Когда Антони ван Левенгук, суконщик второй половины XVII века, ставший учёным-любителем, впервые описал микроорганизмы, многие сочли его сумасшедшим. При помощи самодельного микроскопа он исследовал каплю воды из ближайшего пруда и зубной налёт соседей по городу Делфт, Нидерланды. И стал первым, кто заглянул в густонаселённый мир, ранее недоступный человеческому глазу. Позже мы узнаем, что огромная система бактерий, археобактерий, грибов и других микроорганизмов необходима для жизни на Земле. Что мы эволюционировали из этих микробов — и вместе с ними. Но люди того времени не представляли, что делать с безумными описаниями Левенгука, его заметками о «маленьких животных», которые «плавали проворнее, чем я когда-либо видел», записями, которые легли в основу микробиологии. Три с половиной столетия спустя научный журналист Эд Йонг (Ed Yong) продолжил дело Левенгука. Своим опытом изучения микроорганизмов он поделился в книге I Contain Multitudes: The Microbes Within Us and a Grander View of Life («Множества во мне: микробы внутри нас и грандиозный взгляд на жизнь»).
Йонг описывает, как этот огромный невидимый мир формировал нас и других представителей царства животных. Развивается микробиомика, наука, которая изучает микроорганизмы, живущие внутри нашего тела и на его поверхности, а время войны с микробами заканчивается, отмечает Йонг.
Но мы только начинаем учиться сосуществовать с ними.
Я поговорила с Йонгом об эволюции восприятия, о том, как изучение микробиома превратилось из маргинальной науки в область, привлекающую все больше внимания, а также о том, как отличить подлинные перспективы этой науки от шума вокруг неё.
Мы произошли от микробов
— Как микроорганизмы повлияли не только на происхождение человека как вида, но и на наше выживание? За что мы их недооцениваем?
— Если мы посмотрим на царство животных в целом, мы увидим, что микробы открыли потрясающие эволюционные перспективы для животных. Во многих смыслах слова они — основа нашего успеха.
Например, существует более 80 тысяч видов насекомых, питающихся соком растений. Внутри клеток этих насекомых живут микробы, синтезирующие питательные вещества, которые отсутствуют в растительном соке.
Коровы, овцы и большинство травоядных полагаются на помощь микроорганизмов в том, что касается пищеварения. Многие другие животные — от некоторых жуков до крыс и коал — нуждаются в микробах для обезвреживания ядов, поступающих в организм с пищей.
Когда я посещаю зоопарки, смотрю документальные фильмы, перечитываю любимые с детства книги, я вижу этот скрытый уровень. Всё живое, что мы можем увидеть невооружённым взглядом, поддерживается организмами, которых мы увидеть не можем.
Что касается человечества, мы знаем, что микробы играют действительно важную роль в нашей жизни. Мы знаем, что они выстраивают и обучают нашу иммунную систему. Мы знаем, что они формируют некоторые органы, и что отдельные части наших тел не развиваются правильно, если в нас нет благополучно существующего сообщества микроорганизмов. Мы знаем, что живущие в нас микробы могут влиять на наше поведение и создавать препятствия на пути других микробов, вызывающих болезни.
То, о чём мы думаем как о личной территории, на самом деле представляет собой результат содружества между нами и множеством микроорганизмов. Например, традиционно считалось, что иммунная система — это защитная сила, блокирующая всё, что не является нашим телом, обнаруживающая и уничтожающая микробов.
Но в действительности мы видим, что микробы влияют на развитие иммунной системы, а она, в свою очередь, толерантна ко многим микроорганизмам. Работа иммунной системы заключается в том, чтобы держать эти микроорганизмы в нужных местах и постоянно проверять, правильные ли виды микробов живут в нас.
— Мы обнаружили микроорганизмы около 350 лет назад. Но они живут вокруг нас гораздо, гораздо дольше.
— Земля существует около 4,5 миллиардов лет. И большую часть того времени, что прошло с момента зарождения жизни — несколько миллиардов лет — жизнь была представлена преимущественно микробами.
Если мы представим всю историю Земли в виде одного календарного года, то окажется, что жизнь возникла на планете приблизительно в марте. Многоклеточные организмы, к которым мы привыкли, возникли только в октябре. А люди появились совсем, совсем недавно.
Мы — что-то вроде посыпки на пироге жизни. А на протяжении длительного времени жизнь на планете управлялась именно микробами, они преобладали. И с определённой точки зрения, это так и осталось по сей день.
— Вы очень хорошо сказали: «Микробы — не враги животных, а основа, на которой царство животных возникло». Это так чётко описывает процесс коэволюции — и одновременно показывает, как мы ошибались, оценивая роль микроорганизмов.
— Да. Наше восприятие микробов возникло в те времена, когда Роберт Кох и Луи Пастер, пионеры микробиологии, продемонстрировали, что микроорганизмы могут вызывать заболевания. И так мы думали о микробах на протяжении многих десятилетий. Как о причине эпидемий и признаке грязи. Мы хотели отпугнуть их или уничтожить.
Я думаю, что мы долго пренебрегали микроорганизмами и долго боялись. И ещё я думаю, что сейчас мы начинаем ценить их.
Микробомба: антибиотики
— Сейчас мы лучше понимаем важность той роли, которую играют микроорганизмы. Мы больше не воспринимаем их как нечто, что непременно нужно уничтожить. Но мы также должны признать, что слишком активно использовали антибиотики, и теперь должны победить возникшие в результате этого злоупотребления супербактерии.
— Бесспорно, что антибиотики стали огромным прорывом в области создания лекарств. Возможно, самым большим. Они излечили множество инфекционных заболеваний и спасли очень много жизней.
Но очевидно также, что антибиотики отрицательно действуют на наш микробиом. Это оружие массового поражения. Антибиотики уничтожают полезные микроорганизмы, от которых мы зависим, одновременно с микробами, вызывающими болезни. В этом смысле они больше похожи на атомные бомбы, чем на оружие, бьющее по определённой цели.
Сейчас мы оказались в трудной ситуации. С одной стороны, эффективных антибиотиков остаётся всё меньше, а устойчивые к антибактериальным препаратам микроорганизмы представляют всё большую угрозу общественному здоровью. Но с другой — мы понимаем всю важность сохранения микробиома.
Многие претензии к антибиотикам и их влиянию на микробиом преувеличены. Мы видим, что антибиотики воздействуют на микрофлору. Известно также, что у взрослых — и даже, в определённой мере, у детей — микрофлора затем восстанавливается. Она пластична.
В какой степени антибиотики негативно влияют на микробиом — вопрос открытый. Много говорится о том, что антибиотики повышают риск развития ожирения или бронхиальной астмы, поскольку они меняют микробиом детей. Но многие из этих заявлений основаны на исследованиях, которые проводились на животных, и зарегистрированные в них эффекты совсем незначительны. Что же касается людей, эпидемиология оказывается довольно сложной.
— В свете этого, как мы должны относиться к антибиотикам?
— Уже ясно, что мы должны ограничить бесконтрольное использование антибиотиков и их применение без необходимости. Очевидно, что людям часто назначают антибиотики в тех случаях, когда они бесполезны. Например, при вирусных заболеваниях или даже при бактериальных — но тогда, когда возбудитель уже выработал резистентность. Дети получают гораздо большие дозы антибиотиков, чем это необходимо.
Если мы начнём применять антибактериальные средства более взвешенно, мы предупредим дальнейшее распространение устойчивых к антибиотикам бактерий. И мы поможем тем микроорганизмам, от которых зависим сами. Но демонизировать антибиотики не стоит. Мы не говорим: «О, тебе не следует принимать их никогда». Я думаю, тут есть риск поднять слишком много шума. В итоге родители, ребёнку которых назначили антибиотики, будут ждать чего-то плохого.
Как изменения в микробиоме делают нас больными или здоровыми
— В вашей книге вы упоминаете нелепо длинный список болезней, которые сейчас связывают с изменения микробиома (совокупности микроорганизмов, живущих на нас и внутри нас). В этот список попал сахарный диабет 1 типа, болезнь Крона, инсульт и даже псориаз.
— Микробиом действительно связывают с таким количеством заболеваний, что это выглядит почти карикатурно. Я думаю, что со временем выяснится, что многие из этих связей — не причинно-следственные, а всего лишь случайные корреляции.
— Верно. Вы отмечаете, что даже если доказать наличие причинно-следственной связи между, скажем, аллергиями и изменениями в микробиоме, это создаст намного больше вопросов, чем ответов.
— Я думаю, есть основания считать, что микробиом оказывает сильное влияние на наше здоровье. В исследованиях на животных было показано, что, если вы пересадите микробиом от больной особи к здоровой, некоторые признаки заболевания перейдут вместе с ним. Речь идёт, например, о болезнях сердца, колоректальном раке, ожирении, нарушениях пищеварения и воспалительных заболеваниях кишечника.
Но при этом, я думаю, остаётся открытым важный вопрос. Если микроорганизмы действительно влияют на эти заболевания, они их вызывают или только ухудшают течение? И если влияние есть, то насколько оно сильно? Насколько выражен эффект и можно ли его сравнивать с другими факторами, повышающими риск заболеть?
— Какие возможности изменения микробиома для восстановления здоровья вам кажутся наиболее перспективными?
— Я вдохновлён работами по исследованию мальнутриции (синдрома недостаточного питания). Очень хорошие исследователи, например, Джефф Гордон (Jeff Gordon) и Дэвид Миллс (David Mills) изучают детей в таких местах, как Малави и Бангладеш. Их работы показали, что микробиомы этих детей не созревают с нормальной скоростью. Получается, что микробиологический возраст намного отстаёт от биологического. И, видимо, это связано с симптомами мальнутриции.
И это может объяснить, почему мальнутрицию очень трудно вылечить очевидными способами. Диета, богатая питательными веществами, работает не очень хорошо. Может быть, дело в том, что дети, страдающие мальнутрицией, оказываются пойманы в порочный круг. Иммунные проблемы, проблемы с микробиомом, проблемы с кишечником — и все они подпитывают друг друга.
— Очень много шумихи вокруг темы ожирения и его связи с микробиомом. Лишний вес — это серьёзная, тяжёлая проблема. О том, что микробы могут быть тут замешаны, мы узнали более десяти лет назад. Но за прошедшее время прорывов в этой области было не очень много. Как вы можете это прокомментировать?
— Возможно, для изучения этой проблемы было проведено больше исследований, чем любой другой, касающейся микробиома.
Около 10 лет назад были опубликованы результаты работ, показавших, что микробиомы полных и худых людей (а также грызунов) отличаются. Оказывается, если вы возьмёте микроорганизмы, например, страдающей ожирением мыши, а потом пересадите их мыши, лишённой собственного микробиома, она наберёт больший вес, чем если бы в качестве донора выступала худая мышь. Предполагалось, что хотя бы в какой-то мере этот эффект был обусловлен причинно-следственной связью.
Позже появились более масштабные исследования и метаанализы, продемонстрировавшие, что результаты ранних работ невоспроизводимы. Так что мы оказались в довольно странном положении. В любом исследовании можно обнаружить явное различие между полными и худыми людьми, но эти результаты не воспроизводятся от работы к работе.
В целом это создаёт ощущение, что микроорганизмы, живущие в нашем кишечнике, могут влиять на то, как мы вырабатываем энергию и расщепляем питательные вещества, поступившие с пищей. Но, я думаю, вопрос, что это значит и как может быть использовано для улучшения здоровья, пока остаётся открытым.
Почему тема микробиома внезапно появилась в науке — и в шумихе вокруг неё
— В книге вы отметили, что раньше изучение микробиома находилось на периферии научных исследований, эта тема была маргинальной. А сейчас она активно обсуждается, находится в центре внимания. Что послужило причиной подъёма интереса к микробиому в науке?
— Я думаю, дело в симбиозе учёных, который в итоге и привёл к этому эффекту. Эти люди работали в разных областях, а потом внезапно обнаружили, что наблюдают похожие тенденции.
А затем вы получаете техническое преимущество: методы секвенирования, которые позволяют описать и изучить микроорганизмы, что и демонстрирует подлинное разнообразие, лежащее в основе микробиомов.
И, наконец, дело в тех важнейших экспериментах, которые показали влияние на наше здоровье около 10 лет назад — исследованиях, посвящённых ожирению и воспалительным заболеваниям кишечника.
— Покупатели сегодня часто слышат о «полезных бактериях» в йогуртах или пробиотиках. Но многие из этих заявлений довольно далеки от науки.
— Пробиотики сильно переоценены. О том, что они могут (или чего не могут), говорится очень много, но доказательная база, лежащая под этими высказываниями, довольно посредственна. Похоже, они действительно помогают при инфекционной диарее и при некоторых других проблемах. Но пробиотики связывают с самыми разными состояниями, и польза от их применения сильно преувеличена.
— Что вы делаете для микробиома? Я подозреваю, пробиотики вы не принимаете.
— Нет. Я не слишком сильно менял свои привычки (если менял их вообще) после того, как читал что-либо о микробиоме. Я думаю, эта область исследований всё ещё находится на ранней стадии. Но есть некоторые серьёзные результаты, например, мы знаем, что клетчатка — это отличный материал для «подкормки» самых разных микроорганизмов.
Лично я нашёл очень интересной идею, что состав микробиома постоянно меняется. Одни виды микробов встречаются в определённое время суток чаще, чем другие. Джетлаг нарушает этот цикл, ведь, когда мы путешествуем по разным местам, мы начинаем принимать пищу в случайное время.
Это исследование я принял так близко к сердцу, что изменил своё поведение. Поэтому теперь, если я возвращаюсь из Колумбии в Лондон, я попытаюсь приступать к еде в то время, в которое я бы ел, если бы был в Лондоне. Но я не знаю, действительно ли это влияет на последствия джетлага.
Грудное молоко — пища для младенцев и их микробов
— Вы упомянули об одном из самых замечательных доказательств нашей совместной эволюции с микроорганизмами. Об исследовании, посвящённом грудному молоку.
— Приблизительно на 10% грудное молоко состоит из сахаров, которые ребёнок на самом деле не может переработать. Они нужны, чтобы дать пищу микроорганизмам, находящимся в кишечнике младенца. Поэтому, когда мать кормит грудью, она даёт пищу не только своему ребёнку, но и его первым микробам. И в первую очередь она кормит специфические штаммы, эволюционировавшие так, чтобы иметь возможность перерабатывать присутствующие в грудном молоке сахара.
Так что грудное молоко не только питает микроорганизмы, но и выбирает из них нужные разновидности. Те, что развивались вместе с детьми, те, что будут защищать их здоровье и сформируют экосистему, устойчивую к воздействию других, более опасных, видов.
— Означает ли это, что женщине следует кормить грудью?
— Очевидно, что грудное молоко — это хорошо. Оно полезно и для микробиома, и для детей, и для матерей. Но если вы не кормите грудью, это не означает, что вы портите микробиом младенца.
Одна из вещей, которые я обнаружил, собирая материал для книги — это чрезвычайная гибкость физиологических механизмов. Развитие микробиома может нарушиться в результате множества факторов. И он определённо способен выдержать несколько ударов, сохранив возможность к восстановлению. А может быть, требуется очень много «щелчков», разрушающих микробиом, прежде чем его формирование нарушится.
И я думаю, это ещё одна вещь, которая нам пока непонятна: что в действительности может прервать нормальное развитие микробиома ребёнка?
— Я думаю, сейчас много страхов на тему «что происходит с вашим микробиомом, если вас не кормили грудью» или «если вы появились на свет при помощи кесарева сечения» или «если вы принимали много антибиотиков». Поэтому ваши слова о стойкости микробиома очень успокаивают.
— Я думаю, он устойчив в каких-то аспектах, а в каких-то — нет. Вопрос в том, как перечисленные факторы влияют на состояние микробиома в долговременной перспективе и как они взаимодействуют друг с другом.
Мы знаем, что все они воздействуют на микробиом, но что если мы не вполне правильно представляем их значение? Насколько серьёзны эти эффекты?
Сейчас довольно непростое время, потому что мы видим все эти вещи. И я думаю, сейчас очень сложно дать людям совет, касающийся здоровья, которому они могли бы следовать.
