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

вот что: на лес обрушивается союз животных, грибов и бактерий, и деревья, несмотря на все свои усилия по самозащите, постепенно умирают. Их гибель свидетельствует о мощи симбиоза – силы, позволяющей самым безобидным существам одолеть сильнейших. Чтобы разглядеть жуков, вам придется прищуриться, а чтобы увидеть их микробов – вооружиться микроскопом, зато проявления их взаимогарантированного успеха заметны аж с небес.

Благодаря полученным от микробов способностям полужесткокрылые научились питаться соком растений, а термиты и травоядные млекопитающие – жевать их стебли и листья. Трубчатые черви поселились на самых глубоких участках океанского дна, пустынные хомяки распространяются по американским пустыням, а сосновые лубоеды устраивают в вечнозеленых лесах разруху континентального масштаба[307].

Обыкновенный паутинный клещ к пафосу и хвастовству не склонен – он пакостит незаметно. Крошечное паукообразное красного цвета размером меньше этой запятой, как и лубоед, губит растения, нападая на них бессчетными армиями. Распространен этот вредитель по всему миру. Такому успеху он обязан устойчивости к пестицидам и разнообразным предпочтениям: он питается более чем 1100 видами растений, от помидоров до клубники, от кукурузы до сои. Для такой вкусовой палитры требуются неслабые навыки по обезвреживанию токсинов, ведь каждое растение вооружено своей смесью защитных веществ и паутинному клещу нужно с ними всеми уметь справляться. К счастью для него, он обладает целым арсеналом обезвреживающих генов, которые активируются в зависимости от того, соком какого растения клещ собирается полакомиться.

И здесь, судя по всему, микробы не играют никакой роли. Паутинный клещ, в отличие от пустынного хомяка и соснового лубоеда, не рассчитывает на кишечных бактерий и сам делает свою пищу пригодной к употреблению. Все необходимое уже есть у него в геноме. Однако бактерии важны даже тогда, когда их нет.

Многие растения, соком которых питается паутинный клещ, при повреждении своих тканей вырабатывают синильную кислоту. Ко всему живому это вещество на удивление недружелюбно. Дератизаторы отравляли синильной кислотой крыс и других грызунов, китоловы смазывали ей гарпуны, нацисты использовали ее в концлагерях – а паутинному клещу до лампочки. Один из его генов вырабатывает фермент, преобразовывающий синильную кислоту в совершенно безвредное вещество. Этим же геном обладают гусеницы разных бабочек и молей – для них синильная кислота тоже безопасна. Ни паутинный клещ, ни гусеницы этот ген не изобрели и не унаследовали от общего предка.

Этот ген им дали бактерии[308].

Глава 8

Аллегро в ми мажор

При рождении вы унаследовали половину генов от матери и половину от отца. Эти кусочки ДНК останутся с вами на всю жизнь, к ним ничего не прибавится, и они никуда не исчезнут. Вы при всем желании не сможете одолжить парочку генов у меня, а я – у вас. А теперь представьте себе мир, в котором друзья и коллеги могут обмениваться генами, когда захотят. У вашего начальника есть ген, дающий иммунитет к разным вирусам? Берите его себе! У вашего ребенка генетическая склонность к какой-то болезни? Замените эти гены на свои, более здоровые! Дальние родственники легко переваривают тяжелую пищу благодаря определенному гену? Не вопрос, этот ген ваш! Гены в этом мире – не семейные сокровища, передающиеся по наследству из поколения в поколение, а предметы быта, которыми можно спокойно друг с другом делиться.

Как раз в таком мире и живут бактерии. Мы обмениваемся номерами, деньгами и идеями, а они – ДНК. Иногда бактерия подкрадывается к другой бактерии, между ними возникает перемычка, и они начинают перемещать по ней туда-сюда кусочки ДНК – это у них вместо секса. Еще они могут утащить себе кусочки ДНК, выброшенные разлагающимися трупиками бактерий. Иногда для перемещения генов из одной клетки в другую бактерии используют вирусы. Обмен ДНК для них такая частая процедура, что геном обычной бактерии буквально испещрен генами других бактерий. Даже у родственных штаммов нередко наблюдаются значительные генетические различия[309].

Горизонтальный перенос генов проводится бактериями уже миллиарды лет, но ученые об этом узнали только в 20-х годах прошлого века[310]. Они обратили внимание на то, что безвредные штаммы пневмококка, побыв рядом с мертвыми вирулентными штаммами, внезапно и сами получали способность заражать. Причиной явно было что-то, находящееся в тех штаммах. В 1943 году микробиолог Освальд Эвери выяснил, что этим «чем-то» была ДНК: безвредные штаммы поглощали ее и делали частью своего генома[311]. Через четыре года молодой генетик Джошуа Ледерберг (именно благодаря ему через некоторое время обрел популярность термин «микробиом») доказал, что бактерии могут обмениваться ДНК напрямую. Он вывел два штамма кишечной палочки, каждый из которых не умел вырабатывать какие-либо питательные вещества. Без соответствующих пищевых добавок они погибали. А вот когда Ледерберг поместил их в одну емкость, обнаружилось, что некоторые дочерние бактерии научились выживать сами. Стало понятно, что два родительских штамма обменялись генами, компенсирующими недостатки друг друга. Затем дочерние бактерии получили по наследству полный набор генов, благополучно выжили и расплодились[312].

Прошло каких-то 60 лет, а мы уже знаем, что горизонтальный перенос – один из важнейших аспектов жизни бактерий. Благодаря ему бактерии могут развиваться с огромной скоростью. Им не нужно ждать, пока в их ДНК накопятся нужные мутации для преодоления новых задач и трудностей, ведь необходимые для адаптации гены можно приобрести оптом у тех, кто уже приспособился к новым условиям. Эти гены часто включают в себя «приборы» для разделки нетронутых источников энергии, «щиты» для защиты от антибиотиков и «боеприпасы» для заражения новых организмов. Если у бактерии появляется какой-то нужный ген, другие бактерии могут тут же его позаимствовать. В результате безвредные обитатели кишечника способны внезапно стать опасными патогенами – из миролюбивых Джекиллов превратиться в злобных Хайдов. А уязвимые патогены, которых уничтожить – раз плюнуть, оборачиваются жуткими монстрами, с которыми не справятся даже самые сильные современные лекарства. Без всяких сомнений, распространение устойчивых к антибиотикам бактерий – одна из главных опасностей нашего века, и этот процесс на практике демонстрирует всю необузданную мощь горизонтального переноса генов.

Животные в этом плане отстают от бактерий: к новым трудностям мы адаптируемся постепенно. Организмы, которым повезло с мутациями, с большей вероятностью выживают и передают генетическую плюшку следующим поколениям. Со временем определенные полезные мутации появляются все чаще, а вредные потихоньку исчезают. Постепенные изменения, которые влияют на популяцию, а не на отдельные организмы, – основа естественного отбора. Лягушки, ласточки и люди накапливают полезные мутации со временем, но конкретная лягушка, ласточка или Людмила не могут просто так взять себе гены с желаемыми мутациями. Хотя