Человеческий суперорганизм. Как микробиом изменил наши представления о здоровом образе жизни
Родни Дитерт
Каждый из нас представляет собой суперорганизм, состоящий из тысяч разновидностей бактерий, а результаты последних научных исследований подтверждают: объявленная в ХХ веке война со всеми микробами без разбора – это война с самими собой. Родни Дитерт, авторитетный американский микробиолог, более 35 лет изучавший воздействие различных внешних факторов на иммунную систему, наглядно демонстрирует, как посредством небольших изменений в рационе и поведении можно приручить свой микробиом и заставить наших биологических партнеров служить нам верой и правдой долгие годы.
Родни Дитерт
Человеческий суперорганизм. Как микробиом изменил наши представления о здоровом образе жизни
Rodney Dietert
The Human Superorganism
© Rodney Dietert, 2016
© Свечников В., перевод на русский язык, 2016
© Издание на русском языке, оформление. ООО «Издательская Группа «Азбука-Аттикус», 2016 КоЛибри®
* * *
Моей жене Дженис – возлюбленной, лучшему другу и блестящей писательнице
Введение: новый медицинский ландшафт
Двадцатый век изобиловал идеями, открытиями и изобретениями, порожденными благими намерениями ученых и врачей избавить человечество от бактериальных, вирусных и паразитарных болезней. Замечательные научные открытия позволили существенно снизить детскую смертность, увеличить продолжительность жизни людей и внедрить в практику медицины эффективные технологии. Но фундаментальные представления о биологии человека, стоящие за этими достижениями, непреднамеренно породили настоящую эпидемию тяжелых заболеваний, поразившую людей в XXI в.
Двумя фатально ошибочными фундаментальными концепциями были:
1. Представление, что людям гораздо лучше быть «чистыми», свободными от микробов существами.
2. Положение, что человеческий геном (то есть геном человека как представителя класса млекопитающих) – наиболее важный биологический фактор, способный обеспечить людям лучшее будущее.
В первой части этой книги я покажу, как и почему эти два в корне неправильных принципа легли в основу медицинской науки и породили порочную парадигму, впоследствии причинившую здоровью человеческого рода огромный вред. Стремление к биологической «чистоте», которой в природе попросту не существует, и мечты о медицине будущего, построенной исключительно на человеческом геноме (то есть геноме, свойственном людям как млекопитающим), привели нас поистине к трагическим последствиям. Вырисовывающиеся передо мной перспективы идут вразрез со многими историческими медицинскими фактами и противоречат мыслям многих выдающихся лауреатов Нобелевской премии – блестящих ученых и педагогов. Но, как бы там ни было, наши представления об истинной природе людей претерпевают сегодня кардинальные изменения. И этот факт с каждым днем признают все больше представителей международного научного сообщества.
В 1890 г. немецкий врач и микробиолог Роберт Кох сформулировал положения, названные впоследствии постулатами Коха. Эти положения, по сути дела, и породили основную парадигму современной медицины, связывающую инфекции с болезнями. Это четыре критерия, используемые для установления причинно-следственных связей между микроорганизмами и заболеваниями:
1. Всякий раз, когда у человека возникает та или иная болезнь, в его организме должен присутствовать соответствующий микроб (бактерия, вирус), вызывающий это заболевание.
2. Микроб должен быть выделен из тела больного человека и выращен в искусственной среде (лаборатории).
3. Здоровое животное (или человек), зараженное этой выращенной в лаборатории культурой микроба, должно заболеть той же самой болезнью.
4. Затем нужно вновь выделить микробы из тела больного животного или человека и показать, что они представляют собой те же самые микроорганизмы, которые были выращены в лаборатории.
Используя критерии Коха, ученые быстро идентифицировали специфические микробы, вызывавшие в начале XX в. многие смертельно опасные заболевания – брюшной тиф, холеру, туберкулез, грипп и др. Вскоре стало ясно, что убивая болезнетворных микробов и ограждая людей от пагубного воздействия патогенных бактерий или вырабатывая с помощью вакцин защитный иммунитет против некоторых вирусов, можно значительно сократить человеческие потери от этих смертельных инфекций.
И вот человечество радостно шагнуло в эру антибиотиков (заклятых врагов бактерий) и вакцин, защитившись с их помощью от некоторых вирусных болезней. Первый антибиотик, пенициллин, изменил ход Второй мировой войны. До его создания раненые солдаты нередко умирали от последующего заражения бактериальными инфекциями. А доступные и достаточно эффективные лекарства того времени были довольно токсичными. Широкомасштабное производство пенициллина сделало возможным лечение солдат в полевых условиях, а также их возвращение к жизни после серьезных хирургических операций, предотвращая развитие таких смертельно опасных осложнений, как гангрена и септицемия (заражение крови). Кто-то справедливо назвал пенициллин самым эффективным оружием, созданным во время Второй мировой войны. Но это оружие убивало микробов и, таким образом, спасало жизнь людям.
Антибиотики помогли людям обуздать и такие страшные болезни, как холера и тиф. До их появления единственным способом защиты от этих смертоносных инфекций была полная изоляция больных ими людей вплоть до их смерти. К числу болезней, унесших несметное число жизней людей, относятся и туберкулез, который прежде нередко называли «белой смертью», и проказа. Туберкулез (ТБ) был известен еще древним египтянам и грекам, а в XIX и XX вв. убил, по некоторым оценкам, около миллиарда человек. В первой половине XX в. пациентов с ТБ направляли в специальные больницы или санатории. Эффективная борьба с этим заболеванием стала возможной лишь с появлением второго поколения антибиотиков (например, стрептомицина). В начале XX в. туберкулезные санатории буквально заполонили США; эти заведения были предназначены главным образом для создания комфортных условий ожидающим смерти пациентам. В 1919 г. в Техасе даже возник крупный населенный пункт, не получивший, правда, официального статуса города, с собственным почтовым отделением – Sanatorium, Texas. А больных проказой (лепрой), древней болезнью, обезображивавшей людей, отправляли на жительство в специальные изолированные колонии. В колонии для прокаженных на острове Молокаи (Гавайи) в разные времена проживало не менее 8000 человек, которых принудительно переселяли сюда в период между 1860-ми и 1960-ми гг. Там они и жили бок о бок друг с другом до самой смерти. Антибиотики спасли жизни многим тысячам прокаженных и позволили им не разлучаться со своими семьями.
Вирусы наводили на людей еще больший ужас, чем бактерии. Возможно, этот страх и ускорил создание противовирусных вакцин. Полиомиелит – это вирусное заболевание, которое поражает серое вещество (нейроны) спинного мозга, вызывает паралич и превращает человека в инвалида, а иногда и становится причиной его смерти. Поскольку дети подвержены этой болезни сильнее взрослых, на протяжении нескольких десятилетий XX в.
она вселяла ужас в сердца родителей. Многие дети, перенесшие полиомиелит, оставались на всю жизнь калеками, однако в начале 1950-х гг. его вклад в общую смертность детей в возрасте от пяти до девяти лет составил всего 6 %.
Пожалуй, самой известной жертвой полиомиелита был президент США Франклин Д. Рузвельт. Горькие переживания, связанные с болезнью, и тяжелая борьба с ней превратили Рузвельта в настоящего медицинского филантропа. Все началось с поездки будущего президента на минеральные воды в г. Уорм-Спрингз (штат Джорджия) с целью испытать их целебные свойства. Впечатление оказалось настолько сильным, что Рузвельт приобрел этот курорт, создал в 1927 г. особый фонд и убедил своего партнера, юриста Бэзила О’Коннора, взять на себя управление этим фондом. В 1933 г. Рузвельт и О’Коннор начинают кампанию по привлечению к финансированию своего проекта других людей, а О’Коннор становится устроителем ежегодных благотворительных балов, проводившихся в январе в день рождения Рузвельта с целью сбора денег на стационарное лечение больных полиомиелитом. Эти балы пользовались таким успехом, что в 1938 г. переросли в национальную кампанию, со временем превратившуюся в знаменитый благотворительный фонд March of Dimes («Марш гривенников»).
Но самое важное в том, что болезнь побудила Рузвельта инициировать крупную исследовательскую программу по борьбе с полиомиелитом. В 1954 г. был проведен самый широкомасштабный и дорогостоящий медицинский эксперимент того времени. В нем была использована вакцина против полиомиелита, разработанная вирусологом из Питтсбургского университета д-ром Джонасом Солком и другими учеными. В рамках так называемого двойного слепого рандомизированного исследования (когда ни пациенты, ни их врачи не знают, какой препарат используется) более миллиона детей получали либо вакцину Солка, либо плацебо. Стоимость этого эксперимента превысила 5 млн долларов. После его завершения Национальный фонд по борьбе с детским параличом одобрил вакцину Солка, и с тех пор призрак полиомиелита стал беспокоить людей гораздо реже.
Когда что-то идет не так, людям (по крайней мере представителям западной цивилизации) от природы свойственно стремление выяснить причину «неполадки». Пытаясь при этом улучшить состояние и работу биологической системы, мы, как правило, предпочитаем не заморачиваться тем, насколько она может быть сложной. Но в большинстве случаев, похоже, использовать для улучшения здоровья человека лишь какой-нибудь один фактор (как, например, в случае с полиомиелитом) явно недостаточно. Обычно решать такие проблемы гораздо сложнее. Но коль скоро речь идет о человеческом здоровье, пренебрегать ими нельзя.
Эти новые терапевтические подходы (антибиотики и вакцины), неизвестные в золотой век медицинской парадигмы «микроб – болезнь», породили смертоносный побочный эффект. Пенициллин уничтожал не только бактерий, вызывавших болезни и убивавших толпы людей, – он уничтожал всех бактерий без разбору. К несчастью, наряду со смертоносными бактериями он убивал заодно и полезных, дружественных нам микробов. Глубоко укоренившаяся в сознании людей установка «мы против них» подразумевала в качестве идеального исхода уничтожение всех микробов и создание «биологически чистого» человека. Эта идея родилась в ответ на эпидемии туберкулеза, тифа, гриппа, проказы и полиомиелита и была для медиков путеводной нитью на всем протяжении XX в. Убежденность людей в необходимости войны против микробов трудно поколебать и в наши дни широкого распространения таких устойчивых к лекарствам болезней, как СПИД, коровье бешенство, лихорадка Эбола, метициллин-резистентный золотистый стафилококк и др.
Когда на Земле свирепствовали смертельные эпидемии, а биология зиждилась на устаревших научных представлениях XX в., эта идея была вполне закономерной. Но с тех пор многое изменилось. Мы знаем микробов гораздо лучше и понимаем, что «они» и «мы» неразделимы.
Серьезная проблема, связанная со стремлением медиков превратить человека в стерильное существо и безудержным уничтожением микробов в XX столетии, состоит в том, что эта практика идет вразрез со всей нашей природой. В целом здоровый человек состоит из тысяч различных видов микробов и примерно 100 триллионов клеток. Но около 90 % этого числа клеток являются микробными клетками. И, огульно объявляя непримиримую войну всем микробам, по сути дела, мы собираемся воевать с самими собой.
Внутри людей и на поверхности нашего тела в общей сложности живет свыше 10 000 различных видов микробов, хотя, конечно, ни у одного человека все эти микроорганизмы не встречаются одновременно. В теле обычного человека со здоровым микробиомом, как правило, присутствуют примерно 1000 различных видов кишечных бактерий, около 300 видов бактерий, живущих во рту, 850 видов кожных бактерий и от нескольких десятков до нескольких сотен бактериальных видов, населяющих мочеполовые пути. И это не считая вирусов, микроскопических грибов и паразитов, которые тоже входят в состав нашего микробиома. На 1 кв. см нашей кожи может насчитываться более 1 млрд микроорганизмов, а общая площадь кожи взрослого человека составляет приблизительно 2 кв. м. Каждый из нас изо дня в день носит в себе и на себе миллиарды микробов. Разные части нашего тела сильно различаются количеством видов и составом населяющих их микробов. Так, например, на наших стопах живет меньше видов бактерий, чем на предплечьях, зато предплечья сильно уступают стопам разнообразием грибов, однозначно предпочитающих селиться на потных пальцах ног.
Люди – особые млекопитающие. Нам нужны специфические виды микробных партнеров. Они сосуществовали с нашими далекими предками испокон века, обеспечивая их выживание. Лишь недавно мы бездумно решили исключить их из своей жизни, протекающей в современном мире антибиотиков, искусственных пищевых смесей, новорожденных, появляющихся на свет в результате кесарева сечения, и детей, подрастающих в городской среде в окружении дезинфицирующих средств и антибактериального мыла. Но сделав такой выбор, мы поставили под угрозу собственное здоровье. Зарождается новая биология, требующая полного переосмысления традиционных представлений о сути человека, здоровье и здоровом образе жизни и нас самих, и наших детей.
Сторонники интегративной медицины говорят о лечении не конкретных болезней, а всего человека в целом. Это полезный подход. Под «лечением человека в целом» обычно подразумевается, что при разработке диетологических и медицинских стратегий лечения необходимо учитывать физиологические, психологические и духовные потребности человека и рассматривать их в совокупности. Сегодня, однако, мы вынуждены выходить далеко за рамки этих традиционных представлений и считаться с тем, что полезно, а что вредно для наших микробов. И первый решающий шаг в постижении основ новой биологии – начать рассматривать свой организм как нечто большее, чем совокупность клеток, свойственных млекопитающим.
Это противоречит некоторым основным принципам биологии, которые излагаются в средней школе и которые впервые сформулировал в XVIII в. великий шведский натуралист Карл Линней. Линней заложил основы современной
систематики (таксономии) – раздела биологии, который описывает и обозначает все существующие ныне и вымершие организмы, а также классифицирует их по группам (таксонам) в соответствии с их родственными связями. Благодаря Линнею биологи получили возможность ориентироваться в бесконечном многообразии живых существ. Труды ученого оказали огромное влияние на целые поколения эволюционных биологов, в частности на знаменитого американского палеонтолога и историка науки Стивена Дж. Гулда. Хотя таксономия не теряет своей важности по сей день, проблема разграничения видов заводит ее в некоторый тупик.
В соответствии с негласным постулатом человек представляет собой особый вид живых существ. Классическая таксономическая система Линнея обозначает человека как Homo sapiens и относит его к группе (классу) млекопитающих, но фактически она ошибается при этом на 90 %. Ошибка связана не только по преимуществу с «микробным» составом нашего тела, но и с генами, которые мы передаем следующим поколениям потомков. Классическая таксономия считает человека одним из видов млекопитающих. На самом же деле каждый человек представляет собой суперорганизм, состоящий из многих тысяч биологически различных видов. И давайте этим гордиться!
Новый лик человеческой болезни
Болезни XXI в. ставят перед людьми совершенно новые проблемы. Современные недуги – это болезни, которые мы прежде называли хроническими, а в последнее время все чаще именуем неинфекционными заболеваниями (НИЗ). Хроническими их называли потому, что они имеют затяжной характер, медленно поддаются лечению и нередко мучат человека всю жизнь. В отличие от острой болезни (например, вызванной вирусом простуды) через неделю хроническая болезнь не исчезнет. Фактически, заболев хроническим недугом, вы рискуете провести с ним остаток жизни. Они не передаются через чихание или кашель, но калечат людей и убивают их точно так же, как и острые заболевания.
К числу НИЗ относятся такие недуги, как аллергия, рак, болезни сердца, ожирение и даже психические расстройства (например, депрессия). Они совсем не похожи на хвори, которыми страдали наши предки еще какой-нибудь век назад. На первый взгляд может показаться, что эти болезни XXI столетия появились ниоткуда. Они изменили не только сроки и причины смерти людей, но и качество нашей жизни и характер проблем, которые нам приходится решать, пока мы живы. Эти новые заболевания превратились в настоящую эпидемию, противостоять которой мы пока вообще-то не готовы.
Современная, непрерывно разрастающаяся эпидемия НИЗ гораздо опаснее и требует от человечества гораздо больше сил и средств, чем вместе взятые эпидемии гриппа, кори и лихорадки Эбола. По данным Всемирной организации здравоохранения, НИЗ убивают почти в три раза больше людей (68 % смертей), чем инфекционные болезни (23 % смертей). Но эпидемия НИЗ носит скрытый характер. Существует множество государственных организаций и учреждений по борьбе с инфекционными болезнями, но аналогичных структур по противодействию НИЗ в целом сравнительно мало. Усилия, предпринимаемые обществом в этом плане, обычно принимают форму постепенно реализуемых программ, рассчитанных на борьбу лишь с определенными НИЗ (например, раком, ожирением, болезнями сердца, аутизмом, болезнью Альцгеймера и т. д.). Всесторонние же меры по противодействию эпидемии НИЗ как глобальному явлению далеко отстали от темпов и масштабов ее распространения.
Эпидемия НИЗ не ограничена какой-либо одной культурой, социально-экономическим классом или географической областью. Почти три четверти смертей вследствие НИЗ приходится на страны с низким или средним уровнем социально-экономического развития, хотя в пересчете на общую смертность этот показатель выше в богатых странах мира (87 % всех смертей). К сожалению, в будущем следует ждать лишь значительного усиления эпидемии НИЗ. Но приходилось ли вам слышать что-либо об этой катастрофе в выпусках новостей? Встречали ли вы упоминания о ней в Facebook или Yahoo? Обсуждают ли ее в Twitter? Нет? Но почему? Ведь эта страшная эпидемия уже охватила весь мир. Почему вокруг тишина?
В отличие от гриппа, кори и лихорадки Эбола, НИЗ не заразны. Ими нельзя заразить членов семьи, друзей и соседей через кашель, чихание или рукопожатие. Их распространение происходит незаметно. Против них нет вакцин, а карантин бесполезен. Не имея возможности ни предотвращать эти болезни (например, с помощью прививок), ни по-настоящему лечить их, врачи, сознавая свою беспомощность, обычно вынуждены ограничиваться лишь облегчением их симптомов. Невозможность излечиться от болезни, в свою очередь, существенно сказывается на качестве жизни, личной продуктивности и социально-экономической эффективности человека. Пациенты с НИЗ обречены на пожизненный прием лекарств, что зачастую порождает целый новый «букет» осложнений. Большинство современных лекарств вызывает серьезные побочные эффекты, для устранения которых требуется назначение новых препаратов. В результате жизнь человека может превратиться в сплошную череду тревожных сигналов, напоминающих ему о необходимости приема все большего количества таблеток. Устроит ли вас такая жизнь? Такой ли жизни вы хотите для своих детей?
Обуздать эпидемию НИЗ очень трудно. Мы привыкли возлагать вину за человеческие болезни на бактерии, вирусы и прочие патогены, и до недавнего времени многие медики делали то же самое и в отношении некоторых НИЗ (включая рак). В этом случае, однако, ситуация совершенно иная. Эпидемия НИЗ подразумевает нарушение баланса экологической системы. Она имеет неоднородный характер и связана не с каким-то одним заболеванием или одним специфическим патогеном (например, вирусом гриппа), а включает множество разнообразных болезней, поражающих различные органы тела и требующих разных медицинских подходов. Именно по этой причине эпидемию НИЗ было так трудно обнаружить и идентифицировать как явление; по этой же причине ее так трудно остановить. Для медиков, как и для политиков, было бы гораздо проще вообще не обращать на нее внимания. Но эпидемия НИЗ распространяется, и для ее обуздания требуется кардинальное переосмысление существующих представлений о биологии человека.
Болезни являют нам свой новый лик на каждом шагу – особенно там, где люди вынуждены взаимодействовать с неблагополучной окружающей средой. Люди борются за каждый глоток воздуха, плохо переваривают ту же пищу, какую легко усваивали их родители, с трудом перемещаются с места на место, а в некоторых случаях даже страдают в присутствии себе подобных. Взаимодействуя с окружающей средой, они вынуждены проявлять все большую осторожность. Постоянно растет число людей, с детства страдающих различными болезнями, живущих в изоляции и явно плохо приспособленных к современному миру; для этих людей взаимодействия с окружающей средой представляют сегодня реальную опасность.
Итак, добро пожаловать в мир XXI в., пораженный эпидемией НИЗ. Эти болезни повинны не только в 68 % случаях всех смертей, они являются главной причиной потери трудоспособности и наносят огромный ущерб экономике. По оценкам специалистов, всего через 10 лет они будут обходиться нам примерно в 47 триллионов
долларов в год. НИЗ уже поставили мир на грань глобального кризиса, а поскольку они становятся все тяжелее и распространяются все шире, то требуют самого пристального внимания Всемирной организации здравоохранения и Организации Объединенных Наций.
К числу НИЗ относятся такие хорошо знакомые всем недуги, как пищевые аллергии, артрит, астма, аутизм и расстройства аутистического спектра, болезнь Альцгеймера, рак (все формы!), болезни сердца, диабет 1-го и 2-го типа, целиакия, воспалительная болезнь кишечника, волчанка, метаболический синдром, остеоартрит, саркоидоз, тиреоидит (как Хашимото, так и Грейвса), гипо- и гипертиреоз и т. д. и т. п. Эти поразительно разнообразные и стремительно распространяющиеся заболевания атакуют буквально каждую часть нашего тела и влияют на все аспекты жизнедеятельности – от психического здоровья и переносимости пищи до прочности костей и работы мышц.
Эпидемия НИЗ ответственна не только за преждевременную смерть людей; она сильно сказывается и на нашей повседневной жизни. Как трудно стало подобрать провизию, одинаково хорошо подходящую для всех малышей, пришедших на празднование дня рождения вашего шестилетнего ребенка! Современные родители недоумевают: они уверены, что делают все возможное во благо семьи, а между тем здоровье их детей ухудшается на глазах и все попытки медиков исправить ситуацию ощутимых результатов не приносят. Год за годом мы постепенно превращались в общество с непрерывно растущим числом инвалидов, а также детей, которые не способны ощущать жизнь так же полно, как их родители, и многих из которых в зрелом возрасте ждут серьезные испытания.
Прежде чем выяснять причины свирепствующей эпидемии НИЗ, попробуем представить себе ее возможные последствия. Чтобы облегчить задачу, рассмотрим лишь один из аспектов современной жизни. С тех пор как в 1966 г. Джон Денвер сочинил песню «Улетая на реактивном самолете» (Leaving on a Jet Plane), воздушные путешествия стали самым обычным делом. Сегодня авиация составляет значительную часть нашей экономики, в этой области работают многие люди, а для некоторых самолет – это место, где можно хорошо выспаться и отдохнуть. Я вспоминаю своего деда, который был членом городского совета в Техасе и впервые перебрался из Сан-Антонио в Даллас на реактивном самолете. Будучи ребенком, я преодолевал это расстояние чуть больше 450 км в автомобиле со взрослыми, и вспоминаю это путешествие как многочасовое изнурительное испытание под палящими лучами солнца. А мой дед добрался до Далласа всего за 45 минут, сделал там несколько фотографий и тут же вернулся домой. Все путешествие по воздуху заняло у него полтора часа. Мне казалось это настолько невероятным, что, помню, долго приставал к деду с вопросом: «Ты и вправду там был?» Реактивная авиация изменила практику далеких путешествий до неузнаваемости. Но с распространением НИЗ эта практика вновь претерпевает сильные изменения – и не в лучшую сторону.
В августе 2014 г. семейство Платтен возвращалось с отдыха на о. Тенерифе (Канарские о-ва) домой в графство Эссекс (Англия). Родители сели в самолет вместе со своей белокурой четырехлетней дочерью Фэй. Поскольку у Фэй была сильная аллергия на арахис, ее мать сообщила об этом обстоятельстве экипажу самолета, который трижды предупредил авиапассажиров не открывать упаковок с этим продуктом во время полета. Когда самолет находился на высоте около 10 000 м, один из пассажиров, сидевший через четыре ряда кресел от Фэй, вскрыл-таки пачку арахиса – и тут же разразилась катастрофа. У Фэй начала отекать слизистая оболочка рта, губы покрылись волдырями, девочка стала задыхаться и в конце концов потеряла сознание. Ее жизнь спас только укол адреналина. Виновниками этого кошмара стали мельчайшие частицы арахиса, развеянные по всему салону системой кондиционирования воздуха. Один из новостных репортажей назвал мужчину, вскрывшего упаковку арахиса, «невероятным эгоистом». Но так ли это на самом деле? Скорее всего, он был просто рассеянным человеком – таким, каким время от времени бывает каждый из нас. А может быть, ему просто не повезло родиться и жить во времена «чумы» неинфекционных заболеваний.
Для человека, страдающего диабетом, резкое и сильное падение уровня сахара в крови может оказаться таким же фатальным, как аллергия на арахис у маленькой Фэй Паттен. Представим себе человека с инсулинозависимым диабетом 1-го типа. Клиника Майо разработала длинный перечень рекомендаций для диабетиков во время путешествий, особенно за границу.
Во-первых, диабетикам рекомендуется запастись достаточным количеством инсулина, которого хватило бы на все время их пребывания за рубежом, а также соответствующей справкой или сопроводительным письмом от лечащего врача. Этот инсулин должен быть точно такой же торговой марки и типа, какие обычно используются диабетиком-путешественником: любые отклонения могут вызвать изменения уровня сахара в крови. Инсулин должен храниться в охлажденном контейнере. Кроме того, диабетик должен учитывать смену часовых поясов, перепады высот и изменения в рационе. Он должен чаще проверять уровень сахара в крови и соответствующим образом его корректировать. От сильного падения уровня сахара в крови диабетик может потерять сознание и, если при этом он быстро не получит сахар, впасть в кому и умереть.
И наконец, Клиника Майо рекомендует диабетикам всегда иметь при себе пищу. Одним из продуктов, возглавляющих этот список, является арахисовое масло – идеальное средство как для повышения, так и для стабилизации уровня сахара в крови.
И тут я развожу руками. А что, если человек, сидевший за четыре ряда от Фэй Паттон, был инсулинозависимым диабетиком? Возможно, он следовал медицинским рекомендациям Клиники Майо и, когда самолет достиг крейсерской высоты полета, решил проверить свой уровень сахара в крови. А вдруг он заметил при этом, что сахар в крови падает, и решил воспользоваться своей подручной «скорой помощью»? Какова дилемма! Открыть пачку арахиса – значит поставить под угрозу жизнь маленькой девочки. Не открывать ее – поставить под угрозу собственную жизнь. Быть может, именно такая драма разыгралась в самолете в тот роковой день? Наверное, нет, но такое вполне возможно. Фактически вероятность описанного сценария растет с каждый днем.
Но диабетик, летящий в самолете и срочно нуждающийся в коррекции уровня сахара в крови, – далеко не единственная проблема. А что, если бы у пассажира была целиакия? Еще одна дилемма! Единственные закуски, бесплатно предлагаемые авиапассажирам во время полета, – это арахис, сухие соленые крендельки и печенье. Но у человека, страдающего целиакией, тяжелую реакцию могут вызвать даже крошки сухарей, приставших к блюду во время жарки. Так что единственный безопасный продукт из всего самолетного меню для человека с целиакией – арахис.
Как-то раз мы с женой наведались в Техас к одному нашему знакомому и все вместе посетили деревню ремесленников. Здесь мы зашли в небольшую пекарню, хозяйка которой продавала фадж – молочно-шоколадный ирис. Лакомство выглядело великолепно, но наш знакомый страдал целиакией, а потому предусмотрительно расспросил хозяйку о том, какие ингредиенты она
использует при его изготовлении. Женщина достала из коробки список смешиваемых продуктов. Мы внимательно изучили его, но никаких признаков пшеницы или глютена не обнаружили. Успокоенные и счастливые, мы купили несколько кусков фаджа и, поддавшись соблазну, по пути домой съели по нескольку ломтиков лакомства. Когда мы добрались до дома, кишечник нашего приятеля агонизировал; остаток вечера и всю ночь он провел взаперти в ванной комнате. На следующее утро он вернулся в деревню и вновь принялся расспрашивать хозяйку пекарни о приготовлении фаджа. В конце концов выяснилось, что после варки купленного нами ириса она выложила его на противни, на которых до того выпекала печенье. Хотя затем она ополоснула их водой, приставшего к поверхности глютена оказалось вполне достаточно, чтобы обеспечить нашему знакомому несколько часов мучений.
Легко может случиться так, что все три упомянутые неинфекционные болезни – арахисовая аллергия, диабет и целиакия – будут присутствовать у людей, собравшихся вместе в одном самолете, на круизном лайнере или в школьной столовой. Проблема НИЗ стала настолько всеобъемлющей и злободневной, что в 2009 г. специальным решением суда целиакия и пищевые аллергии были причислены к списку расстройств, фигурирующих в федеральном законе США «Об американцах-инвалидах» (Americans with Disabilities Act). И это только проблемы, связанные с тремя НИЗ – пищевой аллергией, диабетом и целиакией. А что делать с такими НИЗ, как аутизм и дыхательные аллергии? Еще в 2002 г. расстройства аутистического спектра (РАС) отмечались в среднем у одного из каждых 150 американских детей. В 2010 г. они присутствовали у каждого 68-го американского ребенка, а в 2014-м – уже у каждого 45-го.
Недавно некая проживающая в Орегоне семья решила свозить свою 15-летнюю дочь, страдающую аутизмом, во флоридский «Мир Уолта Диснея». Люди с аутизмом нередко отличаются повышенной чувствительностью к температуре и тактильным раздражителям, а также повышенной сосредоточенностью на внутренних ощущениях. Особенность нашей девушки состояла в том, что она могла есть только обжигающе горячую пищу. Кроме того, ей нужно было принимать пищу сразу же после того, как появлялись первые признаки голода, – в противном случае девушка начинала нервничать, капризничать и чесаться из-за испытываемого дискомфорта и неспособности наладить нормальное общение с окружающими. В самолете такое поведение девушки вызвало некоторый переполох. Мать убедила стюардессу подогреть немного еды. Девушка съела ее, успокоилась и как ни в чем не бывало принялась смотреть фильм. Тем не менее в Солт-Лейк-Сити самолет совершил экстренную посадку. В салон вошли полицейские и из-за случившегося ранее инцидента вывели все семейство из самолета. Хотя аутизм угрозы для жизни не представляет, описанный инцидент создал проблемы во время полета и заставил близких девушки пережить смущение, унижение и страх. Если ее мать сдержит обещание и предъявит иск авиакомпании, дело осложнится также судебными дрязгами и значительными финансовыми издержками.
Ожирение – такое же органическое неинфекционное заболевание, как, например, аутизм, а отнюдь не результат отсутствия силы воли, как ошибочно полагают многие люди. Его распространение тоже приняло характер эпидемии: с 1976 г. его частота выросла более чем в два раза. В настоящее время ожирением страдает более трети населения США, а к 2030 г. эта цифра, по оценкам экспертов, достигнет 42 %. Для авиаперевозчиков эта болезнь представляет особую проблему.
Учитывая тот факт, что авиакомпании стараются вместить в салон самолета как можно больше кресел, тучные авиапассажиры сталкиваются до и во время полета со все большими трудностями. Жителя Уэльса весом 235 кг, решившего слетать в Ирландию и обратно, авиакомпания заставила забронировать два места. Но поскольку сотрудники компании и сами имели смутное представление, что нужно делать в подобных случаях, на первый рейс они продали пассажиру билеты на два места, разделенных еще одним креслом – одно у прохода, а другое – у окна. А на обратный рейс авиакомпания продала несчастному толстяку билеты на два места в двух разных рядах кресел. Глупый, казалось бы, случай, но, к сожалению, в подобные ситуации, которые мы предпочитаем игнорировать, толстяки с каждым годом попадают все чаще.
Кевин Шене, 22-летний француз, страдающий серьезным гормональным расстройством и весящий без малого 230 кг, прилетел в США из Франции на лечение. В 2013 г., полтора года спустя, он попытался вернуться домой самолетом British Airways. Авиакомпания, однако, сообщила ему, что «не сможет безопасно разместить клиента ни в одном из ее самолетов». Кевин и сопровождавшие его члены семьи были вынуждены добираться до Нью-Йорка поездом, а оттуда плыть домой через Атлантику на корабле.
Подобные ответы тучным людям быстро становятся стандартной практикой авиакомпаний. Три американские авиакомпании – Southwest, American и United – требуют от своих потенциальных пассажиров, неспособных из-за своей слишком широкой талии пристегнуть ремень безопасности, бронирования для полета сразу двух мест. А компания Samoa Air и вовсе проводит политику ценообразования на авиабилеты в зависимости от веса пассажира.
Сами того не замечая, мы превращаемся в общество, настолько беспомощное в биологическом плане, что даже обычные пешие перемещения – как на близкие, так и на далекие расстояния – становятся для нас серьезным испытанием. В 2008 г. американская киностудия Disney-Pixar выпустила анимационный фильм «ВАЛЛ-И» (WALL-E), в котором показан пугающий футуристический мир сверхожиревших людей, неспособных даже передвигаться без помощи роботов. В фильме подразумевается, что людей сделали такими неправильное питание и недостаток движений. Но этот социальный феномен можно объяснить и иначе.
Ожирение превращается в серьезную проблему не только для авиации, но и для политики и юриспруденции. В 2015 г. в Пуэрто-Рико был принят закон штрафовать родителей детей, страдающих ожирением, и квалифицировать их как лиц, причиняющих вред детскому здоровью. Родителей, которые не обеспечивают своим детям здоровое питание или не могут этого сделать, хватает повсюду. Как часто приходится видеть молодых матерей, пичкающих своих малышей жареной картошкой в какой-нибудь закусочной фастфуд. Напряженный рабочий график родителей нередко заставляет их выбирать для своих детей в качестве «воспитателя» телевизор, DVD-плеер или игровую приставку, особенно в наши дни, когда такой популярностью пользуется практика «свободного выгула» детей, разрешающая им играть на улице без присмотра взрослых.
Закон, принятый в Пуэрто-Рико, не учитывает последние научные данные, указывающие на то, что детское ожирение может быть следствием дисфункциональности микробиома. Родители, которые послушно следуют рекомендациям врачей производить ребенка на свет с помощью кесарева сечения (в сочетании с профилактическим использованием антибиотиков) и нередко лечат антибиотиками дыхательные и ушные инфекции своих отпрысков, сами того не ведая, способствуют формированию у них проблемного микробиома. Эти новейшие медицинские протоколы препятствуют посеву здорового микробиома и его надлежащему созреванию. А это в
свою очередь сильно повышает риск детского ожирения. Так что в причинении вреда детскому здоровью на самом деле следует обвинять врачей, родителей и политиков, не понимающих основ человеческой биологии.
Но это лишь верхушка айсберга. Существуют сотни различных НИЗ, и каждому из них присущ особый набор ограничений и повседневных рисков.
Представьте себе ситуацию, когда человека ежеминутно может убить сама среда, в которой он живет и работает. А именно так сложилась судьба виконта Яна Саймона, вице-спикера палаты лордов британского парламента и члена Лейбористской партии. Саймон страдал астмой, приступы которой возникали вследствие тяжелой аллергии на духи, табачный дым и химические испарения. Даже слабый запах духов, одеколона или сигаретного дыма мог вызвать у него 20-секундный приступ удушья. Однажды он лишился сознания от нехватки кислорода просто оттого, что к нему подсела баронесса, недавно вымывшая волосы душистым шампунем. В другой раз, когда виконт исполнял обязанности вице-спикера, ему вручили послание, написанное на слегка надушенной бумаге. Едва вдохнув аромат, Саймон стал задыхаться и с посторонней помощью был быстро выведен из кабинета.
По собственным словам лорда Саймона, он не посещал кинотеатров с 1986 г. Столько же времени он не ездит на поезде и автобусе и не летает на самолете. В далеком прошлом остались и редкие посещения ресторанов. Жене Саймона пришлось сменить все средства личной гигиены, которыми она пользовалась до замужества. Ее обоняние стало настолько острым, что нередко она шествует впереди мужа, чтобы обнаружить запахи, способные вызвать у него приступ астмы. Даже приглашенные в его дом гости должны строго следовать внушительному списку инструкций, чтобы хозяин мог безопасно наслаждаться их компанией.
В современных школах уже устроены специальные зоны, где нельзя есть арахис; прежде чем собирать гостей на детские праздники, родители вынуждены тщательно проверять меню; люди с высоким риском приступов аллергии, оказавшись в общественном транспорте, должны внимательно присматриваться к своим попутчикам, чтобы не стать нечаянными жертвами своего недуга. Не исключено, что лет через двадцать мы увидим начало новой эры сегрегации, не имеющей никакого отношения к расовым различиям, а связанной с опасными для жизни НИЗ. Представьте себе школы, разделенные на зоны для учеников с различными формами пищевой аллергии. Многие учителя уже прошли специальное обучение и теперь могут экстренно сделать укол адреналина потенциальным жертвам этой новой болезни.
В ответ на изменения нашей биологической природы возникают все новые социальные адаптации. В 2009 г. в Центрах по контролю и профилактике заболеваний США впервые появились «беззапаховые рабочие места», а вскоре этому примеру последовали и другие учреждения. Канадский Центр охраны и безопасности труда разработал целый список рекомендаций по внедрению этой практики в жизнь. Мы изменились настолько, что даже не в состоянии выносить вещи, которые нашим предкам доставляли удовольствие. Аллергия на запахи стала настолько злободневной проблемой, что недавно Европейский союз запретил использование трех особенно аллергенных ингредиентов, входящих в состав многих популярных духов. Две главные жертвы этого запрета – Chanel No. 5 и Miss Dior. Первые духи считаются самым популярным (по результатам продаж) парфюмом в мире. Они были созданы еще в 1921 г. и в середине XX в. стали особенно популярными благодаря Мэрилин Монро. Как могли старинные, всеми любимые благоуханные композиции, всего несколько десятилетий назад вызывавшие всеобщее восхищение, вдруг превратиться для многих в ядовитую смесь? Состав духов с тех пор не изменился; изменились мы сами. Среди нас появляется все больше людей, подобных лорду Саймону.
Для нас с женой социальные ограничения, связанные с НИЗ, не являются абстрактной теорией или умозаключениями, основанными на лабораторных исследованиях. У каждого из нас – свой комплект НИЗ, многие из которых имеют прямое отношение к запахам и пищевым продуктам. Недавно мы присутствовали на конференции в Нью-Йорке, где я должен был выступить с докладом, а затем нам обоим предстояло принимать участие в однодневном семинаре. Конференция, на которой собрались замечательные, одаренные люди, стала для нас настоящим интеллектуальным стимулом. Но самое сильное впечатление произвела на нас еда, которой нас там кормили. В меню, казалось, фигурировали все доступные в общепите продукты, способные надолго вывести из строя любого человека с какой-либо из всех известных форм пищевой аллергии. Стоит ли говорить, что нашу первую ночь и первое утро мы провели в жестоких страданиях?
С совершенно противоположной ситуацией я столкнулся в Вашингтоне, куда меня пригласили прочитать лекцию на конференции Международной научной ассоциации пробиотиков и пребиотиков (ISAPP). Все ее участники были загодя опрошены по поводу имеющихся у них пищевых ограничений. И на всем протяжении конференции был доступен широкий выбор качественной еды.
Безусловно, эпидемия пищевых аллергий – совершенно новая реальность для общества и кошмар для всех организаторов массовых мероприятий. Она уже отразилась на деятельности самых разных социальных институтов – от церковных ритуалов и собраний масонов до школьных церемоний награждения спортсменов. Похоже, эпидемия НИЗ ведет общество к растущей разобщенности всех групп населения – сверстников, коллег, семей и т. д. Мы быстро превращаемся в расу людей с ограниченными возможностями.
Наша книга предлагает альтернативу этой печальной ситуации.
Часть 1. Новое биологическое мышление
1. Конец старой биологии
А что, если сама биологическая сущность человека радикальным образом отличается от того, чему нас учили в школе? Первым делом такая мысль вызывает растерянность и замешательство. В конце концов, бульшая часть моей жизни уже прожита, и я прожил ее, пребывая в полной уверенности, что уж в людях-то я разбираюсь неплохо. Увы! Выясняется, что все мои представления о фундаментальных основах человека были ошибочными. И в этом я далеко не одинок.
О том, что значит быть человеком, мы обычно узнаем еще в детстве, по большей части на уроках в школе. Эти знания, как правило, включают биологическую природу людей и особенности, отличающие их от животных. Нередко школьные знания дополняются наставлениями со стороны церкви или религиозных общин. И, разумеется, изо дня в день мы получаем соответствующие представления о людях от членов своих семей. Родители, братья и сестры с утра до вечера забрасывают нас провокационными вопросами типа «Зачем ты это сделал?» или «О чем ты вообще думал?». А вопросы, звучавшие в нашем семействе, и вовсе предвосхищали идеи о суперорганизме, например: «А каким местом ты думал, когда решил это сделать?»
На наши представления о природе и/или биологии человека могут оказывать влияние общественные и даже государственные организации. Школа, церковь и семья довольно полно разъяснили мне, что я представляю собой как человек и какое место я занимаю в окружающем нас мире. Но идеи, почерпнутые мною в детстве из этих разных источников, не всегда совпадали. Даже люди, к которым я
прислушивался больше всего, имели различные точки зрения. И это было прекрасно! В моем случае ни один из источников информации о людях не настаивал на том, чтобы мое мнение совпадало с его собственными взглядами. За исключением разве что эволюционного учения Дарвина, которое, безусловно, требовалось знать для успешной сдачи школьного экзамена по биологии.
Школа познакомила меня с эволюционной догмой, что человек – вершина развития жизни на Земле – достиг господствующего биологического положения благодаря жесткому естественному отбору. Эти идеи отражали общебиологические представления Чарлза Дарвина и его учение о борьбе за существование и изменение видов. С этими академическими мантрами я сталкивался на протяжении большей части моего биологического образования.
Я помню, как сильно увлекся незаслуженно забытой книгой Феодосия Добржанского – знаменитого генетика растений, биолога-эволюциста и ученого, прославившегося переосмыслением классических идей Дарвина в свете открытия генов в XX в. Я высоко ценил работы Добржанского в области генетики и эволюционной биологии, но заинтересовавшая меня книга не имела отношения к эволюционной биологии. Это были рассуждения о генетике и природе человека под названием «Биологические основы человеческой свободы» (The Biological Basis of Human Freedom, 1954). В этой книге Добржанский вышел за узкие рамки генетического исследования и затронул более общие проблемы биологии, такие как родство человека с природой и взаимоотношения между генами, окружающей средой и культурой. Он отстаивал мысль о пользе кооперативного поведения для формирования приспособленности и естественного отбора людей. Сотрудничеству между людьми Добржанский посвятил многие страницы своей книги. А в этой книге я размышляю о сотрудничестве, осуществляющемся внутри человека. Каждый человек – это деревня. Самобытное, невероятно широкое мировоззрение Добржанского отчасти и побудило меня заняться генетикой в колледже, а эти генетические исследования в свою очередь позволили мне стать сотрудником Корнеллского университета. Я всегда восхищался тем, как широко мыслил Добржанский о возможностях своей науки (генетики) применительно к людям – как к отдельным индивидам, так и к человеческому обществу в целом.
К концу моего обучения в университете дарвиновскую теорию эволюции дополнили захватывающие идеи еще одного блестящего ума. В 1976 г. бывший профессор Оксфордского университета Ричард Докинз опубликовал книгу «Эгоистичный ген» (The Selfish Gene). В ней ученый высказал предположение, что человеческие существа, по сути дела, представляют собой «генные машины», чья биологическая деятельность определяется тщательно отобранными в процессе эволюции человеческими генами. Очень смелое утверждение! Но оно было основано на общих представлениях XX в. о биологии млекопитающих, и это обернулось его недостатком. Если люди – роботы, управляемые генами, то какие именно гены управляют нашей жизнедеятельностью? Некоторые гены на всем протяжении нашей жизни так никогда и не «включаются» (то есть так никогда и не становятся активными); другие, напротив, никогда не «выключаются»; третьи выключаются на какое-то время, а затем включаются вновь. Следует ли нам принимать в расчет только включенные гены? Но кто или что в таком случае заставляет их «включаться»?
Эти соображения из области эпигенетики позволяют нам говорить о том, что идеи о «генных роботах» или «эгоистичном гене» немного устарели. Для этого, пожалуй, есть и еще более важное основание: сегодня мы знаем, что 99 % генетической информации, содержащейся в той части пространства, которая называется «человеком», никакого отношения к его собственному геному не имеет. Наши собственные гены несут лишь 1 % информации, управляющей работой клеток нашего тела. Проблема в том, что всякий раз, когда нам начинает казаться, что мы знаем абсолютно всё, что происходит в биологии, кто-нибудь открывает нечто, о чем прежде мы даже не догадывались, и это нечто порой бывает весьма существенным. Не корректнее ли было бы говорить о людях не как о «генных машинах», а как о «машинах для хранения микробов», предназначенных для их передачи будущим поколениям людей?
Когда я был ребенком, церковь познакомила меня с креационистскими взглядами на человека как на организм, созданный на небесах и водворенный на прежде безлюдную землю. Кроме того, церковь снабдила меня рекомендациями о том, как люди должны вести себя в этом мире. Я отобрал из них те, что соответствовали моим собственным взглядам, и, рассуждая о возможных путях происхождения жизни, решил проявлять известную гибкость.
В своих представлениях о людях моя далекая от атеизма семья находилась где-то в самой середине широкого спектра научных и религиозных концепций. К счастью, мои близкие предоставили мне полную свободу в оценке этих разнообразных взглядов и в формировании собственных представлений о людях, Земле и Вселенной. В 25 лет я довольно твердо стоял на позициях эволюционного креационизма, и так продолжалось десятилетиями. Я даже немного гордился «гибкостью» и «оперативностью» своих представлений о людях и жизни на Земле. Довольный и умиротворенный, я продолжал жить с этими представлениями вплоть до недавнего времени.
Истинную биологическую тайну, сокрытую в людях, не понимал почти никто. Даже лучшие умы человечества, такие столпы биологии, как Чарлз Дарвин, Феодосий Добржанский, Ричард Докинз, Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик, упустили из виду один из ключевых элементов биологии человека. А именно: люди – совсем не те существа, которыми мы все считали себя прежде. Каждый человек, пребывающий в собственном теле, совсем не одинок.
В 1953 г. Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик выяснили природу ДНК и в 1962 г. получили за свою работу Нобелевскую премию по физиологии и медицине. Почти через полвека после этого открытия был совершен новый прорыв в биологии, который, как надеялись многие, окончательно раскроет все тайны человеческой природы: ученые почти полностью расшифровали человеческий геном, то есть определили последовательность нуклеотидов (и генов) в молекуле ДНК. Эти знания, казалось бы, должны дать нам все необходимое для понимания природы человека, его здоровья и болезней.
Разработка проекта «Геном человека» началась еще в конце 1980-х гг., а для его полного осуществления потребовалось три пятилетних плана. Проект осуществлялся в Национальных институтах здоровья США, координировался Национальным институтом исследований человеческого генома и финансировался Конгрессом США. Его общая стоимость, по примерным оценкам, составила около 3 млрд долларов. К участию в проекте были также привлечены несколько федеральных ведомств США и около двадцати крупных научно-исследовательских институтов и организаций в Северной Америке, Европе и Азии. Скрупулезную трудоемкую работу выполняли легионы ученых. Одним из положительных «побочных эффектов» этого титанического труда стала разработка новых технологий молекулярного анализа. Результаты проекта изменили биологию – но далеко не в том направлении и не в той степени, как ожидали сами исследователи.
По иронии судьбы одно из величайших научных свершений современности
положило конец старой биологии. В феврале 2001 г. журнал Nature опубликовал наиболее значимые результаты глобального научного исследования. Это событие стало кульминационным пунктом долгой генетической революции в биологии XX в. и ознаменовало собой успешное завершение основного этапа проекта «Геном человека».
Что дает нам основание полагать, что один из величайших проектов в истории науки положил конец целой эпохе биологического мышления? Все очень просто: его результаты. Факты, выявленные при его реализации, разительно отличались от ожидаемых. До начала проекта ученые считали, что наш геном состоит приблизительно из 50 000 генов. Основываясь на научных представлениях того времени, ведущие ученые мира полагали, что наш геном управляет белковым синтезом, метаболизмом и развитием клеток и тканей. А значит, возможность контролировать геном должна была подарить медикам чудодейственный эликсир от самых разных болезней. Всё правильно – за исключением только того обстоятельства, что ученые сильно недооценили роль окружающей среды. Короче говоря, результаты титанического труда по расшифровке человеческого генома никого в восторг не привели.
Выяснилось, что геном человека насчитывает не 50 000, а всего примерно 22 000 генов – менее половины от ожидавшегося количества. Кроме того, эта цифра существенно ниже того числа генов, которое, по мнению ученых, должно соответствовать невероятной сложности и разнообразию биологической активности человека. Фактически по количеству генов, кодирующих белки, мы едва превосходим аскарид и других круглых червей (нематод): их геном состоит примерно из 20 000 генов. Человек – вершина эволюции?! Может быть. Но если мы такие особенные, то уж точно не из-за того, что наш геном сильно превосходит числом генов геномы других видов.
Так что с человеческим геномом в 22 000 генов дело обстоит не так просто. В соответствии с идеями биолога-эволюциониста Ричарда Докинза, всем управляют наши человеческие гены (то есть гены, свойственные нам как млекопитающим). И, научившись управлять этими генами, мы, несомненно, смогли бы лечить любые человеческие болезни. Во всяком случае, такова и была грандиозная конечная цель проекта «Геном человека». Но как столь небольшому количеству генов удается управлять жизнедеятельностью, развитием, выживанием и даже благоденствием такой фантастически сложной системы, как человек? Ответ один: никак.
Будь у нас одни только человеческие гены (то есть гены, роднящие нас с млекопитающими), ни о каком благоденствии не было бы и речи; мы были бы обречены на болезни и умирание. Эти гены не предназначены для поддержания долгой и здоровой жизнедеятельности людей. Они составляют лишь небольшую часть нашей системы жизнеобеспечения. Именно поэтому результаты проекта «Геном человека» и ознаменовали собой начало эры новой биологии. Самый важный его результат заключается в том, что наш базовый человеческий геном составляет лишь ничтожную часть системы, благодаря которой здоровые дети превращаются в здоровых взрослых и производят на свет новое поколение здоровых людей.
Разочаровавшие результаты проекта заставили нас задуматься о том, чту может скрываться за пределами человеческого генома. Люди – неизолированные самодостаточные организмы, состоящие исключительно из клеток, свойственных млекопитающим. Мы вправе претендовать на большее. Человек – это суперорганизм.
XX в. был временем выдающихся научных свершений. В известном смысле мы стали хозяевами нашей среды обитания. А эта среда включает не только всю планету, но и космические путешествия за ее пределы. Во введении я описал изменения, которые претерпела ситуация с инфекционными заболеваниями в середине XX столетия. В детстве, пришедшемся на 1950-е гг., мне посчастливилось стать очевидцем некоторых из этих изменений, когда благодаря научным инновациям люди одержали верх над многими смертельными инфекционными недугами.
Это было время, когда становились широкодоступными вакцины Солка и Сэбина против полиомиелита, и на моих глазах из медицинской практики постепенно исчезло «железное легкое» – аппарат для стимуляции дыхания жертв полиомиелита. Скарлатина и дифтерия перестали быть тотальной угрозой для детей. У многих представителей моего поколения беби-бумеров до сих пор заметен небольшой шрам на плече, оставшийся после прививки от оспы (у большинства представителей более молодых поколений он отсутствует).
В те времена ученые были вполне уверены, что знают людей, знают среду их обитания и знают, как управлять и людьми, и этой средой для достижения всеобщего благоденствия. Они полагали, что раз антибиотики – благо, то чем больше их будет, тем лучше. В те времена люди без вопросов принимали все новшества химической промышленности, пищевой индустрии и транспорта. Ведь все они шли нам только на пользу! В конце концов, теперь людям стало по силам создать новый тип искусственной среды, где можно было бы контролировать выброс химических веществ и даже изолировать себя от микробов. Теперь мы могли радикальным образом изменить доступность пищи, разнообразие продуктов питания и выбор диет. Мы могли полностью оградиться от окружающего мира защитным коконом и управлять из него внешним миром.
Хотя намерения людей прошлого века были самыми похвальными, фундаментальное непонимание истинной природы человека завело нас в тупик. Мы думали, что нам совсем не обязательно существовать в окружающей нас среде, а на самом деле вне этой среды наша жизнь невозможна.
Руководствуясь представлениями старой биологии, в XX в. люди, по сути дела, занимались заменой одного набора своих болезней другим. Мы снизили риск смерти от инфекционных болезней, но повысили риск пожизненной нетрудоспособности и преждевременной смерти от хронических неинфекционных заболеваний (НИЗ).
В 2012 г. мне предложили написать статью для специального выпуска научного журнала Entropy. Этот выпуск был посвящен одной из актуальных проблем современности: можно ли предсказать, будет ли человек здоровым на протяжении жизни или его будут вечно мучить болезни? Какие факторы нужно для этого учитывать, какие показатели и параметры следует измерять? Существуют ли некие биологические признаки, позволяющие предсказывать здоровье? Я был уверен, что смогу ответить на этот вопрос – в конце концов, с ним и была связана вся моя работа на протяжении последних 35 лет. На начало статьи у меня ушло полдня, я стал просматривать написанное и чем внимательнее вчитывался в свои рассуждения, тем менее убедительными они мне казались. И я сник. Что случилось? То ли день выдался неподходящим для литературных трудов, то ли у меня просто-напросто не было правильного ответа.
Обескураженный, я лег спать. В середине ночи я проснулся от яркого сновидения. Некоторые его эпизоды тут же улетучились из моей памяти. Но в ней сохранилось главное – новое представление о том, чту составляет суть здорового человека. И это определяющее начало здоровья вполне поддается количественной оценке у новорожденного младенца – его микробиом.
Микробиом человека обычно определяют как совокупность микробов, живущих внутри его тела и на его поверхности. Этим термином нередко обозначают
как микробные клетки, так и их гены. Совокупность микробов, использующих наше тело в качестве жилища, иногда называют также микробиотой. Микробиом не связан с какой-то определенной частью тела, напротив, он рассредоточен практически по всем его участкам, граничащим с внешней средой. Он присутствует в дыхательных путях (в носу, бронхах, легких), желудочно-кишечном тракте (во рту, глотке, тонком и толстом кишечнике, слепой кишке), в половых путях, на коже и т. д.
Разные участки тела заселены различными видами микробов, предпочитающими жить именно в этих местах. Эти микробы – такая же неотъемлемая часть нашего тела, какой они были у наших предков.
Мысль, разбудившая меня среди ночи, – что для здоровья малышу требуются как человеческие клетки и гены, так и полный комплект микробов, – была подробно изложена в 2012 г. в одной из моих статей и получила название «гипотезы полноценной биологической сущности человека». Моя гипотеза утверждает, что вопреки тому, чему в детстве нас учат школа и церковь, люди как «чисто» млекопитающие существа на самом деле нежизнеспособны. Теряя микробных партнеров, мы лишаемся важной части своей биологической сущности, без которой невозможно не только наше благоденствие, но и само существование. В своем полноценном виде каждый человек представляет собой конгломерат из тысяч различных видов существ. Если мы лишаемся каких-то ключевых видов микробов, начинаются проблемы со здоровьем. По сути дела, все мы «гибриды»: каждый человек – это суперорганизм.
Прежние представления о человеке отражали наиболее распространенные в XX в. биологические и богословские концепции. Теперь, однако, мы мыслим иначе. Человек – это микрокосм, заселенный самыми разнообразными видами существ. Фактически наше тело является их пленником: они живут и в его внутренностях, и на поверхности. В нашем теле обитают археи – микроскопические существа, населяющие также подледные озера Антарктиды, глубочайшие океанические впадины, горячие источники с почти кипящей водой и прочие земные местообитания с экстремальными условиями. Люди связаны с окружающей средой самыми разными способами, многие из которых нам даже и не снились.
Но вернемся ненадолго к идее Ричарда Докинза об эгоистичном гене. Вот основная предпосылка ученого: «Мы – всего-навсего машины для выживания, самоходные роботы, слепо запрограммированные на сохранение эгоистичных молекул, известных под названием генов. Эта истина до сих пор наполняет меня изумлением» (Ричард Докинз, «Эгоистичный ген»).
Основное допущение здесь состоит в том, что человеческий геном в значительной степени определяет существование и поведение человека. В 1998 г., в программе «Вера и разум» американского канала PBS, Докинз объяснил также, каким образом гены, определяющие развитие нервной системы человека и животных, используют их поведение в своих интересах. В свете дарвиновских эволюционных идей эта мысль звучит вполне логично, но она подразумевает, что именно человеческие гены определяют формирование человеческой нервной системы, которая в свою очередь заставляет нас вести себя сообразно интересам тех же самых человеческих генов.
Теперь, руководствуясь представлениями новой биологии, мы понимаем, что это не так. Сегодня известно, что наши микробные гены, называемые также вторым геномом человека, определяют поведение (например, вызываемое голодом потребление пищи), которое поддерживает существование бактериальных генов и их воспроизводство. Если в людях и присутствуют по-настоящему «эгоистичные гены», то, скорее всего, они находятся в микробах, а не в человеческих клетках. Старая биология такую ситуацию предвидеть не могла.
Как станет ясно из последующих разделов книги, наши микробные партнеры (то есть микробиом) оказывают существенное влияние на поведение человека. Так кто же здесь главный? Кто именно сидит за рулем автобуса, называемого человеческим суперорганизмом? Люди обзаводятся микробами, чтобы стать более совершенными, или же микробы «конструируют» более совершенного человека в качестве нового и более подходящего вместилища для последующих поколений своих потомков?
А может быть, на самом деле здесь нет ни «начальников», ни «подчиненных»? Но теперь-то мы знаем, что суперорганизм современного человека складывается из тысяч видов существ, а потому лучший вывод, который можно сделать в таких обстоятельствах, заключается в том, что в нашем многовидовом суперорганизме преобладают гены, готовые к сотрудничеству и согласованной работе, – то есть не эгоистичные гены. Люди без микробов начинают болеть. Микробы без людей превращаются в бомжей.
На самом деле эта взаимосвязь имеет еще более замысловатый характер. Как показали исследования, между микробами и клетками нашего собственного тела существует обмен генами. Человеческий организм представляет собой сплошную «мешанину» даже на клеточно-молекулярном уровне. Многие из наших «современных» генов изначально были не «нашими». Их подарили нам древние микробные партнеры. Человек – совсем не то существо, о котором нам рассказывали до сих пор. Человек – нечто гораздо большее. Человек – это микрокосм, отражающий весь мир, в котором он живет.
Но может быть, рекламируя «новую биологию», я лишь напускаю еще больше туману вокруг таких извечных вопросов, как природа Человека и Вселенной? Это не так. Я твердо убежден, что новое биологическое мировоззрение в конечном итоге изменит всю нашу жизнь – и изменит ее в лучшую сторону. Это изменение произойдет очень постепенно, но оно неизбежно отразится и на качестве медицины, и на безопасности людей и окружающей их среды. Изменит оно и наше понимание межличностных взаимодействий. Не исключено, что оно даже приведет к изменению культурного и политического климата на планете.
Но первым делом нужно поближе познакомиться с той невидимой, но в высшей степени полезной частью нашего организма, о которой и шла до сих пор речь, – нашим микробиомом.
2. Экология суперорганизма
Главное различие между «старой» биологией, рассматривающей человека как обособленный организм определенного вида, и «новой» биологией, считающей его суперорганизмом, состоящим из множества видов, – сложная сеть экологических взаимодействий. Экология – это наука о взаимодействиях живых организмов друг с другом и с окружающей их средой. В этих взаимодействиях могут участвовать растения, животные и микробы или же представители всех этих групп живых существ одновременно. Звучит довольно просто! Попробуем копнуть глубже.
Когда я учился в университете, мне пришлось сдавать множество трехчасовых письменных экзаменов по самым разным разделам биологии. Одним из таких разделов была экология. Этот экзамен требовал особенно тщательной подготовки, поскольку экология не была основным предметом моих интересов или образования. А в Корнеллском университете в то время преподавали несколько блестящих экологов. Доставшийся мне экзаменационный вопрос особой сложностью не отличался: «Что такое экологическая ниша?» В дискуссиях об эволюции нам часто приходится слышать, как какой-нибудь организм достиг эволюционного расцвета, потому что нашел нишу, где, возможно, не было особо
острой конкуренции за жизненно важные ресурсы. Не помню, как в точности я ответил тогда на этот вопрос, но сейчас, 39 лет спустя, я вспоминаю, что для внятного ответа на него мне пришлось за три часа исписать 30 листов бумаги. Я помню, с каким волнением ожидал результатов этого и других экзаменов, поскольку от них во многом зависели мои дальнейшие академические перспективы. По иронии судьбы результатов экзамена по экологии я так и не дождался. Мне сообщили, что двое-трое профессоров-экологов, составлявших экзаменационные вопросы и оценивавшие ответы на них, так и не смогли прийти к согласию относительно моей писанины.
Как издавна повелось в науке, новые выдающиеся идеи в конце концов побеждают старые. Иногда эта борьба сопровождается громкой шумихой; иногда новые научные представления зарождаются постепенно и почти незаметно. Но, пожалуй, чаще всего этот процесс можно сравнить с длительными родами после первой беременности: здесь и неопытность, и тревога, а нередко и сильная боль. Но рождение новых научных идей может приносить и блаженную радость – точно так же, как и результаты родовых мук.
Доводы в пользу иного, более экологического, понимания человека убедительно прозвучали во вступительных фразах статьи Дэвида Релмана «Познавая самих себя», опубликованной в журнале Nature. Релман пишет, что «начало XXI века ознаменовалось возникновением главного направления в биомедицинских исследованиях – изучением молекулярных и генетических основ сущности человека. Как ни удивительно, своей биологией и индивидуальностью мы, похоже, во многом обязаны микробам, живущим внутри нас и на поверхности нашего тела, и осознание этого факта обещает радикальное изменение принципов и практики медицины, здравоохранения и вообще фундаментальной науки». Релман указывает на то, что микробы настолько сильно влияют на нашу сущность, что нам даже не всегда легко отделить самих себя от их эффектов. Биологическая идентичность и здоровье человека тесно переплетены с биологией его партнеров-микробов.
Пропаганда экологии в популярной культуре нередко напоминает мыльные оперы или телевизионные реалити-шоу типа «Когда животные атакуют!». Для разъяснения идей, пропагандируемых этой книгой, лучше подойдут менее «кусачие» и жестокие названия телефильмов – что-нибудь вроде «Когда виды взаимодействуют». Рассуждая на эту тему, мы обычно имеем в виду взаимодействия, которые можно наблюдать со стороны. Так, на ум сразу же приходит египетская цапля на спине коровы, коала в кроне эвкалипта, жующий листву этого дерева, или подлетающая к цветку пчела. А я сразу же представляю при этом своего одержимого голубями пса, которые, по его мнению, постоянно вторгаются на его территорию. На самом же деле понятие экологического взаимодействия носит более широкий характер и описывает взаимоотношения между видами, разделяющими общее жизненное пространство – например человеческое тело.
Для описания различных типов взаимодействий между видами ученые используют различные названия. Так, если взаимодействия между двумя видами идут на пользу обоим партнерам, они называются мутуализмом. Если пользу от взаимодействий получает лишь один из партнеров, а на другом партнере они никак не отражаются, речь идет о комменсализме. И наконец, при паразитизме выгоду от взаимодействий получает один вид, а другому они идут во вред. В человеческом суперорганизме едва ли не каждый день реализуются все эти три типа экологических взаимодействий. Правильно обращаясь с тысячами видов составляющих его живых существ, мы пребываем в добром здравии. И по большей части вся эта экосистема, представляющая нас во всей нашей неповторимой сложности, складывается помимо нашей воли – в соответствии с законами природы.
Большинство из нас впервые знакомятся с паразитами, давая своим собакам лекарства от сердечных червей филярий и других глистов. Многие знают о паразитических ленточных червях и соблюдают надлежащие меры предосторожности при стряпне и приеме пищи, а некоторые, возможно, умышленно заражались круглыми червями анкилостомами для лечения аллергий и некоторых аутоиммунных заболеваний (так называемая гельминтотерапия). Менее известен тот факт, что малярию тоже вызывает паразит, живущий в красных кровяных тельцах (эритроцитах). Этот паразит – микроб из группы простейших, называемый плазмодием (Plasmodium). Из сотен видов плазмодиев, поселяющихся в организме различных животных и растений, пять видов способны заражать людей и вызывать малярию. Паразитизм – самая простая и наименее интересная, по крайней мере, для этой книги, форма межвидовых взаимодействий. Действительно, иногда некоторые паразиты приносят пользу своим хозяевам, но в общем и целом они причиняют им вред – сказать об этих существах что-либо новое трудно. Мы никогда не хотели иметь паразитов внутри нашего тела, не хотим этого и сейчас.
Гипотеза биологически полноценного человека зиждется на двух важных экологических понятиях. Первое из них – комменсализм. В переводе с латыни это слово буквально означает «еда за одним столом» или «совместная трапеза», чем, собственно говоря, и занимаются тысячи видов наших партнеров-микробов. Комменсализм свойствен большинству микробов, живущих на поверхности и внутри нашего тела, но, как правило, не вызывающих инфекций. Обычно их называют комменсалами или комменсальными бактериями. Основы терминологии, связанной с комменсальными бактериями, были разработаны еще во времена «старой» биологии. Это важно отметить потому, что сегодня наши отношения с большинством этих микробов рассматриваются совершенно иначе, чем прежде.
Согласно представлениям нашей старой биологии, кишечные бактерии извлекают пользу из партнерских отношений с людьми, поскольку способны утилизировать перевариваемую нами пищу. Прежде считалось, что на наш организм присутствие этих микробов не оказывает ни положительного, ни отрицательного влияния. Теперь же мы знаем, что практически каждый микробный компонент нашего микробиома оказывает определенное воздействие либо на наш собственный организм, либо на присутствующих в нем других микробов.
Многие взаимоотношения между нашим телом и микробами носят не комменсальный, а мутуалистический характер (мутуализм – второе ключевое понятие экологии, означающее взаимовыгодные связи между видами). Возьмем, к примеру, некоторых бактерий, переваривающих сахара, которые присутствуют в материнском молоке и не могут перевариваться нашим организмом. Это бактериальное пищеварение и образование разнообразных пищевых метаболитов обеспечивают грудного ребенка необходимыми для его развития питательными веществами, получить которые иным путем он не может. Но пищу при этом получают и сами бактерии. Таким образом, выгоду из сложившихся партнерских отношений извлекают и клетки растущего тела млекопитающего, и живущие в нем бактерии.
Мы, как «хозяева» микробов, получаем от них огромную пользу: они способствуют созреванию наших физиологических систем. До тех пор, пока тело новорожденного малыша не заселят определенные микроорганизмы и не помогут его развитию, его организм остается «недоукомплектованным», то есть биологически
неполноценным (отсюда и гипотеза биологически полноценного человека). И такая экологическая ситуация должна сохраняться на протяжении всей человеческой жизни.
Вплоть до недавнего времени иммунологи полагали, что организм новорожденного ребенка снабжен всем необходимым для нормального функционирования иммунной системы. Этому учили и меня на лекциях по иммуногенетике в университете. А возникло такое представление потому, что иммунологи, подсчитывая и маркируя клетки, воочию видели, что при рождении ребенка в его организме, казалось бы, присутствуют все клетки иммунной системы. Ошибочность этого вывода основывалась на допущении, что все эти клетки были полностью созревшими, нормально функционировали и присутствовали в крови в надлежащих соотношениях.
Но в действительности доступные методы подсчета и маркировки клеток не давали ученым сколько-нибудь ценной информации о событиях, происходящих в тех случаях, когда иммунная система подвергается серьезным испытаниям – как, например, при инфекциях. Здесь-то и заблуждались иммунологи, воспитанные в традициях «старой» биологии. Если иммунные клетки не «подрастают» в организме ребенка бок о бок со своими партнерами-микробами, когда-нибудь впоследствии его иммунная система будет отвечать на такие воздействия неадекватными реакциями. Если наш организм не содержит полного комплекта микробных партнеров, мы обречены на расстройства и заболевания, основанные на иммунных дисфункциях. Вот как все просто!
В качестве моделей для разработки действенных подходов к пониманию экологии человеческого организма полезно рассмотреть две хорошо изученные экологические системы нашей планеты. Это тропические дождевые леса, произрастающие в экваториальных регионах Земли, и коралловые рифы у морского побережья некоторых континентов. Эти примеры не дадут нам заново изобретать велосипед, когда мы будем разбираться в нашей собственной экологии, включающей микробиом.
Дождевые леса
В документальном фильме про микробиом, вышедшем в 2014 г. под названием «Микророждение» (Microbirth), для описания партнерских отношений между микробами и развивающимся организмом малыша я прибег к аналогии с пышным, богатым жизнью тропическим дождевым лесом. Подобно участкам нашего тела, заселенным разнообразными микробами, здоровый дождевой лес изобилует живыми существами – их великое множество. По мнению ученых, дождевые леса занимают всего 2 % общей площади земной суши, но при этом в них обитает более 50 % всех живущих на Земле видов растений и животных. Эти леса имеют огромное значение для благосостояния человечества и планеты в целом, а также представляют собой отличную модель для изучения видов при изменении условий окружающей среды.
Недавно большая группа ученых провела перепись видов живых существ на трех участках амазонского дождевого леса. Они обнаружили, что в общей сложности здесь произрастает примерно 16 000 видов деревьев. Но в разных участках леса эти виды представлены неодинаково. По данным Комитета по охране природы, на участке тропического дождевого леса площадью около 10 кв. км может обитать до 700 видов деревьев, 400 видов птиц и 150 видов бабочек. Но эти цифры не отражают вклад в эту экосистему редких видов живых существ. А в нашем организме редкие виды микробов могут отвечать за жизненно важные физиологические функции.
Дождевые леса богаты не только изумительной красоты птицами и бабочками – здесь живет и множество лекарственных растений. Этнофармакология – область медицины, изучающая использование лекарственных растений в аборигенных культурах – сегодня превратилась в самостоятельную науку, приверженцы которой выпускают несколько научных журналов и объединены в научные сообщества. Препараты, получаемые из лекарственных растений, применяются для лечения самых разных болезней и включают самые разные средства – от противораковых лекарств до природных противомикробных снадобий. Вот лишь два примера: противомалярийное средство хинин, выделенное из коры хинного дерева, и антилейкемические препараты, полученные из катарантуса (розового барвинка).
В 1990-х гг. мне посчастливилось работать бок о бок с Томасом Айснером: в те времена мы оба были научными сотрудниками Корнеллского центра по охране окружающей среды. Основатель химической экологии, Айснер был активным и деятельным сторонником проведения в дождевых лесах широкомасштабной «химической разведки»: по его мнению, это могло бы обеспечить человечество новыми лекарственными препаратами и одновременно способствовало бы сохранению биологического разнообразия тропических дождевых экосистем. Он не только пропагандировал этот род деятельности, но и активно сотрудничал с фармакологическими компаниями и природоохранными организациями с целью ее практической реализации. Всякий раз, когда речь заходит об экологической безопасности людей, я невольно ощущаю, какое большое влияние на меня оказали идеи Айснера.
Дождевой лес можно условно разделить на несколько «этажей» – ярусов. Над лесным пологом возвышаются деревья в несколько десятков метров: их кроны получают самое большое количество солнечного света и атмосферных осадков. Кроме того, они очень эффективно осуществляют фотосинтез. На верхних ярусах полога живут многочисленные животные – обезьяны, ленивцы, попугаи и другие пернатые, бабочки и т. д. В здоровом дождевом лесу низкорослые деревья получают лишь рассеянный солнечный свет и гораздо меньшее количество осадков. Кроме того, здесь не бывает сильных порывов ветра.
Растения, образующие подлесок, обычно существуют в условиях повышенной влажности и более низких температур – ведь они постоянно находятся в тени. Этот ярус леса отличается высокой сыростью. Филодендроны и многие другие зеленые обитатели подлеска превратились в популярные комнатные растения. Животные представлены здесь древесными змеями, амфибиями, носухами и крыланами.
К числу обитателей самого нижнего яруса дождевого леса – лесной подстилки – относятся муравьеды и другие крупные звери, а также термиты, муравьи, скорпионы и гигантские дождевые черви. Именно здесь происходит важнейший процесс в жизни леса – разложение растительного материала. Живущие в лесной подстилке бактерии и грибы разрушают мертвые ткани и высвобождают питательные вещества в почву для их повторного использования растениями и животными.
Девственные дождевые леса поражают красотой и разнообразием. Но в наши дни они интенсивно уничтожаются. Вырубка деревьев на древесину, под строительство дорог и поселений приводит к дроблению лесных массивов на все более мелкие участки и превращение лесных угодий в сельскохозяйственные. Череду событий, сопровождающих утрату лесом биоразнообразия, и общие последствия вырубки лесов можно использовать в качестве удобных моделей для прогнозирования событий, которые могут произойти в результате сокращения биоразнообразия нашего собственного суперорганизма.
Слишком интенсивная вырубка деревьев-великанов, возвышающихся над пологом дождевого леса, оборачивается печальными последствиями не только для живущих на них существ, но и для животных и растений, населяющих нижние ярусы.
Катастрофические изменения лесной экологии вызывает расчистка леса под сельскохозяйственные угодья, когда за считаные дни исчезают обширные участки джунглей. Менее очевидные изменения вызывает сооружение лесных дорог. В результате их прокладки увеличивается число деревьев, вынужденных расти на границе леса, где сильно изменяются характер ветров, уровень освещенности и влажности, а эти факторы могут оказывать сильное влияние на рост и устойчивость некоторых древесных пород. Животные, использующие такие деревья в качестве источников пищи и/или укрытий, будут вынуждены покинуть их. И если они не найдут им равноценной замены, это может привести к изменению численности и динамики популяций.
Если исчезнет защитный лесной полог, живущие под ним растения подлеска окажутся подверженными всем изменениям местного климата. При изменении окружающих условий и истончении лесного полога в подлесок устремятся потоки прямого солнечного света. В результате в этом ярусе леса усилится испарение воды и повысится температура воздуха. А это в свою очередь приведет к оскудению источников корма животных и уменьшению количества доступных для них укрытий. События будут следовать друг за другом по принципу домино.
Вырубка леса и изменение условий окружающей среды сильно влияют как на биоразнообразие экосистемы в целом, так и на численность каждого из населяющих ее видов живых существ. При изменении среды и видового разнообразия возникает «эффект домино»: изменения одной группы живых существ вызывают изменения других групп. Недавно такую зависимость обнаружила международная группа ученых, изучавшая видовой состав популяций растений и грибов на границах между дождевым лесом и сельскохозяйственными землями.
Коралловые рифы
Второй, не менее полезный пример экологических взаимодействий между многочисленными видами живых существ – жизнь кораллового рифа. Мало кто видел красоту коралловых рифов воочию, но почтовые открытки не врут. Они действительно представляют собой одно из величайших сокровищ природы. Коралловые рифы – не только богатые жизнью морские экосистемы с непропорционально высоким биоразнообразием на единицу площади, но и защитные барьеры для береговых линий и очищающих воду мангровых лесов. Три самых крупных коралловых рифа на Земле – это Большой Барьерный риф у побережья Австралии, барьерный риф, протянувшийся вдоль побережья Белиза (Центральная Америка), и Флоридский риф неподалеку от островов Флорида-Кис. Коралловые рифы образованы мириадами известковых скелетов коралловых полипов – крошечных морских животных, близких родственников актиний. Твердый наружный скелет защищает полипа и служит опорой его мягкому нежному тельцу.
Кораллы живут в симбиотических отношениях с водорослями зооксантеллами. Водоросли обеспечивают кораллы кислородом и энергией, вырабатываемыми в процессе фотосинтеза. Кроме того, водоросли образуют сахара, служащие кораллам дополнительным источником пищи в бедной питательными веществами среде. Кораллы дают водорослям неорганический углерод (в виде углекислого газа) и подкисляют микросреду, облегчая тем самым процесс фотосинтеза для водорослей. Различную окраску кораллам придают в большей степени водоросли, нежели полипы. На коралловом рифе или поблизости от него обитают тысячи видов живых существ, и их выживание напрямую связано с жизнеспособностью рифа. Среди наиболее распространенных его обитателей – морские коньки и другие рыбы, омары, губки, голожаберные моллюски, морские змеи, морские звезды, морские ежи, двустворчатые моллюски и улитки.
Коралловые рифы, как и люди, имеют бактериальных и вирусных партнеров. Изучение сложных взаимодействий между различными обитателями коралловых рифов дает ученым ценные ориентиры для понимания сосуществования человека с его многочисленными партнерами-микробами, а также тех рисков, которыми чревато снижение его собственного внутреннего биоразнообразия. С коралловым рифом связано возникновение понятия «холобионт», введенного в науку в 1992 г. биологом-теоретиком Дэвидом Минделлом. Холобионт – это организм-хозяин вместе со своими симбионтами, то есть сосуществующими с ним живыми организмами других видов. Таким образом, холобионт – это группа организмов, симбиотический комплекс, который изменяется в процессе эволюции. В случае кораллового рифа холобионтом является вся совокупность составляющих его видов, каждый из которых зависит от жизни рифа в целом.
Недавно ученые использовали коралловый риф во всем его видовом многообразии в качестве аналога для описания жизни человека вместе с его микробными партнерами. Человек также является холобионтом. И если человеко-микробный холобионт «недоукомплектован», по сути дела он представляет собой дефектный организм – биологически неполноценное существо. Человеческий микробиом подвержен повреждениям и разрушению точно так же, как и коралловые рифы. Последствия этих процессов тоже схожи – они предсказуемы и потенциально катастрофичны.
Кораллы очень чувствительны к изменениям окружающих условий и порой повреждаются от одного лишь прикосновения ласта аквалангиста или лодочного якоря. Загрязнение воды, инфекционные болезни, чрезмерный вылов рыбы, использование рыболовных сетей, цунами, штормы и климатические изменения – все эти факторы могут сильно повредить здоровью рифа. Как и в случае тропического дождевого леса, многочисленные виды, жизнь которых неразрывно связана с жизнью рифа в целом, тесно взаимодействуют друг с другом, так что любое изменение в состоянии одного из видов неизбежно отразиться и на состоянии других. Коралловым рифам нужна чистая вода: для осуществления фотосинтеза партнерам кораллов, водорослям, требуется много солнечного света. Загрязнение воды и заиливание моря, связанные с жизнью крупных прибрежных городов и землечерпательными работами, могут лишить водоросли достаточного количества света. А это повышает риск заболевания и разрушения кораллового рифа в целом.
Поскольку своей красивой расцветкой кораллы обязаны полезным микроводорослям, существует простой способ оценки их состояния: ухудшение здоровья водорослей приводит к обесцвечиванию кораллов. Они утрачивают свои яркие цвета и предстают перед ныряльщиками в виде белеющих в воде невзрачных известковых конструкций. На протяжении последних десятилетий обесцвечивание кораллов во всех морях планеты постоянно усиливается.
Другой тип разрушения кораллов обнаруживает поразительное сходство с эпидемией ожирения среди людей. Он связан с интенсивным ростом крупных разновидностей водорослей, не обеспечивающих жизнедеятельность коралловых полипов. Эти макроводоросли способны погубить многих обитателей рифов. Чрезмерное содержание питательных веществ в морской воде вследствие ее загрязнения в сочетании с недостаточным поеданием крупных водорослей рыбами может привести к опасному разрастанию этих вредных «морских сорняков». Этот процесс во многих отношениях напоминает развитие воспаления, связанного с ожирением, у людей. Чрезмерное потребление питательных веществ вызывает такие изменения в нашей собственной экосистеме, которые
привлекают микробных партнеров, нуждающихся в этих специфических «нутриентах ожирения» и в свою очередь еще сильнее изменяющих нашу внутреннюю среду. Когда морская вода становится чрезмерно питательной и начинают разрастаться крупные водоросли, жизнеспособность кораллового рифа снижается. Если населяющие риф рыбы не в состоянии достаточно быстро уничтожать эти водоросли, риф начинает погибать.
В последнее время человечество наконец-то обратило должное внимание на плачевное состояние тропических дождевых лесов, коралловых рифов и других сложных биологических экосистем. Мы все острее осознаем биологические риски, связанные с разрушением этих природных комплексов, и все четче представляем себе и благотворные факторы, обеспечивающие их жизнеспособность, и пагубные влияния, приводящие к их гибели. В этой связи возникает важный вопрос: когда же наконец люди проявят такую же озабоченность состоянием своей собственной внутренней экосистемы и начнут принимать такие же действенные меры по ее защите от разрушения?
Сад нашего тела
Как уже отмечалось в главе 1, микробиом – это совокупность тысяч различных видов бактерий, грибов и вирусов, живущих внутри и на поверхности тела. Эти микробы представляют все три домена жизни – эукариот (Eukaryota), архей (Archaea) и бактерий (Bacteria). Считается, что на нашей коже живет примерно 1000 различных видов бактерий, большинство из которых относится к типу актинобактерий (Actinobacteria).
Микробиом кишечника представлен главным образом бактериями, относящимися к двум типам – Bacteroidetes и фирмикуты (Firmicutes; например, присутствующие в йогурте лактобациллы). Но масса наиболее интересных различий отмечается на уровне отдельных видов бактерий, их генов и метаболических профилей. По мнению ученых, в кишечнике, как и на коже, живет порядка 1000 видов бактерий. Но кишечные бактерии отличаются от кожных не только видовой принадлежностью, но и генетическими характеристиками. Общее количество генов кишечных бактерий во всей человеческой популяции достигает почти 10 млн, но большинству людей свойственна лишь небольшая часть этих генов. Некоторые бактерии представлены множеством штаммов, слегка различающихся числом копий генов и характеристиками. Штаммы некоторых видов кишечных бактерий различаются своими генами аж на 25 %.
Недавно международный консорциум ученых представил 3D-карту микробиоты примерно на 400 различных участках человеческой кожи. Полученные данные еще раз подтвердили преимущества экологического подхода для понимания характера распределения микробов на поверхности человеческого тела. На лице, спине и груди, где находится множество сальных желез, преобладают одни виды бактерий, а в области паха, для которой характерен более теплый «микроклимат» с повышенной влажностью, – другие.
«Топографические» особенности распределения микробов касаются не только кожи, но и всего человеческого тела. Его отдельные участки, по сути дела, представляют собой различные экологические регионы, различающиеся такими характеристиками, как кислотность, содержание кислорода, температура, доступность питательных веществ и влажность. Эти локальные различия влияют на состав микробных «смесей», способных жить в том или ином месте тела. Метафорически говоря, одни микробы предпочитают жить во Флориде, а другие – на Аляске. Хотя рот, желудок, толстый и тонкий кишечник представляют собой отделы одной и той же анатомической структуры – пищеварительного тракта, они сильно различаются профилями населяющих их микробов. Точно так же, как микробная смесь нашего рта сильно отличается от микробной флоры влагалища. Микробы хотят жить там, где они имеют доступ к пище и могут расти и размножаться, а мы хотим, чтобы их местожительство ограничивалось только этими специфическими участками нашего тела.
Попав «не на свое место», обычно дружественные нам микробы могут стать причиной болезни. Так, проникнув в полость тела, кишечные бактерии способны быстро вызвать септический шок – и смерть человека. Так что каждый микроб «правильно» работает только в собственном закрытом сообществе.
Микробы, живущие в различных местах нашего тела, имеют древнюю историю взаимодействия именно с теми клетками, из которых и состоят эти части тела. Сотруднические отношения между ними вырабатывались веками и тысячелетиями. И, как будет показано в последующих главах книги, они даже делятся друг с другом самыми разными продуктами – от короткоцепочечных (летучих) жирных кислот (КЦЖК) до генов.
Чтобы лучше уяснить себе ситуацию, вообразите, что вы выращиваете микробный сад. Каждый «комплект» микробов имеет определенные потребности для своего роста и жизнедеятельности. Одни любят тепло, другие – прохладу. Одни хорошо себя чувствуют в очень кислой среде, другие – в более щелочной. Некоторые микробы любят свет, а другие ненавидят его. Есть микробы, нуждающиеся в кислороде, а есть такие, которые не выносят его присутствия.
Микробы, о которых нам чаще всего приходится слышать, составляют лишь небольшую часть нашего общего микробиома. В дискуссиях по поводу пробиотиков нередко звучат такие названия, как лактобациллы, бифидобактерии, фирмикуты и бактероиды. Но существует и масса других микробов, и многие из них отнюдь не бактерии.
Человек может утратить свою биологическую целостность в результате экологических изменений того же типа, что влияют на состояние тропических дождевых лесов и коралловых рифов. Недавно Донна Билз назвала этот процесс истощением биома. Отсутствие привычных микробных партнеров оказывает пагубное воздействие на наши собственные клетки и ткани. Какой, казалось бы, вред может причинить нашему организму утрата нескольких микробов, если наш микробиом содержит их многие тысячи видов? Как-нибудь переживет! Но экологические исследования свидетельствуют о том, что этого может и не случиться.
Поддержание здоровой жизнедеятельности таких сложных экосистем, как человеческий суперорганизм, имеет два слабых звена. Во-первых, преобладающие в экосистеме виды могут обладать особым комплексом потребностей, от удовлетворения которых зависит их выживание и сохранение главенствующего статуса в экосистеме. Виды, представленные в экосистеме в наибольшем изобилии, потребляют наибольшее количество пищи и, соответственно, производят основную массу метаболитов и шлаков, тем самым влияя на общее состояние среды экосистемы. В известном смысле они определяют объем ресурсов, доступных для остальных видов. Изменение доступности пищи и других условий системы может повлиять и на доминирующий статус самих этих видов, и в результате – на среду обитания большинства других видов.
Ученые провели массу исследований, посвященных таким группам преобладающих видов в самых разных экосистемах, например в тропических лесах и человеческом кишечнике. Но опять же, господствующее положение, которые некоторые виды занимают в экосистеме, далеко не всегда соответствует их значимости в ее жизни. Фактически в экосистемах, отличающихся высоким биоразнообразием – таких, например, как дождевой лес, наш кишечник, кожа, дыхательные пути и репродуктивная система, – критические функции (например, содействие
созреванию иммунной системы) выполняют как раз редкие или малочисленные виды. Но когда экосистема подвергается повреждениям, они могут оказаться самыми уязвимыми. Такие виды живых организмов называются ключевыми. В таких экосистемах недостаток резервов, необходимых для поддержания критических функций, которые выполняют редкие виды, может стать главным фактором утраты экосистемой жизнеспособности.
В тропическом дождевом лесу 55 % видов деревьев, участвующих в выполнении критических функций, представлены в репрезентативных выборках единичными экземплярами. Удалите их – и целый участок леса станет нежизнеспособным. А теперь вновь вспомним о нашем кишечнике, коже и дыхательных путях. Разные отделы кишечника заселены сильно различающимися микробными видами, приспособленными к поддержанию специфических физиологических функций этой части пищеварительной системы (сильно различаются, например, микробы толстого и тонкого кишечника). Заботясь о здоровье внутренней экосистемы человека, приоритеты нужно отдавать самым слабым звеньям в каждом из отделов кишечника. Сказанное можно проиллюстрировать примером из жизни лабораторных животных.
На долю сравнительно редкой, узкоспециализированной бактерии аккермансии (Akkermansia) приходится всего 3–5 % всей бактериальной кишечной флоры. Тем не менее эти бактерии играют важную роль во взаимодействиях с клетками кишечного эпителия и регуляции выработки слизи. Слой слизи имеет критическое значение для того, чтобы удерживать другие бактерии на безопасном расстоянии от нашей кишечной выстилки и находящихся в ней иммунных клеток. Если количество аккермансий в кишечнике снизится, что иногда происходит при изменении некоторых условий среды, кишечник утрачивают одну из своих критических функций – поддержание нормального состояния своей слизистой выстилки. Снижение численности аккермансий ученые связывают с одной из форм воспаления, способствующей развитию ожирения.
Неудивительно, что вплоть до недавнего времени бактерии аккермансии оставались малоизученным компонентом кишечной микробиоты: учитывая их малочисленность, у ученых не было достаточных оснований считать их важным компонентом кишечной микрофлоры. А сегодня отсутствие аккермансий рассматривается в качестве одного из главных факторов развития множества воспалительных болезней и состояний. Защита самых уязвимых и наиболее важных звеньев, способствующих поддержанию здорового микробиома и эффективной физиологии человека, становится, похоже, приоритетной задачей медицины.
О том, чем чревато разрушение, повреждение или даже утрата микробиома, наглядно свидетельствуют многочисленные исследования на грызунах и других лабораторных животных. Сценарий этих событий напоминает мне сюжетную линию классического фильма Фрэнка Капры «Эта прекрасная жизнь» (It’s a Wonderful Life). Мы располагаем достаточной информацией, чтобы заглянуть немного вперед и увидеть, что ожидает живое существо с поврежденным микробиомом. Ничего хорошего! И совсем не то, чего можно было бы пожелать себе или своим детям.
Когда мы теряем своих микробных партнеров, нормальное развитие и функционирование организма изменяется – и не в лучшую сторону. Свидетельства этого известны ученым уже довольно давно. Еще в 1971 г. был опубликован исчерпывающий обзор научных данных о том, какие эффекты развиваются у лабораторных животных в отсутствии микробиома; его выводы позволяют точно предсказать, что ожидает человека, когда он как биологический вид остается наедине с самим собой. Без микробных партнеров его жизнь превращается в сплошную череду биологических нарушений и болезней, завершающуюся смертью.
В качестве примера рассмотрим 40–50-летний опыт разведения и изучения двух типов мышей – гнотобиотических (абсолютно стерильных) и лишенных части микробов. Эти мыши содержатся в стерильных условиях, едят стерильную пищу и даже рожают своих детенышей – по крайней мере на первых порах – с помощью кесарева сечения. Мыши-гнотобиоты полностью лишены бактерий, включая и нормальную микробиоту. Чтобы выжить, они должны получать особые пищевые добавки. Это связано с тем, что кишечные бактерии образуют специфические питательные вещества, необходимые животным для здоровой жизни, а клетки млекопитающих их вырабатывать не могут. К числу таких питательных веществ относится, например, жирорастворимый витамин К. Уровень образуемых бактериями витаминов и других метаболитов имеет критическое значение для выживания животных. Так, например, если мыши-гнотобиоты получают в качестве пищи стандартный сухой корм для грызунов, через три дня они заболевают и погибают. Страдают они и дефицитом тимидина, так как им недоступен образуемый бактериями тимидин. Грызуны, полностью лишенные микробиома и не получающие добавок бактериальных метаболитов, обречены на скорую гибель.
Но и это еще не все. На долю одного из отделов кишечника, слепой кишки, у грызунов обычно приходится от 6 до 10 % общей массы тела. При полном отсутствии кишечных бактерий слепая кишка сильно увеличивается в размерах и составляет от 20 до 25 % массы тела; это осложнение может привести к гибели животного. Сердце, напротив, уменьшается в размерах, что сопровождается ослаблением кровотока и снабжения тканей кислородом. Двигательная активность животных также снижается. Отмечается недостаточность иммунной системы и иммунных ответов.
Как же живут мыши, полностью или частично лишенные микробиома? Прежде всего их приходится содержать в стерильных лабораторных условиях. Оказавшись в обычных условиях, они быстро погибают от инфекций. По информации одного из производителей гнотобиотических мышей (компании Taconic), для поддержания их жизнедеятельности в корм необходимо добавлять смеси пробиотиков. В противном случае животные будут страдать от дефицита витамина К, поскольку его вырабатывает микробиом. Интересно отметить, что лечение людей антибиотиками может привести к значительному снижению уровня витамина К, поскольку антибиотики убивают и кишечных бактерий.
Как и в случае тропического дождевого леса и кораллового рифа, повреждение или разрушение «микробиомного сада» человека приводит к самым серьезным последствиям. Чтобы жизнь была здоровой и долгой, наш микробиом должен быть полноценным, а мы сами – иметь доступ к достаточному разнообразию микробных партнеров.
3. Невидимый человеческий суперорганизм
Люди состоят главным образом из микробов. Ученые подсчитали, что количество микробов, живущих внутри и на поверхности нашего тела, в 10 раз больше, чем его собственных клеток. А генетики, сравнив количество микробных и человеческих генов, обнаружили, что в еще большей степени наша «микробная природа» выражена на генетическом уровне; в наших клетках содержится примерно 22 000 генов, свойственных млекопитающим, а количество микробных генов, которые мы носим с собой, составляет приблизительно 10 млн. Всю совокупность этих микробных генов, включая гены бактерий, вирусов, грибов и паразитов, по праву можно назвать нашим вторым геномом.
Второй геном важен не только из-за его громадного численного превосходства. Изменить человеческий геном – значит изменить
хромосомы в каждой клетке нашего тела. Хромосомы представляют собой нитевидные структуры, которые присутствуют во всех живых клетках, состоят из нуклеиновых кислот и белков и содержат гены. Учитывая общее количество подлежащих изменению хромосом и клеток, следует признать, что переделка человеческого генома – невероятно сложная задача. Но если человеческие гены изменить очень трудно, то замена микробных генов особых проблем не представляет. По сути дела, достаточно изменить микробную «смесь» тела, а это автоматически приведет и к изменению микробных генов. Этот факт дает в распоряжение ученых и медиков новую мощную стратегию для улучшения нашего здоровья и физического благополучия.
Другая проблема, возникающая при изменении человеческого генома, связана с тем обстоятельством, что многие гены млекопитающих работают группами. Попытка изменить один ген может запустить цепную реакцию в других генах, что приведет к неполной экспрессии некоторых генов. А это в свою очередь чревато изменением или даже утратой некоторых функций организма. Даже если подобрать «правильную смесь» генов, с большинством неинфекционных болезней ей, скорее всего, справиться не удастся. Похоже, лечение таких заболеваний, как астма, диабет, ожирение и аутизм, требует изменения многих генов и метаболических путей, связанных с иммунной системой, а также с различными органами и тканями. В любом случае основное ограничение терапии, предполагающей манипуляции с человеческими генами, состоит в том, что она нацелена лишь менее чем на 1 % нашего общего количества генов (первый плюс второй геном).
А теперь задумаемся над возможностью манипуляций с нашими микробными генами – а на их долю приходится 99 % общего количества наших генов! – путем замены кишечных и кожных микробов. И это отнюдь не научная фантастика. Ученые и клиницисты уже доказали работоспособность этой концепции. Они уже научились осуществлять такие изменения и располагают всеми необходимыми для этого методами. Описывая в этой главе человеческий суперорганизм, основное внимание я буду уделять нашим генам – как микробным, так и сугубо человеческим: какое влияние они оказали на нашу историю и современное состояние и как они могут повлиять на наше будущее и будущее наших детей.
Новые семейные отношения
Перефразируя слова популярной песни We Are the World («Мы – это мир»), написанной в 1985 г. Майклом Джексоном и Лайонелом Ричи и исполненной большой группой американских певцов, без преувеличения можно сказать, что каждый из нас – «это целый мир» живущих внутри и на поверхности тела микробов. Человек – это микрокосм, состоящий из тысяч видов живых организмов. Ты не одинок. Ты – нечто гораздо большее, чем даже можешь вообразить себе. Существа, живущие в каждом из нас, живут также в миллионах других людей в самых разных уголках мира. Даже в тех уголках планеты, где мы никогда не были. И мы связаны со всеми этими людьми «микробными» родственными узами. Потому что микробы каждого из нас – родственники микробов тех людей, которые живут на других континентах планеты сегодня и жили на Земле за многие десятилетия до нас.
В недалеком прошлом мы относились к таким микробам «общего пользования» резко отрицательно – ведь чаще всего они вызывают разгуливающие по всему свету инфекции. Именно так возникали эпидемии чумы, оспы, тифа, туберкулеза и полиомиелита. Но по миру разгуливают и живущие в нас микробы, которые обычно не вызывают никаких болезней и обеспечивают надлежащее созревание и функционирование нашего организма. Размышляя о своем родстве с жителями других континентов, мы, как правило, вспоминаем лишь общность наших предков. Но если учитывать общий «генный состав» людей, включая и микробные гены, всеобщее родство оказывается почти неизбежным.
Семейные связи всегда отличались большой прочностью и сохранялись тысячелетиями. Кровные узы составляли основу сообществ, племенных союзов и кланов во многих семейно-родовых культурах. Кровные родственники носили особые одежды или украшения, указывающие на их принадлежность к определенному роду – будь то шотландский тартан, нитка бус или татуировка на коже. Геральдические символы на щитах и доспехах, а иногда и семейные девизы обозначали родовую принадлежность воинов во время битв и сражений. В старину, когда даже многие аристократы были неграмотными, эти символы заменяли людям личную подпись в письмах и на официальных документах.
Долгое время родство составляло и основу политики, а во многих местах – от Казахстана до Кеннебанкпорта в штате Мэн – оно продолжает оставаться ее основой по сей день. Большинство из нас и сегодня воспринимает семейную принадлежность как один из неотъемлемых принципов мироустройства.
Наши предки не видели микробов и ничего не знали о них, как, например, ничего не знали о красном пигменте крови гемоглобине. До сравнительно недавнего времени ничего не знали они и о том, что означает для организма присутствие или отсутствие в нем микробов. Сегодня все больше биологов во всем мире начинают понимать, что, возможно, потеря микробов значит даже больше, чем их передача по наследству от родителей детям. Основываясь на результатах исследований, профессор Нью-Йоркского университета Мартин Блейзер в недавно опубликованной книге «Когда не хватает микробов» (Missing Microbes) высказывает мнение, что люди попросту не могут позволить себе и дальше лишаться микробного разнообразия, которое и так уже быстро сокращается – отчасти из-за злоупотребления антибиотиками. Автор этой прекрасно аргументированной книги убедительно показывает все преимущества создания и поддержания здорового «семейного» микробиома.
Подобно древним шотландцам, щеголявшим клановыми тартанами, мы должны с гордостью носить «геральдические цвета» своих микробиомов и всячески стараться защитить их и сохранить в целости и сохранности. Переключая внимание с первого генома, состоящего из человеческих генов (то есть генов млекопитающих), на более многочисленный второй (микробный) геном, мы, похоже, меняем и свое отношение к вопросам происхождения и наследства.
Не исключено, что представление о человеке как суперорганизме в корне изменит и представления об извечной «битве полов», занимающей центральное место в самых разных культурах. Вот ведь какие фундаментальные проблемы позволяет решать новый подход к человеку! Взаимоотношения между мужчинами и женщинами, мужьями и женами предстают при этом совершенно в новом свете. Недавно мы вместе с женой провели исследование и написали статью, посвященную недооцененной роли женщин в истории ювелирного дела в Шотландии. Мы обнаружили, что женщины оказывали сильное влияние на состояние всей этой отрасли; пользуясь своими семейными связями, они определяли, например, какие юноши шли в подмастерья к тем или иным ювелирам и даже какие изделия производили мастера. Мужчинам оставалось лишь учить присланных к ним учеников и выдавать требуемую продукцию.
На всем протяжении человеческой истории существовали два основных типа учета происхождения, родства и наследования – патрилинейность (по отцовской, то есть мужской, линии) и матрилинейность (по материнской, то есть по женской,
линии). Значение имело также место, где поселялись молодожены – в доме (общине) отца мужа (патрилокальность) или матери жены (матрилокальность). Кроме того, существовали правила, определявшие, какая сторона (жениха или невесты) платит за привилегию вступления в брак, кто наследует семейную собственность и т. д.
Сходные правила распространялись и на формы перехода власти (например, монархической), и на состав выборщиков, решавших, кто будет править общиной (так, предводители некоторых коренных американских племен избирались женщинами). Хотя на всем протяжении человеческой истории (включая и наши дни) существовали общества, в которых доминирующую роль играли либо мужчины, либо женщины, примерно 80 % из них были патриархальными. По мнению антропологов, главная причина такого неравенства – войны. Матрилинейная система происхождения и наследования (от матери к дочери) нередко была связана с озабоченностью людей относительно достоверности отцовства. Главной же движущей силой патрилинейности стало стремление сохранить целостность фамильного человеческого генома (то есть немикробного генома) в родословной.
Правила родства и правопреемства делают жизнь гораздо более интересной. Взять хотя бы знаменитый исторический факт, бесконечно обыгрываемый в кинофильмах, телевизионных шоу и даже операх – английский король Генрих VIII и его многочисленные жены.
Можно утверждать, что английский протестантизм возник потому, что Генрих VIII не смог заставить хотя бы один из своих сперматозоидов, несущих Y-хромосому, оплодотворить яйцеклетку какой-нибудь из его жен-королев. Но, согласно биологическим представлениям XVI в., вина за неспособность произвести на свет ребенка мужского пола целиком возлагалась на женщин. Однако даже если бы у Генриха родился наследник мужского пола, истинное генетическое наследие он получил бы с микробным геномом своей матери. Поскольку единственный сын Генриха умер в 15-летнем возрасте, королевой Англии впоследствии стала его дочь Елизавета. Когда Елизавете, дочери второй жены Генриха VIII Анны Болейн, было три года, ее мать казнили. Но так как микробный геном составляет 99 % всех наших генов и наследуется от матери, Елизавета была королевой в гораздо большей степени по линии Анны, нежели по линии одержимого наследником Генриха.
По свидетельству современников, во время беременности Анна объедалась яблоками; возможно, это помогло ей сформировать особый микробиом, переданный ею затем Елизавете. За две недели до родов она удалилась в покои, которые, по описанию очевидцев, напоминали собой нечто среднее между молельней и больничной палатой, обитой войлоком. С приближением родов в покои Анны стали допускаться только женщины. Это позволяет предположить, что все «сторонние» микробы, переданные ей, а затем и Елизавете через кожные контакты, принадлежали придворным дамам, а не королю Генриху. Елизавета появилась на свет 7 сентября 1553 г. в результате естественных родов; биология младенца полностью сформировалась под влиянием микробиома, переданного ему Анной Болейн. Очевидцы отмечают, что от Генриха Елизавета унаследовала рыжие волосы, а от Анны – темные глаза. Но, разумеется, когда Елизавета всходила на британский престол, им и в голову не могло прийти, что в ее теле было гораздо больше генов Анны, чем Генриха.
Если оценить вклады Анны и Генриха в геном Елизаветы – учитывая тот факт, что ее геном, как и у всех людей, примерно на 99 % состоял из микробных генов и лишь на 1 % из человеческих, – получается, что от Генриха Елизавета унаследовала всего 0,5 %, а от Анны Болейн – 99,5 % общего количества генов (не считая немногочисленных микробных генов, полученных ею от акушерок и, возможно, от кормилиц). Так представитель какого же рода взошел в конце концов на английский трон? По большей части – рода Болейн.
Хотя Елизавета твердой рукой правила Англией в течение 45 лет, она так никогда и не вышла замуж и не произвела на свет королевского наследника. Вопрос о ее праве на престол породил серьезные распри. За эту честь с Елизаветой соперничала ее кузина, шотландская королева Мария Стюарт; полная драматизма борьба за власть двух королев стала легендой. Чтобы прекратить притязания Марии на английскую корону, Елизавете пришлось держать кузину в заточении и в конце концов казнить ее. Но по причудливому капризу судьбы преемником Елизаветы на английском престоле стал сын Марии Яков, который еще в детском возрасте был провозглашен королем Шотландии. И Мария продолжала жить внутри тела Якова и на его поверхности – благодаря кишечным микробам, которыми она снабдила его пищеварительную систему во время родов, и кожных микроорганизмов, которые она передала малышу, нянча его на руках. Большинство микробов и генов, переданных по наследству Анной Болейн ее дочери Елизавете или шотландской королевой Марии ее сыну Якову, не имели никакого отношения к родству, определяемому человеческими генами. Микробы содержали гораздо больше биологической информации. Не пора ли писать новые сценарии для фильмов и новые либретто для опер про короля Генриха и Анну Болейн?
Чтобы отыскать примеры сообществ, где власть, деньги и даже слава передавались по наследству по отцовской линии, далеко углубляться в историю не придется. Патрилинейность и в наши дни господствует в некоторых культурах и обществах, а ее пагубное влияние, возможно, даже усиливается. Ее существование, по-моему, обусловлено тем, что я называю «однопроцентным мышлением» – убежденностью, что передача хромосом из поколения в поколение наследниками мужского пола и обеспечивает фамильное благосостояние и подлинность родословной. С биологией такое представление не имеет практически ничего общего.
Предпочтительное отношение к сыновьям, зародившееся в некоторых земледельческих культурах и охватившее всю планету, связано с расхожим мнением, что они могут больше заработать. Обычай давать за невестой приданое, обеспечивавшее ей право выйти замуж, также способствовал «обесцениванию» женщин. В XX в. эта архаичная традиция переплелась с новыми технологиями и приняла поистине опасные формы. Возникшая в 1980-х гг. возможность пренатального определения пола ребенка сильно изменила положение дел сначала в Китае, а затем и в других странах мира. Эта практика в совокупности с возможностью селективного прерывания беременности имела ужасное, но вполне предсказуемое последствие – искусственный отбор в человеческой популяции, направленный против женщин. Плоды женского рода абортировались, а мужского сохранялись. Понятно, что такая практика чревата серьезными и долгосрочными биологическими последствиями.
Предрассудок, согласно которому семейную линию продолжают отпрыски мужского пола, основан на псевдонаучном представлении, что именно непрерывная череда мужчин обеспечивает передачу «надлежащих» родовых генов. Но, как уже отмечалось, хромосомы, передаваемые из поколения в поколение мужчинами, содержат менее 1 % общего количества присущих нам генов. В то же самое время 99 % передаваемых в череде поколений микробных генов наследуются в семьях по женской линии. Представители некоторых культур – как, например, древние шотландские пикты – понимали
истинное положение дел.
Китай, самая многочисленная страна мира, в 1979 г. начал претворять в жизнь программу «Одна семья – один ребенок», разрешавшую супружеским парам обзаводиться только одним малышом. Если первым ребенком была девочка, в некоторых провинциях семьям разрешалось иметь двоих детей. По первоначальным замыслам, программа должна была охватить лишь одно поколение людей, но потом власти ее продлили. Ограничение численности семьи вкупе с культурно-историческими предпочтениями китайцев в пользу рождения сыновей привели к критическому переизбытку мужчин и недостатку женщин в стране. Согласно данным Бюро информации по вопросам народонаселения (США), сегодня в Китае насчитывается более 41 млн холостяков, а к 2020 г. эта цифра может возрасти до 55 млн. Безысходность ситуации вынудила китайские власти в 2013 г. объявить о смягчении демографической политики и разрешить супружеским парам обзаводиться двумя детьми.
Не лучше и ситуация в Индии. В 2013 г. в газете New York Times была опубликована статья, посвященная «мужской проблеме» в этой стране. Ее автор заключает, что переизбыток в Индии неженатых мужчин привел к возрастанию уровня насилия в отношении женщин. Кроме того, в некоторых регионах Индии – особенно там, где девушек принято выдавать замуж с приданым, – остро стоит проблема селективных абортов по признаку половой принадлежности. Хотя были приняты законы, призванные изменить традицию приданого и запрещающие аборты, их практическое исполнение проблематично.
Представление, которое сегодня считается биологической полуправдой, стало причиной бесчисленного множества конфликтов, войн, распрей из-за наследства и даже гендерно-селективных абортов и детоубийств. Его в свою очередь породил довлеющий над нами предрассудок, что мы таковы, какими нас видят другие люди. Такому подходу к оценке человека способствует и реклама в нашей глянцевой онлайн-культуре. Всем нам нравится красивое человеческое тело и его изображения. Но эти изображения двуногих млекопитающих – совсем не то, что мы представляем собой на самом деле. Человек – не просто тело, человек – это суперорганизм. Если хотите отыскать свою истинную сущность, понять, что сокрыто в недрах вашего тела, научиться управлять своим здоровьем, настроением и взаимоотношениями с окружающими людьми, постарайтесь постичь ту часть своего суперорганизма, на долю которой приходится 99 % его генов.
Подарок новорожденному
Микробиом новорожденного малыша начинает формироваться во время его появления на свет. Но, развиваясь в матке, малыш также подвергается воздействию некоторых микробов (например, бактерий плаценты), что, несомненно, способствует его пренатальному иммунному созреванию.
Плацентарное сообщество бактерий немногочисленно и включает представителей таких типов, как Firmicutes, Tenericutes, Proteobacteria, Bacteroidetes и Fusobacteria. Плацентарный микробиом, похоже, сильнее всего напоминает микробиом полости рта. Разнообразие микробов здесь, по-видимому, тесно связано с пренатальным развитием малыша. В недавно проведенном исследовании группа пекинских ученых обнаружила, что плацентарные микробиомы женщин, вынашивавших детей с нормальным и недостаточным весом при рождении, значительно различались. Плаценты женщин, вынашивавших малышей с недостаточным весом тела, отличались меньшим бактериальным разнообразием и пониженным процентным содержанием лактобактерий, или лактобацилл (Lactobacillus).
Огромную роль в формировании микробного разнообразия, наследуемого будущим ребенком, играют условия жизни матери, включая диету, стрессы и прием лекарств (например, антибиотиков). А самое главное событие в процессе обсеменения новорожденного микробами – момент его появления на свет. Именно во время продвижения по влагалищу малыш заражается как вагинальными микробами, так и микробами материнской слепой кишки – начального отдела толстого кишечника, снабженного червеобразным отростком (аппендиксом). Одними из первых в кишечнике новорожденного появляются бактерии, способные жить как в присутствии кислорода, так и без него – например энтеробактерии (семейство Enterobacteriaceae), которых вскоре замещают несколько разновидностей анаэробных («ненавидящих кислород») бактерий – бифидобактерии (Bifidobacterium), бактероиды (Bacteroides) и клостридии (Clostridium).
Эти микробы и являются первыми биологическими партнерами новорожденного младенца. К числу микробов относятся такие древние и чрезвычайно просто устроенные формы жизни, как бактерии, вирусы, микроскопические грибы и некоторые эукариотические существа (то есть организмы, чьи клетки содержат ядро, например дрожжи). Поскольку физиологические системы младенца активно созревают в течение первых 5–12 месяцев жизни, взаимодействие его организма с этими первыми микробными поселенцами оказывает сильное и продолжительное влияние на развитие органов и тканей.
Процесс «посева» микробиома завершают кожные контакты между матерью и ее ребенком, а также его грудное кормление. Организм малыша засевается при этом специфическими микробами, многие из которых отличаются от микробов, полученных им во время родов. Выхаживание недоношенных младенцев, предполагающий длительный кожный контакт между матерью и ребенком, получило название «метода кенгуру». «Кенгуру» не только способствует формированию кожного микробиома недоношенного малыша, но, похоже, и позволяет ему быстро догнать в развитии доношенных детей. Когда младенец подрастает и источники его пищи становятся более разнообразными, его микробиом начинает меняться.
Идеальная пища для младенца – грудное молоко. Одно из исключений из этого правила – чрезмерная зараженность грудного молока токсическими веществами, способными причинить вред ребенку. Грудное молоко не только обеспечивает организм малыша специфическими иммунными факторами, защищающими его от инфекций, но и содержит особые сахара (олигосахариды), которые наш организм переваривать не может, но которые нужны нашим микробам. Состав грудного молока словно специально рассчитан на кормление микробов, только что заселивших кишечник малыша, и способствует их созреванию на ранних стадиях жизни ребенка. По сути дела, человеческое грудное молоко содержит питательные вещества, предназначенные исключительно для микробов. Этот факт как нельзя лучше свидетельствуют о том, какую огромную важность имеет микробиом для нашего организма. Кроме того, грудное молоко, по-видимому, служит источником дополнительных микробов, передаваемых матерью ребенку во время грудного кормления, а потому является своего рода пробиотическим продуктом.
Грудное молоко содержит несколько сотен видов бактерий. Эти микробы вкупе с присутствующими в нем пребиотиками (микробной пищей) способствуют нормальному созреванию кишечника младенца. Фактически грудное молоко – первый пробиотический продукт, вкушаемый малышом. Состав микробиома грудного молока зависит от нескольких факторов – в том числе от того, каким образом ребенок появился на свет (в результате естественных родов или кесарева сечения). Неудивительно, что в грудном молоке очень много лактобацилл и других бактерий, питающихся молочной кислотой. Но это только вершина
айсберга. В нем содержатся и другие бактерии, например различные виды бифидобактерий (Bifidobacterium) и золотистый стафилококк (Staphylococcus aureus). Прием антибиотиков во время беременности или лактации может отразиться на концентрации бактерий в грудном молоке. Следует отметить к тому же, что молоко матерей, рожавших естественным образом, обладало бульшим видовым разнообразием бактерий и в нем присутствовало меньше видов стафилококков, чем молоко женщин, рожавших с помощью кесарева сечения. Как и другие пробиотики, содержащиеся в пище или пищевых добавках, микробы человеческого молока способны изменять метаболизм младенца и могут даже на длительное время поселиться в его кишечнике.
В свою очередь, когда кишечные микробы малыша получают свою излюбленную пищу, в результате ее расщепления они образуют метаболиты (продукты метаболизма), необходимые для нормального роста и развития ребенка. Это обстоятельство снова наводит на мысль, что грудное молоко содержит уникальные питательные вещества, предназначенные не для человеческих клеток тела младенца, а для их утилизации его микробами, которые в результате синтезируют необходимые ему витамины и прочие метаболиты. Очевидно, молочные смеси и другие суррогаты грудного молока, неспособные обеспечить вновь сформированный микробиом младенца адекватным питанием, могут изменять нормальный процесс развития этого микробиома и вызывать различные нарушения развития физиологических систем малыша. В XX столетии разработчики молочных смесей этого факта попросту не понимали: они руководствовались представлениями «старой» биологии.
Вскоре после рождения ребенка микробы заселяют и другие части его тельца, открытые для воздействия внешней среды (например, дыхательные и мочеполовые пути). Вообще говоря, о микробах пищеварительного тракта известно сегодня гораздо больше, чем о микроорганизмах других частей тела. Но этот факт отражает всего-навсего больший объем научных исследований, посвященных изучению кишечного микробиома, чем микрофлоры кожи, дыхательных путей или мочеполовой системы.
По мере роста и развития ребенка постепенно растет и созревает и его микробиом. Речь идет о настоящем партнерстве малыша с микробами, тонко приспособленными к существованию в определенных частях его тела и взаимодействиям именно с теми клетками, из которых эти части тела состоят. Каждая стадия роста и развития ребенка сопровождается изменениями как его физиологических систем, так и микробной смеси в его теле. События, происходящие с микробиомом на этих ранних стадиях, имеют критическое значение для здоровья человека в будущем. Это связано с тем, что с момента зачатия и на протяжении первых двух лет жизни малыш очень чувствителен к так называемому перинатальному программированию активности его генов. Эти периоды (окна) развития, которые в своих ранних публикациях я назвал «критическими окнами уязвимости», представляют собой этапы развития, когда внимательная забота и кормление микробиома могут принести впоследствии максимальные дивиденды. Похоже, для каждой физиологической системы существуют специфические «критические окна уязвимости», когда она особенно чувствительна к внешним воздействиям, включая и эффекты микробиома. А это значит, что формирование хорошо сбалансированного микробиома в ранней жизни повышает шансы человека на крепкое здоровье в будущем.
Откуда мы взялись?
Мир микробов гораздо обширнее, сложнее и разнообразнее, чем мы привыкли считать. В почве и тканях некоторых растений живут бактерии, способные «фиксировать» атмосферный азот. Они могут поглощать этот газ из воздуха и превращать его в соединения (например, аммонийные), которые могут усваивать горох, соя, люцерна и другие бобовые растения, обогащая ими почву. В свою очередь, эти мутуалистические азотфиксирующие бактерии, живущие в клубеньках на корнях растений (за что их обычно называют клубеньковыми бактериями), получают от растения источник энергии – сахара.
Без преувеличения можно сказать, что сама Земля находится внутри гигантского «микробного пузыря». Как показали недавние исследования, область распространения микробов простирается до верхних слоев атмосферы с невероятно суровыми жизненными условиями. Более того, по мнению многих ученых, микробы, по-видимому, могут влиять на климат нашей планеты (а быть может, даже управлять им). Анализ недавно бушевавших на планете ураганов показал, что бактериальные сообщества в центре вращающейся воронки воздуха сильно отличаются по своему составу от обычной бактериальной флоры верхних слоев атмосферы. Ураганы – это сильные возмущения атмосферы, вызывающие резкие сдвиги в распределении атмосферных микробов по сравнению с нормой; не исключено, что события, происходящие в человеческом теле при различных «пертурбациях» микробиома, сходным образом приводят к возникновению «ураганов» в виде неинфекционных болезней.
Один из актуальных вопросов современной науки – способность микробов жить в космосе. Одну из недавно открытых бактерий, отличающуюся невероятной выносливостью, ученые дважды обнаруживали в различных установках космических агентств, которые подготавливали к отправке в космос тщательнейшим образом стерилизованные материалы. Первый из этих случаев произошел в Космическом центре Кеннеди во Флориде, второй – в Европейском космическом агентстве во Французской Гвиане. Недаром ученые присвоили этой новой бактерии название, часть которого на латинском языке означает «чистый». Имеются свидетельства, что некоторые бактерии способны выживать в суровых космических условиях. Эксперименты, проведенные на Международной космической станции, показали, что споры бактерий Bacillus pumilus, предварительно выделенных из образцов материалов ее внутренней отделки, и в самом деле сохраняли жизнеспособность после длительного пребывания в открытом космосе. Бактериальные клетки, в которые впоследствии превратились эти споры, обнаружили повышенную устойчивость к большинству повреждающих воздействий ультрафиолетового излучения.
Независимо от того, являемся ли мы суперорганизмами, возникшими здесь, на Земле, или в каких-то других местах Вселенной, ясно одно: микробы были неотъемлемой частью жизни наших древнейших предков. Необычная команда дотошных исследователей с антропологических, информационно-технологических, экологических и биохимических факультетов нескольких американских университетов изучила микробы, присутствующие в образцах экскрементов, которые были найдены во время археологических раскопок поселений древнейших человекоподобных существ. Ученые установили, что содержащиеся в этих образцах микробы во многом соответствовали микробиомам современных людей. При этом самое большое сходство было выявлено между микробиомами наших вымерших древних предшественников и современных людей, живущих в земледельческих общинах. Городской образ жизни, похоже, вызвал значительные изменения нашего микробиома, так что он стал сильно отличаться от микробиома наших самых древних из найденных до сих пор предков.
И неудивительно: ведь по мере того как на заре развития человечества менялось наше поведение и
источники пищи, изменялся и наш микробиом. Австралийские ученые провели анализ ДНК микробиома ротовой полости людей на разных стадиях развития человеческой цивилизации, использовав в качестве лабораторного материала археологические находки древних зубов. Они обнаружили, что переход первобытных людей от охоты и собирательства к земледелию и скотоводству был напрямую связан с изменением бактериальных сообществ в их ротовой полости. Наш микробиом как нельзя лучше соответствует нашему образу жизни – и так было испокон века.
Смелое утверждение, что человечество обязано своим непрерывным существованием микробам и без своих микробных партнеров перестанет эффективно функционировать и даже утратит здоровье, совсем не так крамольно, как может показаться на первый взгляд. Надежный фундамент для такого представления заложила своими работами Линн Маргулис – знаменитый биолог, член Национальной академии наук США, а затем и профессор Бостонского университета. Одно время Маргулис была замужем за Карлом Саганом – астрономом, физиком и биологом, профессором Корнеллского университета и популяризатором науки, впоследствии прославившимся на весь мир благодаря телесериалу «Космос». А теперь попробуйте представить себе, какие разговоры вели эти супруги за обеденным столом! В течение нескольких лет Маргулис и Саган составляли типичную «ученую» чету, но еще до того, как к каждому из них пришла настоящая слава, их жизненные пути разошлись…
В 1967 г. Маргулис предположила, что древние бактерии имели столь критическое значение для функционирования наших собственных клеток, что последние начали поглощать их и включать в собственную структуру. Эндосимбиоз – это взаимовыгодное сосуществование двух организмов, относящихся к разным доменам жизни, при котором один из организмов обитает внутри другого. Люди, как и все другие млекопитающие, имеют клетки с ядром и относятся к домену эукариот (Eukaryota). Нашими клетками в буквальном смысле поедались одноклеточные организмы, относящиеся к домену бактерий, но не переваривались ими, а сохранялись вместе с их генами в своей цитоплазме как часть новых гибридных клеток. Такими «останками» древних бактерий являются митохондрии, находящиеся в каждой человеческой клетке за пределами ядра, где «живут» наши хромосомы и гены. Все клетки живых существ, имеющие ядро, имеют и митохондрии.
Клетки растений оснащены не только митохондриями, но хлоропластами – зелеными органеллами, осуществляющими фотосинтез, которые в незапамятные времена тоже, по-видимому, были бактериями. Как митохондрии, так и хлоропласты обеспечивают клетки энергией, но делают это совершенно иначе, нежели сами клетки. В результате вновь возникшие гибридные клетки обрели дополнительную жизнеспособность и приспособляемость.
Суть этой концепции изложена в книге «Обретение геномов» (Acquiring Genomes), написанной Линн Маргулис совместно со своим сыном Дорионом Саганом. Маргулис считала, что виды, установившие эндосимбиотические отношения с другими видами, прогрессировали в эволюционном отношении гораздо быстрее, чем «виды-одиночки». Это утверждение, очевидно, не могло прийтись по нраву сторонникам строгого дарвинизма, традиционно отстаивавших идею медленного, скучного эволюционного развития на основе мутаций. Но, в самом деле, зачем так долго ждать и надеяться на сомнительные мутации, когда можно выпросить, позаимствовать или попросту украсть полезный геном либо, на худой конец, некоторые полезные бактериальные гены? В конце концов, существуют убедительные свидетельства того, что живые существа нередко обмениваются своими генами. Результаты молекулярных исследований указывают и на то, что многие хромосомные гены эукариот, возможно, изначально возникли у архей и бактерий. Иными словами, люди – химеры. И похоже, некоторые функции, осуществляемые человеческим геномом, возникли еще у наших бактериальных прапрапредков.
Если учесть, что человеческое тело служит обиталищем мириадам микробов, и добавить к этому возможность горизонтального переноса бактериальных генов млекопитающим (включая людей), становится понятным, какой впечатляющей системой является наш суперорганизм. Человек – такой же холобионт, как и коралловый риф с его фантастическим многообразием живых существ, совместная деятельность которых создает нечто неизмеримо большее, чем просто сумма составляющих его компонентов.
Что нас может убить?
Мои обязанности как исследователя-токсиколога, занимающегося изучением иммунной системы, директора проводимой в Корнеллском университете токсикологической программы и ведущего сотрудника корнеллского Центра охраны окружающей среды требовали от меня серьезных размышлений над вопросами, связанными с оценкой безопасности людей. Я думал не только о системе здравоохранения – ее истории, современном положении и будущем развитии, но и о безопасности среды, в которой мы живем. По сути дела, фундаментальный принцип токсикологии и безопасности окружающей среды был сформулирован в XVI в. знаменитым швейцарским врачом, алхимиком и энциклопедистом Парацельсом. Этот принцип и определил все дальнейшее развитие науки токсикологии. Звучит эта мантра так: «Доза делает [лекарство] ядом». На практике это значит, что вещество, безопасное и даже полезное в одних дозах, в более высоких дозах может причинить вред здоровью человека или даже убить его. Этот принцип остается главной движущей силой современной токсикологии и применяется во всем мире в соответствии с правилами безопасности, принятыми в разных странах. Он имеет силу для всей токсикологической практики за некоторыми исключениями. Так, например, в настоящее время ученые и контролирующие органы решают, существуют ли безопасные уровни содержания свинца и некоторых других тяжелых металлов в организме человека. Поскольку наши возможности оценивать пагубные эффекты свинца за последнее десятилетие значительно расширились, безопасный уровень содержания этого металла в организме нуждается в уточнении.
То, что мы считаем безопасным, безопасно ровно настолько, насколько совершенны наши методы, используемые для оценки безопасности. Хотя теория и практика токсикологии спасли несметное число человеческих жизней и за несколько столетий, истекших со времен подневольных «дегустаторов» потенциально отравленной пищи, значительно эволюционировали, дело не обошлось без многочисленных исторических «накладок». Фактически история этой науки полна неприятных сюрпризов, которые и породили твердое убеждение, будто нас может сгубить всё, что нам пока толком не знакомо.
Принято считать, что посуда из свинцово-оловянного сплава и свинцовое стекло ускорили падение Римской империи. По свидетельству шотландского врача и химика XVIII столетия Уильяма Каллена, в Средние века мышьяк считался едва ли не традиционным средством для совершения политических убийств. К этому яду частенько прибегало семейство Борджа; от отравления мышьяком, вероятно, умер Наполеон Бонапарт. К неожиданным последствиям нередко приводило и промышленное использование ртути. Английское выражение «безумен как шляпник», породившее одиозного персонажа сказки «Алиса в
Стране чудес» и суперзлодея из комиксов про Бэтмена, связано с психическими расстройствами, возникавшими у шляпных мастеров вследствие вдыхания паров ртути при выделке тонкого плотного войлока – фетра. Непредвиденным рискам подвергались и другие ремесленники. Когда в XIX в. в Лондоне, Бирмингеме, Эдинбурге и других британских городах стала приобретать популярность технология гальванического серебрения изделий, многие ювелиры отправились в сумасшедшие дома или просто в могилу.
Мышьяк фигурирует в качестве орудия массовых убийств в комедии с участием Кэри Гранта «Мышьяк и старые кружева», поставленной в США в 1944 г. по написанной несколькими годами ранее одноименной пьесе Джозефа Кесселринга. А в литературе и романтических операх XIX в. нередко фигурируют более экзотические токсины, в том числе и яды, полученные из тропических растений. Так, например, главная героиня последней оперы Дж. Мейербера «Африканка» вдыхает ядовитый аромат цветов манцинеллового дерева (манцинеллы), млечный сок которого богат самыми разнообразными токсинами. Другое ядовитое дерево, приобретшее зловещую литературную славу, – анчар, произрастающий в некоторых регионах Юго-Восточной Азии. Содержащиеся в нем токсины вызывают нарушение сердечной деятельности. Но, для того чтобы эти соединения приобрели силу смертельного яда, подстегнувшего творческое вдохновение деда Чарлза Дарвина, Эразма Дарвина, русского поэта Александра Пушкина и других, их концентрацию необходимо увеличить с помощью перегонки млечного сока дерева.
В бытность директором токсикологической программы мне иногда приходилось писать краткие аннотации на статьи, публиковавшиеся в научном разделе газеты New York Times и посвященные различным аспектам здравоохранения и токсикологии. Спектр затрагиваемых в них вопросов был очень широк – от «Какие продукты можно сочетать с голубыми плесневыми сырами, чтобы не умереть?» до вопросов, связанных с токсичностью косточек некоторых фруктов (например, абрикосов). Дело в том, что в косточках содержится вещество амигдалин, которое при воздействии желудочной кислоты образует ядовитый цианид. Тогда мне и в голову не могло прийти, что публикация этой статьи в конце концов приведет к выявлению некоего импортируемого пищевого продукта, буквально начиненного амигдалином, который долгие годы подвергал опасности здоровье жителей Манхэттена.
Природа вообще богата токсическими веществами. Кожный яд тропических лягушек древолазов и по сей день используется коренными жителями Южной Америки: они натирают им наконечники охотничьих стрел. Зерно, семена и плоды многих растений могут быть заражены грибками, вырабатывающими сильнейшие яды афлатоксины; человека, отведавшего такие продукты, ждет неминуемая болезнь и смерть. Но, если вокруг столько ядов, как же нам удается оставаться в живых?
Облачение супергероя
Недавно ученые выявили еще одну важную функцию микробиома: он служит своего рода защитным облачением, смягчающим наши контакты с окружающей средой – чем-то вроде костюма Бэтмена или Человека-паука. Такая «одежда» помогает нам оставаться самими собой.
Микробиом проверяет и сортирует все воздействующие на нас факторы внешнего мира (пищевые продукты, лекарства, химические вещества, чужеродные микробы) и, подобно привратнику, решает, какие из них имеют право достичь наших человеческих клеток, тканей и органов. Микробиом можно представить и в виде универсального преобразователя окружающего мира, который без него показался бы нам полным угроз и опасностей. Профессор Эллен Силбергельд из Школы здравоохранения Джонса Хопкинса и я опубликовали совместную работу, посвященную этим «охранным» функциям микробиома. Питер Тэрнбо с сотрудниками и некоторые другие ученые описали важность микробиома для наших взаимодействий с так называемыми ксенобиотиками – чуждыми нашему организму химическими веществами внешнего мира. Микробиом связывает внешний мир с нашей внутренней средой, причем общение между этими двумя мирами интерактивное – оно осуществляется в обоих направлениях. Если микробиом отсутствует, неполон или поврежден, наша жизнедеятельность и динамические связи с внешним миром нарушаются. При этом само наше существование превращается в непрерывную войну с окружающей средой – войну, где в качестве единственного судьи выступает наша недоразвитая, нетренированная иммунная система. Микробиом отлично знает и наш внутренний мир, и то, что существует за его пределами. Выходя из строя, он превращается в систему, не способную распознать, что есть мы, а что – не мы. Последствия такой поломки, нередко принимающие чудовищный характер, мы можем видеть повсюду.
Микробиом должен подходить человеку как перчатка. Он может и должен идеально соответствовать «человеческой составляющей» нашего суперорганизма – только тогда будет обеспечена слаженная работа этих двух компонентов. Работая над первой главой книги, я случайно наткнулся в спортивной прессе на неплохую аналогию.
В соревновательных видах спорта костюмы нередко помогают атлетам добиваться выдающихся достижений. Это особенно касается тех видов спорта, где от атлетов требуются скорость, ловкость и/или выносливость. Костюм, плотно прилегающий к коже, дает спортсмену аэродинамическое преимущество, не ограничивает свободу движений и позволяет ему проявить максимум физической работоспособности. Такой костюм обеспечивает спортсмену конкурентный перевес. В мир спортивной одежды стремительно внедряются технологии космического века. В 2008 г. на летних Олимпийских играх в Пекине фурор произвели облегающие костюмы Speedo, в которых выступали американские пловцы, а в 2010 г. на зимней Олимпиаде в Ванкувере сенсацией стали горнолыжные костюмы компании Spyder, в которых выступали золотая медалистка Линдси Вонн и другие американские горнолыжники.
Но какие бы высокие технологии ни использовались при создании спортивной одежды, если она не соответствует личным, индивидуальным потребностям спортсмена, чудес от нее ждать не следует. Вспомним хотя бы прославленную команду американских конькобежцев, использовавших специально сконструированные, высокотехнологичные спортивные костюмы особого дизайна, для создания которых, однако, требовалось, чтобы мерки снимались со спортсменов задолго до соревнований. Новые костюмы, названные Mach 39, прибыли прямо перед открытием зимних Олимпийских игр в Сочи в 2014 г. и вызвали множество нареканий со стороны спортсменов. Выступать в них они не смогли. Напротив, голландские конькобежцы привезли с собой испытанные временем и соревнованиями старые костюмы, а заодно прихватили с собой и портного, подгонявшего их прямо перед забегами. В конце концов слабые результаты заставили американских конькобежцев в самый разгар выступлений сменить новые костюмы на старые, а тем временем голландцы изумили мир количеством медалей, завоеванных на сочинской олимпиаде в этом виде спорта. Если уж спортивная одежда должна тщательно подгоняться по фигуре каждого атлета, чтобы позволить ему проявить максимум своих способностей, а не кроиться по общему лекалу или наспех вытаскиваться из шкафа накануне соревнований, то что же
говорить о микробиоме, который должен в точности соответствовать уникальному человеческому геному каждого индивида? Нашему телу он должен казаться старым надежным другом. В биологическом смысле это означает, что они должны сотрудничать друг с другом подобно тому, как сотрудничают обитатели кораллового рифа, чтобы обеспечивать собственное выживание. Появляясь на свет в результате естественных родов, мы наследуем не только содержавшуюся в оплодотворенном яйце смесь хромосом своих родителей, но и мириады микробов, которые сосуществовали с человеческими генами нашей матери и которые она передала нам во время нашего появления на свет. Научные исследования показывают, что наш микробиом как нельзя лучше дополняет наши человеческие гены.
Один из способов сравнительного изучения эффектов генетических и средовых факторов у человека – исследование идентичных (однояйцевых) близнецов, то есть близнецов, которые развились из одной оплодотворенной яйцеклетки и имеют одинаковые наборы генов. Неидентичные близнецы возникают из двух разных яйцеклеток, оплодотворенных двумя разными сперматозоидами, но в материнской утробе они развиваются бок о бок. Кроме того, такие близнецы могут крепиться пуповиной к общей плаценте или каждый из них иметь свою собственную плаценту. Поскольку «человеческие» гены у идентичных близнецов одинаковы, для ученых они – благодатное поле для исследований.
До сих пор речь шла о близнецах-двойняшках, но еще бульшую ценность для ученых представляют тройняшки. В г. Корке (Ирландия) было проведено исследование кишечного микробиома трех «комплектов» тройняшек с момента их рождения до конца первого года жизни. В каждой тройне два малыша были идентичными близнецами (то есть возникли из одной и той же яйцеклетки и обладали одинаковыми хромосомами), а третий ребенок развился из другой яйцеклетки, оплодотворенной другим сперматозоидом, и, соответственно, отличался от первых двух малышей частью своих генов. Все новорожденные появились на свет в результате кесарева сечения и, таким образом, не получили материнских вагинальных микробов, которые обычно получают новорожденные, появляющиеся на свет естественным образом. Кормили малышей грудным молоком и искусственными молочными смесями.
Особый интерес у ученых вызывала тройня здоровых малышей, не получавших антибиотики. Когда малышам исполнился месяц, было установлено, что микробиомы двух идентичных близнецов тройни обнаруживают поразительное сходство, в то время как фекальный профиль кишечных микробов третьего малыша, порожденного другими яйцеклеткой и сперматозоидом, но выношенного той же матерью, сильно от них отличается. К концу первого года жизни, однако, различия в характеристиках микробиомов трех здоровых малышей тройни почти исчезли. Этот факт заставляет предполагать, что наши человеческие гены, возможно, оказывают определенное влияние на микробов, подходящих для комплектации нашего микробиома. Заключается своего рода брачный союз между двумя наборами генов – человеческих и микробных, – который продлится по меньшей мере первые несколько дней жизни малыша.
Конец ознакомительного фрагмента.
Текст предоставлен ООО «ЛитРес».
Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию (http://www.litres.ru/pages/biblio_book/?art=22072489&lfrom=931425718) на ЛитРес.
Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.
Конец ознакомительного фрагмента.
Текст предоставлен ООО «ЛитРес».
Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на ЛитРес.
Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.
Здесь представлен ознакомительный фрагмент книги.Для бесплатного чтения открыта только часть текста (ограничение правообладателя). Если книга вам понравилась, полный текст можно получить на сайте нашего партнера.