Я – суперорганизм! Человек и его микробиом

Наши знания о мириадах вирусов (разделяющих с микробами все уголки тела, где те обитают) остаются отрывочными, но они быстро пополняются и расширяются. Простой отбор проб и простое секвенирование дают массу результатов, которые трудно интерпретировать без общего представления об изучаемой популяции. Такое представление должно быть динамическим, поскольку вирусные популяции (так же, как и гены индивидуальных видов вирусов) способны быстро меняться. Сейчас, в начале пути, уже есть указания на то, что наши индивидуальные виромы отличаются даже сильнее, чем бактериальные популяции, которые мы несем в себе и на себе. Пробы, взятые у разных людей, могут давать почти не перекрывающиеся вирусные профили. Может оказаться, что не существует никакого «постоянного вирома» – иными словами, набора вирусов или вирусных генов, которые обычно всегда находятся где-то в нашем организме, какие бы дополнительные формирования ни укрепляли эту армию. Генетические подробности вирусов известны так мало, что некоторые ученые даже заговорили о «биологической темной материи». Концепцию темной, невидимой, необнаруживаемой материи космологи придумали, чтобы как-то объяснить некоторые наблюдаемые во Вселенной гравитационные взаимодействия. Впрочем, вирусная темная материя не является невидимой или необнаруживаемой, просто ее необычайно трудно заметить. Еще одну метафору предложила в 2013 году группа ученых из Брайтонского университета: существует множество «подсознательных» вирусных последовательностей[142]. Обычно они проявляют себя очень слабо и почти не различимы, но при помощи подходящих инструментов их все же можно анализировать. Кроме того, более ранние исследования позволили вывести о таких вирусах несколько общих умозаключений, в которых ученые более или менее уверены. Некоторой ясности удалось добиться при подробнейшем изучении отдельных бактериофагов, особенно тех, что заражают собой все ту же бактерию E. coli – известную любимицу генетиков. Малый размер генома и стремительное размножение вирусов позволяют проводить на них быстрые и иногда сравнительно простые эксперименты. Самая первая полная геномная последовательность, опубликованная еще в 1977 году, представляла собой маленькое замкнутое кольцо ДНК бактериофага phiX174. В нем содержится 5300 нуклеотидных оснований, кодирующих всего 11 белков. Между прочим, в 2003 году тот же крошечный геном удалось соорудить искусственным путем в лаборатории Крейга Вентера. Так что phiX174 уж точно обеспечено место в истории.

Однако нам нужно знать, как и что работает в безбрежном океане вирусов. А для этого мало собрать один-единственный бактериофаг. Незаменимую помощь оказывает здесь современная молекулярная генетика, недавно показавшая, как вирусы, в том числе обитающие в нас постоянно, взаимодействуют с другими организмами.

Вирусы делают гены подвижными

Бактерии и их многочисленные вирусы совместно эволюционируют вот уже миллиарды лет. Каждый бактериофаг умеет распознавать специфическую для себя цель на поверхности бактерии. Обычно он нацелен лишь на один вид бактерий. В бактериальных видах и их вирусах постоянно происходят небольшие изменения, которые влияют на это взаимодействие. Бактериофаг меняется быстрее, чем бактерия, поскольку у него выше скорость размножения, а зачастую и скорость мутации. И в самом деле, вирусы, судя по всему, очень глубоко вовлечены в эволюцию не только бактерий, но и других организмов.

У бактериофагов есть два основных пути использования бактерий. Они могут вторгнуться в клетку, переключить механизмы, которые в ней уже имеются, на производство миллионов своих копий, а когда клетка под их напором лопнет, найти себе другую мишень-жертву. Или же они могут действовать в скрытом режиме: вирусный геном копируется в ДНК клетки-хозяина и проходит репликацию вместе с бактериальной хромосомой каждый раз, когда микроб делится. К плану А вирус возвращается, лишь когда для бактерии наступают тяжелые времена и ее размножение оказывается под угрозой. Тогда происходит массовое размножение вируса, клетка гибнет, и фаг отправляется искать новое временное пристанище. До этого бактерия и бактериофаг мирно сосуществуют. Иными словами, у наших бактериальных симбионтов есть собственные симбионты.