Книга слизи. Скользкий след в истории Земли - Сюзанна Ведлих

Здесь возникает совершенно новая среда обитания: в то время как в верхнем геле может и должен селиться целый микробиом, на нижний слой микробы попадают только в порядке исключения. Карантин работает, пока плотный слой слизи внизу, экипированный антимикробными компонентами, остается нетронутым. Если в оболочке появляются зазоры, то микробы всех видов стремятся к стенке кишечника, на что организм дает сильный иммунный ответ. Если конфликт затягивается, то появляется угроза хронических воспалений кишечника, таких как язвенный колит и болезнь Крона, которые наносят длительный ущерб ткани и повышают риск рака. Столь же разрушительным является излишний иммунный ответ на продукты питания.

Гели этих обширных пограничных областей должны не подпускать патогены, а также держать наш собственный микробиом на подконтрольной дистанции. В этом деле они получают поддержку, так как входят в состав мукозального иммунитета, той области защитных сил организма, которая ассоциируется исключительно со слизистыми оболочками. Например, бокаловидные клетки кишечника вырабатывают муцины, которые выполняют функцию сторожевого поста для частиц переваренной пищи. Но перед тем, как эти частицы будут поглощены тканями кишечника, в вязкой базальной мембране внеклеточного матрикса их ждут иммунные клетки. Они проверяют поступивший материал и, в зависимости от потребности, принимают решение активизироваться самим, попросить помощи или увеличить производство слизи.

Возникает вопрос, является ли защитная сила организма беспощадным убийцей или эффективным менеджером. Ответ: и тем, и другим. Дело в том, что мукозальный иммунитет должен не только защищать организм, но и терпеть присутствие дружелюбных врагов в виде микробиома. Это возможно только в том случае, если фундамент заложен с раннего детства. По сути, недоразвитый организм новорожденного созревает лишь в момент поселения в нем микробов, то есть в момент, когда микробиом, ткани и защитные силы организма налаживают сотрудничество.

Столь тонкое взаимодействие многоклеточных организмов с микробами все еще недостаточно изучено, однако все свидетельствует о долгой совместной эволюции. Все многоклеточные организмы населены микробиомом. Это накладывает на первых столь сильный отпечаток, что едва ли есть смысл говорить об индивидуальных организмах. Мы с нашими микробами образуем тесное и неразрывное сообщество, в котором на каждую клетку человеческого тела приходится хотя бы один микроб. Мы холобионты.

Рисунок 20. Головоногий моллюск Euprymna scolopes разрешает светящимся бактериям селиться в своей мантии (1). Одноклеточные хоанофлагелляты могут образовывать колонии (2). Класс Hydrozoa объединяет различных представителей, таких как медуза Aglantha digitalis (3) и гидра (4)

Иллюзия индивида

Жизнь головоногого моллюска Euprymna scolopes омрачают некоторые трудности: у берегов Гавайев при лунном свете он слишком заметен для хищников, проплывающих под и над ним. Вскоре после появления на свет эти моллюски собирают светящиеся бактерии вида Aliivibrio fischeri и позволяют им поселиться в покрытой слизью специальной сумке, которая полностью созревает лишь после взаимодействия с микробами. По ночам микробы светятся так ярко, что оптически их хозяин безопасно сливается с поверхностью. Днем, однако, их нерегулируемая яркость – это фактор риска. В связи с этим моллюск днем выпускает бактерии, оставляя внутри только дежурный отряд, который к ночи снова размножается до полноценной армии микробов.

Такого рода взаимодействие между многоклеточными и микробами встречается часто, однако динамичный морской дуэт, описанный выше, представляет собой особенно удачный пример для изучения. Как правило, многоклеточные хозяева сращиваются с сотнями видов микробов, образуя так называемый холобионт. Иными словами, хозяева образуют тесное единство с живущим внутри микробиомом, который населяет все аутогенные экосистемы высших организмов. Это взаимодействие настолько близкое, что сложно до конца понять, разрешаем ли мы поселиться микробам или это они выбирают для себя многоклеточных.

Долой индивида, слава холобионту! Еще не поставлена точка в вопросе соотношения сил внутри холобионта, однако концепция автономности многоклеточного организма уже считается устаревшей. Понять столь крепкие взаимосвязи в сообществе живых организмов можно только с точки зрения всего микробиома, и в качестве модели здесь напрашивается полип – пресноводная гидра. Дело упрощается тем, что ее уже исследуют в лабораториях, в первую очередь из-за ее выдающихся способностей к регенерации. С помощью нее полипы могут восстановить свое тело полностью из отдельных фрагментов. Гидра в некоторых аспектах похожа на человеческий кишечник. Она может пролить свет на процесс нашего превращения в холобионта.

Равно как и ткань в толстом кишечнике, полип снаружи покрыт многослойным гелем, в котором выделяются два явных слоя. У него рядом с тканью также расположена запретная зона для микробов, однако те все равно находят убежище во внешнем слое. Четкое разделение слизи на разные барьеры и среды обитания можно найти как в кишечнике, так и у полипов, но гидра их применяет по-своему. Вспомним: патогены в кишечнике сталкиваются с двухслойным гелем слизистой оболочки, под которой у стенки кишечника их ждет гликокаликс – плотное гелевое покрытие клеток. У гидр, напротив, есть лишь гликокаликс, крепко связанный с клетками и в одиночку создающий двухслойный барьер.

Иными словами, эволюция вынуждает многоклеточные организмы защищаться от патогенов с помощью слизи, при этом позволяя микробиому находиться рядом, но на определенной дистанции. То, какой именно гель производит слизистый барьер, не так уж важно, хотя он представляет собой самую значимую пограничную поверхность между организмом и окружающей средой. Этот барьер символизирует нашу разборчивость во взаимоотношениях с микробами, которых мы делим на заклятых врагов и старых друзей, хотя и те, и другие при идеальном раскладе должны находиться от нас на безопасном расстоянии. Все это заставляет задуматься о том, какое тесное и строго контролируемое взаимодействие между нами и микробами развилось в ходе эволюции.

Покрытые слизью поверхности свойственны высшим организмам вот уже на протяжении пятисот шестидесяти миллионов лет. Многие ученые считают их появление серьезным рубежом в эволюции настоящей многоклеточности, а может, даже ее предпосылкой. Настоящий многоклеточный организм – это не только совокупность клеток, но и различные органы и ткани. Ранние представители и пионеры обширных слизей – это гребневики (Ctenophora), стрекающие (книдарии – Cnidaria), то есть кораллы, медузы и актинии (морские анемоны) с настоящими тканями. Тогда как у губок отсутствуют слои геля, ткани, органы, а также явная граница с окружающей средой. Клетки губок просто находятся в желеобразном матриксе.

Эволюция губок – предмет спора. Есть основания полагать, что они произошли от морских одноклеточных. Эти предполагаемые предшественники, должно быть, схожи с сегодняшними хоанофлагеллятами или воротничковыми жгутиконосцами, обитающими в море. Тот, кто хочет увидеть связь между губкой и одноклеточным организмом, должен к ним присмотреться. Важнейший вид губок – это хоаноцит, как две капли