Каждое животное, будь то человек, кальмар или оса, является домом для миллионов бактерий и других микробов. Эд Йонг, чей юмор столь же очевиден, как и его эрудиция, побуждает нас посмотреть на себя и наших живых спутников внутри в новом свете – не как на индивидуумов, а как на большой взаимосвязанный и взаимозависимый мир, которым мы, безусловно, являемся.
Микробы в наших телах дополняют нашу иммунную систему, помогая ей защищать нас от болезней. В глубоких океанах таинственные существа без ртов или кишок зависят от бактерий, дающих им энергию. Микроорганизмы обеспечивают кальмара плащом невидимости, помогают жукам разрушать леса и снабжают зверей их характерными запахами.
Многие люди полагают, что микробы должны быть искоренены. Но те, которые живут с нами, – наш микробиом – строят наши тела, оберегают наше здоровье, формируют нашу самобытность и наделяют нас невероятными способностями. В этой удивительной книге Эд Йонг приглашает нас на грандиозный тур по нашей внутренней вселенной, который изменит наш взгляд на природу и на нас самих. Познание себя завораживает.
Книга Эда Йонга посвящена нашим вездесущим невидимым соседям – бактериям, живущим внутри нас и снаружи и во многом формирующим для нас окружающий мир. Автор постарался показать различные аспекты нашего сосуществования с бактериями, сделав акцент на сложность и многогранность этого взаимодействия. При этом речь в книге идет не только о человеке и населяющих его микроорганизмах, но и о многих других животных. Книга содержит множество интересных фактов о том, как микробы влияют на метаболизм животных и их поведение, создают для них эволюционные преимущества, делая возможным обитание в самых суровых условиях. Наше привычное представление о бактериях как об инфекционных агентах, с которыми нужно бороться, Эд Йонг пытается заменить на более практичный подход – признание того, что многие бактерии ведут себя по-разному в разных условиях, могут быть как вредными, так и полезными, и что без некоторых из них наша жизнь невозможна. Необходимость тщательного изучения микробиома очевидна, ведь перед нами стоит амбициозная задача – научиться управлять им, тонко настраивая нашу внешнюю и внутреннюю среду.
Книга сопровождается внушительным списком литературы, да и в целом по тексту заметно, что у автора очень обширный кругозор в области исследований микробиома. Для написания текста он не только изучал научные статьи, но и лично встречался со многими исследователями, посещал их лаборатории и брал интервью. Все это делает книгу живым рассказом о настоящих людях, занимающихся настоящей наукой, а не просто сухим набором фактов. В то же время, в этом кроется и некоторый недостаток книги. В попытке включить в нее всего побольше, Эд Йонг в некоторых случаях лишь вскользь упоминает исследования, о которых хотелось бы узнать поподробнее. Несмотря на ссылки на источники, в тексте такие фразы иногда выглядят чересчур обобщенно. Кроме того, автор часто прибегает к метафорам для упрощения своих пояснений. Это, конечно, характерно для научно-популярной литературы, но мне некоторые формулировки показались неудачными и неуместными. Ну и напоследок придется отметить, что в книге есть и сомнительные места, которые как-то просочились через двойную научную редактуру. Однако, тут надо уточнить, что я отягощена фармацевтическим образованием и избалована хорошей научно-популярной литературой (а ее сейчас действительно издают, причём немало), а потому придираюсь ко многим мелочам. Для человека, который никогда не изучал микробиологию и не особенно задумывался о том, чего никогда не видел, эта книга станет прекрасной экскурсией по нашему миру, представляющей его с новой необычной точки зрения.
Книга Эда Йонга посвящена нашим вездесущим невидимым соседям – бактериям, живущим внутри нас и снаружи и во многом формирующим для нас окружающий мир. Автор постарался показать различные аспекты нашего сосуществования с бактериями, сделав акцент на сложность и многогранность этого взаимодействия. При этом речь в книге идет не только о человеке и населяющих его микроорганизмах, но и о многих других животных. Книга содержит множество интересных фактов о том, как микробы влияют на метаболизм животных и их поведение, создают для них эволюционные преимущества, делая возможным обитание в самых суровых условиях. Наше привычное представление о бактериях как об инфекционных агентах, с которыми нужно бороться, Эд Йонг пытается заменить на более практичный подход – признание того, что многие бактерии ведут себя по-разному в разных условиях, могут быть как вредными, так и полезными, и что без некоторых из них наша жизнь невозможна. Необходимость тщательного изучения микробиома очевидна, ведь перед нами стоит амбициозная задача – научиться управлять им, тонко настраивая нашу внешнюю и внутреннюю среду.
Книга сопровождается внушительным списком литературы, да и в целом по тексту заметно, что у автора очень обширный кругозор в области исследований микробиома. Для написания текста он не только изучал научные статьи, но и лично встречался со многими исследователями, посещал их лаборатории и брал интервью. Все это делает книгу живым рассказом о настоящих людях, занимающихся настоящей наукой, а не просто сухим набором фактов. В то же время, в этом кроется и некоторый недостаток книги. В попытке включить в нее всего побольше, Эд Йонг в некоторых случаях лишь вскользь упоминает исследования, о которых хотелось бы узнать поподробнее. Несмотря на ссылки на источники, в тексте такие фразы иногда выглядят чересчур обобщенно. Кроме того, автор часто прибегает к метафорам для упрощения своих пояснений. Это, конечно, характерно для научно-популярной литературы, но мне некоторые формулировки показались неудачными и неуместными. Ну и напоследок придется отметить, что в книге есть и сомнительные места, которые как-то просочились через двойную научную редактуру. Однако, тут надо уточнить, что я отягощена фармацевтическим образованием и избалована хорошей научно-популярной литературой (а ее сейчас действительно издают, причём немало), а потому придираюсь ко многим мелочам. Для человека, который никогда не изучал микробиологию и не особенно задумывался о том, чего никогда не видел, эта книга станет прекрасной экскурсией по нашему миру, представляющей его с новой необычной точки зрения.
В 2001 году нейробиолог Пол Паттерсон ввел беременным мышам вещество, имитирующее вирусную инфекцию и провоцирующее иммунную реакцию. Детеныши родились здоровыми, но по мере их роста Паттерсон начал замечать в их поведении любопытные странности. Мыши вообще не слишком любят открытые пространства, а эти – особенно. Они сильно пугались громких звуков. Они беспрестанно чистили себя или закапывали мраморные шарики. Они оказались менее общительными, чем другие мыши, и не шли с ними на контакт. Тревожность, монотонные движения, проблемы с общением: в своих мышах Паттерсон увидел отражение двух человеческих расстройств – аутизма и шизофрении. Эти сходства были вполне предсказуемыми. Паттерсон когда-то читал, что у женщин, подвергающихся во время беременности серьезным инфекциям вроде гриппа или кори, с большей вероятностью рождаются дети с аутизмом и шизофренией. Он решил, что иммунная реакция матери может как-то воздействовать на развитие мозга плода. Однако он не знал, как именно.
Дошло до него несколько лет спустя, во время обеда с коллегой Саркисом Мазманяном, открывшим противовоспалительные способности кишечной бактерии B-frag. Вместе ученые осознали, что все это время смотрели на противоположные части одной и той же задачи. Мазманян выяснил, что кишечные микробы воздействуют на иммунную систему, а Паттерсон – что иммунная система влияет на развитие мозга. Оказалось, что мыши Паттерсона страдали от тех же проблем с кишечником, что и дети-аутисты: и те и другие в большей степени подвержены диарее и другим желудочно-кишечным расстройствам, и сообщества кишечных бактерий у них отклонялись от нормы. Возможно, заключили наши ученые, эти микробы каким-то образом воздействовали на поведенческие симптомы у людей и мышей? И возможно, вылечив желудочно-кишечные расстройства, можно повлиять на поведение?
Чтобы проверить эту гипотезу, ученые добавили B-frag в корм мышей Паттерсона. Результаты превзошли ожидания. Грызуны начали более охотно разведывать новые места, почти избавились от склонности к монотонным движениям, стали более общительными и менее пугливыми. К другим мышам они все еще старались не приближаться, но все остальные проблемы, вызванные иммунной реакцией их матерей, B-frag исправила.
Как? И почему? Логичнее всего предположить вот что: имитация вирусной инфекции у беременных матерей запустила иммунную реакцию, из-за которой стенки кишечника у детенышей выросли слабыми и в них поселились нетипичные микробы. Выделяемые ими вещества попадали в кровь и отправлялись к мозгу, где запускали атипичное поведение. Главный злодей здесь – токсин под названием 4-этилфенилсульфат (4EPS), вызывающий тревожность у здоровых в целом животных. Когда мыши проглатывали B-frag, микробы залатывали их кишечник, тем самым прерывая поток 4EPS (и других веществ) к мозгу и избавляя мышей от отклонений.
В 2014 году Паттерсон умер, но Мазманян продолжил исследования друга. Его конечная цель – вывести бактерию, которую можно будет употреблять с пищей для облегчения особенно тяжелых симптомов аутизма. Возможно, ей станет B-frag – в организмах мышей она справилась замечательно, а в кишечнике больных аутизмом наблюдается ее острый дефицит. Родители детей-аутистов, прочитавшие его статьи, часто пишут ему с вопросом, где эту бактерию взять. Многие из них уже дают своим детям пробиотики, чтобы облегчить проблемы с кишечником, – некоторые из них утверждают, что заметили улучшения в поведении. Теперь Мазманян вдобавок к этим рассказам хочет добыть объективные клинические данные. Он верит в лучшее.
Другие же сомневаются. Прежде всего, критикуют тот факт, что, по словам популяризатора науки Эмили Уиллингэм, «у мышей не бывает аутизма – это человеческая нейробиологическая концепция, в какой-то мере определенная тем, что в обществе принято считать нормальным». Действительно ли мышь, все время закапывающую мраморный шарик, можно сравнить с качающимся из стороны в сторону ребенком? Действительно ли более редкие попискивания – то же самое, что неспособность разговаривать с людьми? С одной стороны, сходств с аутизмом действительно много. С другой – можно заметить и сходства с расстройствами иного рода: мышей Паттерсона, к примеру, изначально вывели для наблюдения симптомов шизофрении, а не аутизма. Опять же, команда Мазманяна недавно провела эксперимент, результаты которого наталкивают на мысль, что особенности поведения мышей и людей с аутизмом действительно связаны. Пересадив микробов из кишечников детей-аутистов, они обнаружили, что у грызунов появились те же странности, что описывал Паттерсон, – повторяющиеся движения и неприязнь к общению. Значит, микробы хотя бы частично отвечают за эти особенности поведения. «Вряд ли кому-то придет в голову утверждать, что аутизм можно полностью воспроизвести в организме мыши, – улыбается Мазманян. – У результатов есть свои пределы, но как уж есть».
Паттерсон и Мазманян доказали по крайней мере то, что манипуляции с кишечными микробами мыши – или даже с одной микробной молекулой 4EPS – могут повлиять на ее поведение. Мы уже знаем, что микробы воздействуют на развитие кишечника и костей, кровеносных сосудов и Т-хелперов. Теперь мы выяснили, что они меняют и мозг – орган, который влияет на то, какие мы на самом деле, больше, чем какой-либо другой. Довольно тревожная мысль. Мы так трепетно относимся к свободе воли, что перспектива потери независимости и переход власти к невидимым силам вызывает у нас подсознательный ужас. Художественная литература переполнена оруэлловскими антиутопиями, тайными заговорами и контролирующими разум злодеями. А оказалось, что все это время нами управляли живущие в нас микроскопические одноклеточные организмы, не имеющие мозга.
Вирус бешенства и T. gondii – самые настоящие паразиты, ведь они размножаются за счет своих хозяев, нанося им ущерб и нередко приводя к их гибели. Наши кишечные микробы совсем не такие. Они – естественная часть нашей жизни. Они помогают нам создавать наше тело – пищеварительную, иммунную и нервную системы. Они приносят нам пользу. Однако не стоит из-за этого становиться беспечными. Микробы-симбионты все еще существуют сами по себе. У них свои интересы и своя борьба за существование. Они могут быть нашими партнерами, но не друзьями. Даже в самом гармоничном симбиозе есть место разногласиям, эгоизму и предательству.
Двадцать первый век – явно не лучшее время для любителей лягушек. Эти прыгучие земноводные исчезают по всему миру с такой скоростью, что хмурятся даже самые оптимистичные специалисты по охране природы. Не меньше трети видов земноводных сейчас находятся под угрозой исчезновения. Отчасти из-за того же, что и многие другие животные: потеря среды обитания, загрязнение, климатические изменения. Но земноводным угрожает и их собственный враг. Это зловещий грибок Batrachochytrium dendrobatidis, можно просто Bd, образцовый убийца лягушек. Уплотняя кожу своих жертв и лишая их способности впитывать через нее необходимые им ионы натрия и калия, он вызывает у них нечто вроде сердечного приступа. Открыли его в 1990-х, и с тех пор он распространился по шести континентам. Он появляется там, где обитают земноводные, вот только вскоре после его появления они там обитать перестают. Этот грибок способен уничтожить целые популяции лягушек за считаные недели – из-за него уже десятки видов канули в лету. Остромордая речница, скорее всего, вымерла. И заботливых лягушек больше нет. Оранжевая жаба тоже свое отквакала. Сотни других брошены на произвол судьбы. Недаром Bd окрестили «худшим известным инфекционным заболеванием, встречающимся среди позвоночных».
В 1916 году, за сто лет до того, как эта книга впервые появилась в магазинах, ушел из жизни своенравный русский ученый и любитель прокисшего молока Илья Мечников. Мог ли он себе представить, что когда-то его методы лягут в основу многомиллиардной отрасли производства, продукты которой окажутся на полках супермаркетов по всему миру, несмотря на то что их польза пока так и не доказана? В 1923 году американский микробиолог Артур Исаак Кендалл опубликовал книгу по бактериологии, в которой предсказал, что скоро наступит время, когда кишечные бактерии начнут использоваться в лечении кишечных заболеваний. Мог ли он себе представить, что человеческие фекалии начнут замораживать и рассылать по больницам для пересадки в организм больных? В 1928 году британский бактериолог Фредерик Гриффит обнаружил, что бактерии могут обмениваться друг с другом качествами и меняться с помощью фактора, который позже назовут ДНК. Мог ли он предсказать, что когда-нибудь ученые смогут в рабочем порядке изменять генетический материал микробов с такой точностью, что с помощью этих изменений можно будет заставлять их охотиться друг на друга? А в 1936 году энтомолог Маршалл Гертиг решил назвать никому не известную бактерию в честь своего друга Симеона Вольбаха, с которым они за двенадцать лет до того впервые нашли ее в комаре из Бостона. Мог ли кто-нибудь из них предположить, что вольбахия окажется самой успешной бактерией во всем мире? Или что ее изучением займутся столько исследователей, что раз в два года им придется устраивать конференцию для обсуждения новых связанных с вольбахией открытий? Или что благодаря ей нематоды перестанут делать 150 миллионов человек в год инвалидами или лишать их зрения? Или что исследователи начнут специально вводить ее в комаров по всему миру, чтобы те перестали разносить лихорадку денге и другие заболевания?
Нет, конечно. Микробы скрывались от наших глаз на протяжении почти всего существования человечества – заметить их можно было лишь по вызываемым ими болезням. Они остались в тени даже после того, как Левенгук 350 лет назад впервые их увидел. А когда их наконец заметили, было решено, что они – незваные гости в человеческом мире и с ними нужно не дружить, а расправляться. Позже исследователи узнали, что наш кишечник кишит бактериями и что некоторые устроились даже в клетках насекомых, но их открытия тут же поставили под сомнение и забыли. Лишь недавно микробы перекочевали с окраины биологии в ее центр и получили всеобщее признание. Лишь недавно мы узнали о микромире достаточно, чтобы начать в него вмешиваться. Попытки наши пока что примитивны и неуклюжи, а уверенность в них порой преувеличена, но потенциал – огромен. Наконец-то мы начали использовать для улучшения нашей жизни все, что узнали с тех времен, когда Левенгуку вздумалось рассмотреть воду в пруду.
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.