Вселенная внутри нас. Как микробы обогащают наш взгляд на жизнь - Эд Йонг

лет выращивались в одинаковых пластмассовых контейнерах в лабораторных условиях. Не один десяток лет их держали в одной и той же воде с тщательно выверенным составом, кормили одной пищей и поддерживали им одинаковую температуру. Если бы заключенных в тюрьмах содержали в таких же отупляюще одинаковых условиях, они бы через тридцать лет собственного имени не вспомнили. А вот каждая гидра – животное без мозга – каким-то образом набирает себе именно тех микробов, которые подходят ее виду. Это казалось невероятным, так что поначалу Бош в результатах усомнился. Фрауне провел эксперимент заново, но получил такие же результаты. Тогда он секвенировал ДНК других видов гидры и выяснил, что у представителей каждого вида микробиом уникален и при этом полностью совпадает с микробиомом диких особей того же вида, пойманных в озере[258].

«Для меня этот момент был переломным, – восторгается Бош. – Я всегда считал, что ткани защищают организм от плохих ребят, как и принято в микробиологии». Но благодаря его экспериментам было доказано, что разные виды гидры сами формировали свой микробиом.

Среди животных такие тенденции преобладают – мы не просто тащим танцевать первую попавшуюся бактерию. В нашей жизни постоянно появляются новые микробы, но животные сами выбирают себе подходящих партнеров из прорвы желающих. Большинство бактерий в человеческом кишечнике, например, относятся к четырем основным группам, а в природе их сотни. Даже гидры, какими бы они ни были простыми и незащищенными, позволяют обосноваться у себя на оболочке лишь избранным видам бактерий, а остальных прогоняют. Наши тела – большие и маленькие, сложные и простые – создают условия, подходящие лишь для определенных микробов. Со временем, а также благодаря постоянному наследованию микробов хозяева и симбионты приспосабливаются друг к другу, и наша разборчивость достигает нового уровня. Мы те еще привереды[259].

В результате у каждого вида формируется свое специфичное сообщество микробов. Человеческий микробиом можно легко отличить от микробиома мыши или рыбки данио-рерио и даже от микробиома шимпанзе или гориллы. У живущих бок о бок в океанах китов и дельфинов, чья кожа во время плавания и выпрыгивания из воды все время подвергается трению, кожный микробиом остается уникальным – присущим их виду. Пчелиные волки, с которыми мы недавно познакомились, настолько привередливы, что отказываются вырабатывать для потомства белую слизь, если у них в усиках окажутся не те штаммы бактерий, что нужно. Если они чувствуют, что выбрали неподходящих партнеров, они прерывают цепочку наследственности и прекращают вальс[260].

У микробов тоже есть предпочтения в партнерах – многие адаптировались так, чтобы заселять определенных хозяев. Одни штаммы пчелиного симбионта Snodgrassellaприспособились к пчелам, а другие – к шмелям, а заселить кого-то другого не сможет ни один из них. У кишечного микроба Lactobacillus reuteri есть штаммы, подходящие людям, мышам, крысам, свиньям и курицам. Если их смешать и засунуть в мышь, мышиный штамм вскоре затмит остальные. Из таких экспериментов с заменой микробов можно много чего узнать. Самые значимые из них провел Джон Ролз. Он поменял микробиомы двух столпов лабораторной науки – мыши и данио-рерио. Вырастив стерильных мышей и рыбок, Ролз поселил в них микробиомы обычных особей другого вида, желая узнать, примет ли данио-рерио кишечных микробов мыши, а мышь – микробов данио-рерио. Как выяснилось, примет. Однако Ролз обнаружил, что животные не просто смирились с новыми поселенцами. Они переделали обретенные сообщества так, чтобы те походили на стандартные для каждого из двух видов. Мыши сделали микробиом рыбок в какой-то мере мышиным, и наоборот[261].

Нельзя сказать, что у всех представителей того или иного вида микробиом одинаковый. Всегда есть место разнообразию. Представьте, что гены животного – это декораторы в театре: они создают сцену, на которой будут выступать определенные микробы[262]. Окружающая нас среда – друзья и дом, пыль и пища – оказывает на актеров влияние. А в кресле продюсера расположилась случайность – потому-то микробиом немного разный даже у двух генетически идентичных мышей, живущих в одной клетке. Состав нашего микробиома в этом плане похож на рост, интеллект, темперамент и предрасположенность к раку – это сложный признак, управляемый совместной работой сотен генов и еще большего количества факторов среды. Разница заключается в том, что на наш рост и размер головного мозга гены влияют напрямую, а вот на микробиом – нет. Они лишь создают условия, подходящие тем или иным видам.

В своей знаменитой книге «Расширенный фенотип» Ричард Докинз пишет о том, что гены животного (его генотип) формируют не только его тело (фенотип). Они также косвенно влияют на окружение животного. Гены бобра строят организм бобра, а потом этот организм отправляется строить плотины – получается, что гены еще и изменяют течение рек. Гены птицы создают птицу, и они же вьют гнездо. Мои гены сделали мне глаза, руки и мозг, чтобы с их помощью написать эту книгу. Все это – плотины, гнезда, книги – Докинз называет расширенным фенотипом. Они – плоды работы генов, находящиеся вне тела животного. В какой-то степени таков и наш микробиом. Его тоже формируют гены животного – они создают условия, стимулирующие рост и размножение определенных микробов. Хоть микробиом и находится в теле владельца, его вполне можно назвать расширенным фенотипом, как и плотину бобра.

Но и такое сравнение не идеально, ведь микробы – в отличие от плотины и этой книги – живые существа. У них есть собственные гены, причем некоторые из них важны или даже необходимы хозяевам микробов. Они являются не просто продолжением генома хозяина, как и хозяин является не просто продолжением генома микробов. Некоторые ученые убеждены, что их, в принципе, и разделять не стоит. Если животные тщательно подбирают себе микробов, а микробы – животных и при этом их партнерство длится на протяжении многих поколений, то, возможно, стоит считать их отдельными едиными особями. Может, хозяин плюс микроб – это не «они», а «оно».

Мы уже знаем, что некоторые бактерии объединяются с хозяевами настолько, что и не разобрать, где заканчивается один вид и начинается другой. Так устроены многие симбионты Hodgkinia в цикадах. И про митохондрии нельзя забывать – когда-то эти клеточные бактерии были свободными, но их навечно поглотила клетка покрупнее. Этот процесс, известный под названием эндосимбиоз, был предложен в качестве гипотезы еще в начале XX века, но в научном сообществе его приняли лишь спустя несколько десятилетий, во многом благодаря смелости американского биолога Линн Маргулис. Она построила связную теорию эндосимбиоза и подробно растолковала ее в исследовании, где смешались доказательства из клеточной биологии, микробиологии, генетики, геологии,