital Question), которая должна уже выйти к тому моменту, когда вы будете это читать.

19

McFall-Ngai и др., 2013.

20

Кутикула – пленка, покрывающая клеточную стенку. (Прим. перев.)

21

Отступление для философов. Появление новых методов наблюдения означает, что теперь мы видим что-то по-иному – или что мы видим что-то иное? Дастон [Daston, 2011] предлагает в этой связи еще больше пищи для размышлений. Мне нравятся такие философские дискуссии, поскольку они затрагивают то, чем ученые действительно занимаются. Мой собственный нефилософский ответ: «Вероятно, здесь и то и другое».

22

Staley, 1985.

23

Singer, 2013.

24

Здесь уже не идет речь о парах нуклеотидных оснований: РНК – молекула однонитевая (в отличие от ДНК, которая состоит из двух нитей). (Прим. перев.)

25

Salter, 2014.

26

Cressey, 2014.

27

Еще сравнительно недавно, в 1970-х, в США проводили на заключенных-добровольцах опыты по изучению бактериального токсина, ответственного за некоторые симптомы брюшного тифа. Но времена меняются [Hornick, 1970].

28

По мнению биолога Роба Данна, сообщения прессы о первых безмикробных животных вызвали в обществе энтузиазм: теперь-то, считали многие, удастся полностью уничтожить микробов и в среде обитания человека. Мне кажется, это превратное толкование истории, но рассказывает он, что ни говори, убедительно [Dunn, 2011, гл. 5].

29

Цит. по: Mazmanian, 2009.

30

Лейтмотив работы Exploring Human Host-Microbiome Interactions in Health and Disease [«Исследование взаимодействия «хозяин – микробиом» у здоровых и больных людей»], Hinxton, апрель 2014.

31

Это очень грубая оценка, но, как мне представляется, верная хотя бы по порядку величины. Человек в положении лежа занимает 3 квадратных метра, а бактерия микронной длины – одну миллионную одной миллионной квадратного метра. Площадь же континентальной части США – около 9 миллионов квадратных километров.

32

Human Microbiome Project Consortium, 2012.

33

Keeney и др., 2014.

34

Определение вида здесь чисто техническое. Оно связано с последовательностями 16S рРНК. Собственно, речь идет о так называемых «операционных таксономических единицах» (ОТЕ). Вполне допустимо рассматривать их как виды, пытаясь оценить степень микробиологического разнообразия.

35

Hanage, 2014.

36

Naik, 2012.

37

Fierer и др., 2010.

38

Sanford и Gallo, 2013.

39

Lax, 2014.

40

Hospodsky, 2014.

41

Nakatsuji, 2013.

42

Kort, 2014.

43

Eren, 2014.

44

Это не из статьи, а из блога http://oligotyping.org/2014/06/25/oligotyping-analysis-of-the-human-oral-microbiome

45

Ravel, 2011.

46

Donia, 2014.

47

Nelson, 2012.

48

Price, 2010.

49

Идея не нова. Томас Лаки из Миссурийского университета с 1970-го каждые два года проводит симпозиумы по микроэкологии кишечника. См., напр.: Luckey, 1972.

50

Dickson, 2014.

51

Morrow, 2010.

52

Dong, 2011.

53

Shaikh-Lesko, 2014.

54

Karlson, 2014.

55

Moeller, 2012.

56

Ding, 2014.

57

Human Microbiome Project Consortium, 2012.

58

Во всяком случае, так я слышал. Я писатель и в менеджменте не очень-то разбираюсь.

59

Xu, 2003.

60

McFall-Ngai, 2013.

61

Хотя она выполняет и эту функцию. Здесь уместно вспомнить о Бристольской таблице кала, где дается классификация структуры человеческих фекалий по семи параметрам. Будучи жителем славного города Бристоля, я убежден, что этот вклад бристольцев в сокровищницу мировой науки заслуживает более широкого признания. Собственно, по особенностям этой структуры оценивают время прохождения еды через пищеварительный тракт.

62

Излишне напоминать, что в целях популяризации предмета автор рисует здесь весьма упрощенную картину поведения атомов и молекул. (Прим. перев.)

63

Мой рассказ основан в том числе на: Donahue, 2011; Singh, 2014; Yukihiro, 2013; Bjarnadottir, 2006 и Ganapathy, 2013.

64

Роль Блейзера в истории H. pylori составляет костяк его недавней книги Missing Microbes: How Killing Bacteria Creates Modern Plagues [«Недостающие микробы. Как убийство бактерий вызывает современные недуги»], 2003.

65

Hagymasi, 2014.

66

Saey, 2014.

67

Maynard, 2012.

68

Aagaard, 2014.

69

Jeurink, 2013.

70

Подробнее о них см. в главе 7. Они называются дендритными (древовидными) благодаря длинным разветвленным отросткам, способным проникать между другими клетками (скажем, между эпителиальными клетками кишечника). Не следует путать их с дендритами нервных клеток – мельчайшими компонентами нервных волокон, похожими на дендритные клетки лишь на первый взгляд.

71

Цит. по: Pray, 2012, с. 80.

72

Хороший обзор недавних работ см. в: Wopereis, 2014. См. также: Koenig, 2010.

73

Song, 2014.

74

La Rosa, 2014.

75

David, 2014.

76

Claesson, 2012.

77

Can, 2014; Williams, 2014.

78

Чудо коэволюции в данном случае этим не ограничивается. У муравьев есть свой микробиом на поверхности их жесткого экзоскелета. Бактериальные виды этого микробиома играют еще одну ключевую роль в описанной нами системе: они вырабатывают антибиотики, сдерживающие развитие патогенов, которые иначе атаковали бы выращиваемые грибы. Муравьи представляют богатый источник питания для этих бактерий, тем самым поощряя размножение микроорганизмов, конкурирующих друг с другом посредством прямого воздействия (выделяя антибиотики), а не по скорости роста популяции. Система устроена очень изящно, ведь муравей понятия не имеет, что он занимается отбором бактериальных видов, обладающих определенным свойством. При этом не подаются какие-то специальные сигналы и не задействована какая-то особая система распознавания. Система, сложившаяся в процессе эволюции, просто создает условия, в которых «автоматический» отбор происходит благодаря тому, что различные бактерии занимаются вполне обычными для себя делами [Sheuring, 2012].

79

Bosch, 2012.

80

Размер – штука относительная. Скажем, кишечник дрозофил не впечатляет по сравнению с кишечником любого млекопитающего. Но он все равно крупнее, чем совокупный размер всех представителей примерно 20 видов бактерий, обитающих в нем. В любом случае мне очень нравится это утверждение, и я с нетерпением жду, сумеет ли кто-нибудь проверить это.

81

McCord, 2013.

82

Полностью эти доводы можно прочесть в: Richard Wrangham, Catching Fire: How cooking made us human [«Гори оно все огнем: как кулинарная обработка пищи сделала нас людьми»]. Меня эти доводы убедили.

83

Tito, 2012.

84

Adler, 2012.

85

De Filippo, 2010.

86

Schnorr, 2014.

87

Сообщено в: Yong, 2014.

88

Moeller, 2014.

89

Из: Fram Bakwill, Mic Rolph, Cell Wars [«Клеточные войны»], 1990 (в оригинале – небольшой пропуск). Еще один чуть более ранний путеводитель по иммунной системе дает более узкий взгляд на вещи и называется «Воюющее тело» (Dwyer, The Body At War, 1988).

90

Скотт Монтгомери в своем блистательном «Голосе науки» [Scott Montgomery, The Scientific Voice] называет биомилитаризмом характерные метафоры, которыми описывают микробов, болезни, иммунитет и другие системы защиты организма. Он считает, что такой подход пошел еще от Пастера, на чье мышление, вероятно, повлияло поражение Франции во Франко-прусской войне 1870–1871 гг. См.: Montgomery, 1996.

91

Martin, 1994, с. 97.

92

Matzinger, 2002; Pradeu, 2012.

93

О парадигматическом сдвиге см. в: Sommer, 2013; о перевороте в наших взглядах на иммунную систему см. в: Belkaid, 2014.

94

По мнению Томаса Придо, бактерии тоже обладают иммунитетом; он направлен против вирусов. Но здесь потребовалось бы говорить о различных клеточных компонентах, умеющих распознавать фрагменты нуклеиновых кислот. Я решил, что в такие подробности нам здесь углубляться ни к чему. См.: Prideau, 2012.

95

God – Бог (англ.).

96

Оценка взята из: Klein, 1982.

97

Как и во многих других случаях, автор сознательно рисует здесь весьма упрощенную картину. Дальнейшее созревание В-лимфоцитов происходит за пределами костного мозга. (Прим. перев.)

98

Sonnenberg, 2014.

99

McFall-Ngai, 2007.

100

Британским читателям рекомендую вместо «Руб Голдберг» читать «Нис Робинсон»: это еще один карикатурист, придумавший замечательные нелепо-сложные машины, выполняющие самые обычные, повседневные задачи.

101

Lee, 2010.

102

Eberl, 2010.

103

Brandl, 2008.

104

Bollinger, 2007.

105

Everett, 2004.

106

Lee, 2010.

107

Русский вариант истории про Златовласку – сказка «Три медведя». В обоих случаях героиня, попав в жилище медведей, обнаруживает там по три предмета разного размера: одни ей малы, другие – велики, а вот третьи – «в самый раз». (Прим. перев.)

108

Belkaid, цит. соч.

109

СВК следует отличать от синдрома раздраженного кишечника (СРК) – еще одного распространенного хронического источника кишечного дискомфорта. СРК не связан с воспалительными процессами. Микробиота при СРК тоже активно изучается; существует много соответствующих исследований, но ясной картины происходящего пока нет.

110

Lee, 2010, с. 129.

111

История о гельминтах и болезни Крона хорошо изложена в: Rob Dunn, The Wildlife of our Bodies [«Дикая природа в нашем теле»], 2011.

112

Mazmanian, 2005, 2008.

113

Erickson, 2012.

114

Gevers, 2014.

115

Tang, 2013; Loscalzo, 2013.

116

Azad, 2014.

117

Ley, 2005.

118

Анастомоз – соединение двух полых органов. (Прим. перев.)

119

Xiao, 2013.

120

Cox, 2013.

121

Обзор см. в: Dunne, 2014.

122

Первые исследования сенной лихорадки – хорошая иллюстрация нашей давней привычки объяснять всякую новую (или обострившуюся) медицинскую проблему тем, что наблюдателю не нравится в его непосредственном окружении. Марк Джексон рассказывает, как в США в 1880-х годах этот недуг объявляли нервным заболеванием, вызванным «многообразными пагубными качествами нынешней жизни», в том числе ростом скоростей, повышением общего уровня шума, увеличением темпов деловых операций и научных открытий и даже женским образованием [Jackson, 2006]. Следует иметь это в виду, читая нынешние научные объяснения причин тех или иных болезней.

123

Опираюсь на данные из: Jessica Snyder Sachs, Good Germs, Bad Germs [«Микробы хорошие и плохие»], 2007.

124

Bach, 2012.

125

Эту гипотезу он продолжает отстаивать. См.: Rook, 2012.

126

Rook, 2013.

127

Элисон Бестед и ее коллеги дают обзор всего этого в первой из трех статей, посвященных взаимодействию кишечника и мозга. Она опубликована в 2013 году. На нее я здесь и опираюсь. См.: Bested, 2013.

128

В отечественной литературе встречается название допамин – необдуманная транслитерация английского термина. Оба являются сокращениями систематического наименования 2-(3,4-дигидроксифенил) – этиламин (3,4-dihydroxyphenethylamine), поэтому в русскоязычном сокращении логичнее употреблять букву Ф (от фенил-). (Прим. перев.)

129

См., напр., в его книге: Lyte, 2010, гл. 1.

130

Lyte, 2014.

131

Если бактерии действительно побуждают нас есть шоколад, тогда, быть может, они тем самым даже приносят нам пользу, хотя ее причины тоже бактериальны. Некоторые кишечные микробы способны метаболизировать полифенолы, входящие в состав порошка какао, вырабатывая более мелкие противовоспалительные молекулы, оказывающие благотворное воздействие на иммунную систему. Увы, для этого можно обойтись и без шоколада. Ежевика и чай также питают этот бактериальный субстрат [Courage, 2014].

132

House, 2011.

133

Другие возможные влияния бактерий на аппетит человека вкратце описаны в: Norris, 2013.

134

Bercik, 2011.

135

Обо всем этом и многом другом в обзоре: Foster, 2013.

136

Hsiao, Elaine, 2013.

137

Cao, 2013.

138

Tillisch, 2013.

139

Это лишь малая часть целого комплекса исследований, предпринятых в Гарварде группой Теда Капчука. Они изучили многие аспекты реакций на плацебо. См.: http://programinplacebostudies.org Чем больше я думаю об этой научной работе, тем больше она кажется мне одной из самых моих любимых. См.: Kaptchuk, 2010.

140

Dennehy, 2014.

141

Как и о жизни бактерий (см. ссылку в гл. 2), среди наших современников лучше всего рассказывает о вирусах блистательный Карл Циммер [Zimmer, 2011], у которого я и позаимствовал это сравнение.

142

Ogilvie, 2013.

143

Кстати, не все вирусы малы. Уже в нынешнем веке удалось обнаружить новую разновидность – мегавирусы. Это ДНК-вирусы, обитающие внутри эукариотических клеток. Их тоже иногда находят в человеческих биоматериалах [Colson, 2013].

144

Colson, 2010.

145

Pride, 2012.

146

Modi, 2013.

147

Barr, 2013.

148

Duerkop, 2012.

149

Minor, 2013.

150

Экскременты могут завораживать, отталкивать или даже забавлять нас, но следует помнить, что отделение их от основной части нашей жизни – достижение сравнительно недавнее, к тому же пока охватывающее не все население Земли. По оценкам специалистов, сейчас около 1,8 миллиарда людей по-прежнему пользуются питьевой водой, загрязненной человеческими фекалиями [Bain, 2014].

151

Eisemann, 1958.

152

Опрос пациентов, проведенный в 2012 году, показал, что получение фекалий через назогастральную трубку – «самый непривлекательный» из существующих методов [Zipursky, 2012].

153

Youngster, 2014.

154

Smith, 2014.

155

De Vrieze, 2013.

156

Seekatz, 2014.

157

Shanahan, 2014.

158

Smith, 2014.

159

В 2014 году – 32,6 миллиарда. См.: http://www.prnewswire.com/news-releases/marketsandmarkets-global-probiotics-market-worth-us326-billion-by-2014–81304537.html

160

Характерные туманные термины, регулярно используемые этими – как их – пропробиотическими авторами (адептами пробиотиков), скажем, Рафаэлем Келлманом, доктором медицинских наук, осчастливившим человечество книгой «Микробиомная диета» [Raphael Kellman, The Microbiome Diet, 2014]. Пока мы еще слишком мало знаем, чтобы прописывать такие штуки. Должен признаться: главным образом именно поэтому я не стал тратить время на знакомство с данным творением. Впрочем, мне известно, что в одной из статей того же автора предлагается диета, куда входит, помимо всего прочего, соляная кислота как один из компонентов, якобы необходимых нам для «возмещения нехватки желудочной кислоты и пищеварительных ферментов». Не имею ни малейшего понятия, какое отношение это может иметь к микробиому, но сама идея – очень плохая. Соляную кислоту пить вредно. Вот ссылка на эту сомнительную статью: http://www.everydayhealth.com/columns/health-answers/balanced-microbiome-key-health-weight-loss

161

Gibbons, 2014.

162

Она может даже чем-то напоминать «палеодиету», которую сейчас так продвигают в некоторых кругах, но антропологические данные свидетельствуют, что в реальном рационе наших предков содержалось гораздо меньше мяса и гораздо больше листьев для жевания, чем вынесло бы большинство наших современников.

163

Кимчхи – квашеные овощи с острыми приправами, традиционное блюдо корейской кухни. Доса – блинчики из чечевичной и рисовой муки, традиционное для Южной Индии блюдо. В приготовлении доса задействован процесс брожения. (Прим. перев.)

164

Erdman, 2014.

165

Kankainen, 2009.

166

Ciorba, 2012.

167

Созданная в Великобритании международная некоммерческая организация, занимающаяся подготовкой и распространением систематических обзоров медицинских методов и их воздействия на человека. (Прим. перев.)

168

Allen, 2013.

169

Petrof, 2013.

170

Khanna, 2014.

171

Callewaert, 2014.

172

В середине 2014 года опубликовано первое сообщение о перепрограммированных бактериях, выращенных в кишечнике мышей. Авторы недвусмысленно заявляют, что их ближайшая цель – использовать эти бактери в человеческом организме [Kotula, 2014].

173

Sachs, 2007, с. 204–205.

174

За признаками продвижения этой работы можно следить здесь: http://www.oragenics.com/?q=cavity-prevention

175

Sullivan, 2011.

176

Это довольно убедительно показывает Ричард Пауэрс в замечательном романе «Орфей» [Richard Powers, Orfeo, 2014].

177

Подробности доступны пока лишь в пресс-релизе http://news. rice.edu/2014/05/12/no-bioengineered-gut-bacteria-no-glory-2

178

В живом организме (лат.).

179

Scott, 2014.

180

Идею принял всерьез по крайней мере один из исследователей микробов, которые обитают в искусственно созданной среде, окружающей нас [Upbin, 2013].

181

Maxman, 2014.

182

Simons, 2014.

183

Paxson, 2008.

184

http://www.design.philips.com/about/design/designportfolio/design_futures/microbial_home.page

185

Richmond, 2014.

186

Подробности взяты из великолепной книги, посвященной всему проекту «Синтетическая эстетика» [Synthetic Aesthetics] [Ginsberg, 2014].

187

Sterling, 2002, с. 13.

188

О дистилляционном процессе он написал целую книгу. Pollan, 2006.

189

Я лично наблюдал это: лихорадка, бредовое состояние. Потребовалась экстренная хирургическая операция. Все выжили, но мы тогда порядком переполошились.

190

Некоторые взяты из: Thaiss, 2014.

191

Обзор современного состояния дел см. в: Keeney, 2014.

192

Karr, 2012; Freddolino, 2012.

193

Довольно провокативное введение в свой метод он дает в: Noble, 2006.

194

Greenblum, 2013. Всеобъемлющий обзор, который начинается с признания, что «развитие прогностической модели системного уровня для микробиома стало существенным скачком вперед и может еще много лет остаться вне досягаемости».

195

Schluter, 2012.

196

Образы удобно собраны в: Nerlich, 2009.

197

Вольное изложение ключевого пассажа из «Эгоистичного гена» Ричарда Докинза [Richard Dawkins, The Selfish Gene], взятое, однако, из рассказа Дэниса Нобла о противоположном взгляде на роль генов в организме: Noble, 2006, с. 12.

198

Другие значения термина я узнал из: O’Malley, 2014.

199

Там же [O’Malley, 2014] используется понятие «сотрудничество», которое толкуется так: «гибкие симбиотические взаимоотношения с возможностью включения и исключения партнеров, с изменчивым функционалом, без фиксированных таксономических связей».

200

Эти мысли появились в результате раздумий над неопубликованным эссе Джессики Хауф [Jessica Houf] о микробном суперорганизме.

201

Turney, 2003.

202

Brodie, 2007.

203

Joyce, 2014.