Тут-тук, кто в домике живет

Человек служит средой обитания для более чем 10 тысяч различных микроорганизмов. Жизнедеятельность подобного сообщества определяется работой 8 млн. различных генов, в то время как функционирование человека кодируется всего лишь 22 тысячами генов

Вместе – навсегда
«Открытая» уже писала (№18 от 9 мая 2012 года, «Пожалеть свой живот») о роли и значении различных микроорганизмов (бактерии, вирусы, дрожжевые грибки и др.), населяющих наше тело (кишечник, носоглотку, кожу и др.). Тогда мы упоминали, что суммарная масса таких «сожителей» составляет порядка 2-3 кг, а общее их число более чем в 10 раз превышает количество наших собственных клеток.
На сегодняшний день известно, что с большинством «микробов-квартирантов» мы находимся даже не в нейтральных, а во взаимовыгодных (симбиотических) взаимоотношениях. Другими словами, в обмен на предоставляемые «еду и кров» они не только не вредят нам, но, наоборот, помогают, синтезируя, к примеру, необходимые витамины, нейтрализуя различные токсины, расщепляя до легкоусвояемой формы питательные вещества.
По мнению некоторых ученых, результатом подобного аутсорсинга (передача части производственных функций сторонней организации) стало возникновение так называемого «суперорганизма». Иначе говоря, в процессе эволюции человеческое тело и сообщество населяющих его микробов (микробиом) образовали своего рода единую сущность, где оба компонента так тесно переплетены, что не могут уже существовать по отдельности.
В 2008 году Национальный институт здравоохранения США запустил масштабный, рассчитанный на пять лет, проект «Микробиом человека», в котором приняли участие свыше 200 ученых из различных университетов страны. Цель данного исследования – составление подробного каталога «микробов-квартирантов» и выяснение, по возможности, каким образом их благополучие и жизнедеятельность отражаются на здоровье человека.
Первые промежуточные результаты данного исследования были не так давно опубликованы, и с некоторыми из находок американских ученых «Открытая» знакомит сегодня своих читателей.

Невидимые помощники
О том, что населяющие нас бактерии играют важную роль в обеспечении нормального функционирования человеческого организма, ученые догадывались давно. Первым данную мысль озвучил изобретатель микроскопа и первооткрыватель «микромира» голландец Антони ван Левенгук (1632-1723).
В свою очередь, лауреат Нобелевской премии в области физиологии и медицины (1908), русско-французский микробиолог Илья Мечников (1845-1916) неоднократно высказывался о существовании зависимости между духовным и физическим здоровьем человека и бактериальной флорой его кишечника.
Более поздние исследования во многом подтвердили правильность подобной гипотезы, связав нарушения кишечной микрофлоры не только с заболеваниями желудочно-кишечного тракта, но и с аутоиммунными и аллергическими болезнями, ожирением, некоторыми видами рака, сахарным диабетом и т.д.

Среда обитания
До недавнего времени наши знания о населяющих нас микробах оставались довольно скудными. Дело в том, что стандартный метод микробиологических исследований – выделение микроорганизмов одного вида (чистой культуры) и последующее их выращивание на искусственной питательной среде с целью изучения – оказался здесь непрактичным.
С одной стороны, многие бактерии оказывались слишком «деликатными» и не размножались в условиях лаборатории. С другой стороны, состоящее из сотен и даже тысяч различных видов микробиом человека (его бактериальное сообщество) образует сложную, тесно переплетенную экологическую систему, в которой, например, продукты жизнедеятельности одних микроорганизмов служат питательной средой для других.
По этой причине исследование каждого вида бактерий по отдельности, когда только в кишечнике, например, их насчитывается около 1000, представляется весьма трудоемким и оторванным от реальности занятием.
Так, к примеру, ротовая полость людей «поделена» микробами на множество экосистем, где десны, щеки, язык и даже каждый отдельный зуб характеризуются своим собственным набором бактерий.

Новые технологии
Все изменилось примерно 15 лет назад с появлением метагеномики (раздел молекулярной генетики). Развитие технологий позволило исследовать генетический материал образцов, полученных напрямую из окружающей среды, чтобы сначала выделять живые микроорганизмы в чистом виде.
Если вкратце, то молекулы ДНК («хранители» генетической информации) всех бактерий, присутствующих, например, в почве, сначала разбиваются на короткие кусочки, а затем из этой мешанины по определенным правилам, используя мощь современных компьютеров, восстанавливается точное строение каждой отдельной бактериальной ДНК.

Первые результаты
В ходе начального этапа исследований у 242 здоровых добровольцев были взяты микробиологические пробы кожи, носоглотки, пищеварительного тракта и мочеиспускательной системы. Полученные образцы подвергли процедуре ДНК-секвенирования (определения строения), в результате которой были установлены геномы (полный набор наследственной информации) порядка 1500 присутствующих в пробах бактерий.
Всего же, как полагают ученые, человек служит средой обитания для более чем 10 тысяч различных микроорганизмов (вирусы, бактерии, грибы и пр.). Жизнедеятельность подобного сообщества определяется работой в общей сложности 8 млн. различных генов, в то время как функционирование человека, к примеру, кодируется всего лишь 22 тысячами генов.
Между тем, по результатам исследований, существуют значительные различия в микробиоме людей в терминах как бактериальной заселенности, так и видового разнообразия. Другими словами, микроорганизмы определенного вида, составляющие, например, основу микрофлоры кишечника одного здорового индивидуума, могут полностью отсутствовать у другого, не менее здорового человека.
Подобная ситуация говорит о том, что не существует строго определенного набора бактерий, делающих нас «здоровыми». Очевидно, что одни и те же жизненно важные для нас функции могут выполнять различные виды бактерий.

Дело за малым
Составив более-менее полный каталог «бактерий-квартирантов», ученые должны теперь решить гораздо более сложную задачу – точно установить, как связаны те или иные заболевания с изменениями микробиома больных.
Другой, не менее важный вопрос: возможно ли, и если да, то как, воздействовать на бактериальный мир пациентов, чтобы предотвратить или излечить болезнь?
Поскольку получение однозначных ответов может занять годы, Национальный институт здравоохранения США решил отобрать 15 «быстрых» проектов, чтобы определить наиболее перспективные направления будущих исследований. Астма, псориаз, ожирение, рак желудка – вот лишь некоторые из заболеваний, попавших в этот список.
К примеру, врачи детского госпиталя в Сент-Луисе (штат Миссури) пытаются выяснить, является ли отклонение в составе кишечной микрофлоры у недоношенных младенцев причиной острого воспаления пищеварительного канала (некротизирующий энтероколит).
Исследователи надеются, что полученные данные прольют свет на причины возникновения этого заболевания и помогут разработать способы профилактики и лечения.

Гонка началась
В целом научный мир возлагает большие надежды на метагеномные исследования человека, полагая, что управление нашим бактериальным сообществом может стать перспективным способом профилактики и лечения целого ряда заболеваний.
Свои собственные проекты в данной области имеют многие страны, включая Канаду, Россию (metagenome.ru), Европейский союз.
В настоящее время мы находимся в самом начале пути, но вполне вероятно, что в будущем второму бактериальному «я» люди будут уделять не меньше внимания, чем сегодня уходу за телом или волосами.
В 2011 году метагеномные исследования были признаны одним из наиболее перспективных направлений исследований в современной науке.

Александр ЛЕОНТЬЕВ