Простое начало. Как четыре закона физики формируют живой мир

Ответов на перечисленные вопросы у нас пока нет. Область исследований микробиомов невероятно захватывающая и динамичная. Порядка в ней, однако, мало. Помимо настоящих научных бриллиантов там полно противоречивых, неубедительных и безосновательно раскрученных исследований. Как на Дикий Запад, в эту область устремляются авантюристы и охотники за удачей, хорошие и не очень, а законы и здравый смысл появляются позже. К такому хаосу приводит множество факторов. Во-первых, как уже упоминалось, кишечный микробиом крайне изменчив. Утверждение Толстого «Все счастливые семьи похожи друг на друга, каждая несчастливая семья несчастлива по-своему»[40] неплохо подходит к обычным органам. Например, все здоровые, «счастливые» сердца схожи анатомически и ритмичностью сокращений. Структурные аномалии и аритмичные электрические сигналы мы даже можем считать надежными индикаторами нездоровья. Кишечный микробиом, напротив, не имеет стандартного списка членов. Даже у здоровых людей его состав сильно разнится, и перед нами встает непростая задача найти совсем не очевидные статистические признаки, отделяющие здоровье от болезни.

Во-вторых, анализ кала, каким бы полезным он ни был, предоставляет нам лишь косвенную информацию о микробном населении кишечника. Строго говоря, он показывает лишь, кого там нет, и довольно смело считать его индикатором всего остального. В одном изобретательном эксперименте ученые под руководством Эрана Сегаля и Эрана Элинава из Института Вейцмана в Израиле сравнили микробиомы из фекальных проб с добытыми в ходе инвазивной процедуры колоноскопии и обнаружили в них явные различия – как у людей, так и у мышей⁶. В том же исследовании людям и мышам давали пищевые добавки с широко представленными на рынке бактериями-пробиотиками и наблюдали весьма ограниченную и переменчивую колонизацию кишки этими «желательными» микробами. Изучать, что поступает в кишечник и что выходит из него, относительно легко, но это может слишком мало сообщать нам о том, что находится в самом кишечнике, и мы по-прежнему не сможем разобраться в его микробиоме.

В-третьих, проводить контролируемые эксперименты, четко отделяющие причины от следствий и значимые изменения от случайных колебаний, непросто. Наша еда служит источником питательных веществ, которые действуют на разные микробы по-разному. Зайдя в любую комнату, мы можем повстречать новых микроорганизмов. Избавиться от подобных возмущающих факторов вряд ли возможно. Нельзя вырастить большие группы людей, которые не отличались бы друг от друга ничем, кроме структуры кишечного микробиома, и наблюдать, как у них развиваются всевозможные болезни и расстройства. Но точно так же нельзя сравнивать и естественные группы вроде населения разных регионов, не сомневаясь, что различия в здоровье объясняются качествами их кишечных микробов, а не сочетанием множества других переменных.

В экспериментах с животными мы можем контролировать гораздо больше. Мышей, рыбок и многих других можно выращивать «стерильными», то есть не заселенными никакими микробами, и либо поддерживать их в таком состоянии, либо знакомить со строго определенными видами микроорганизмов. Такие исследования показывают, что стерильные животные (гнотобиоты) во многом отклоняются от нормы, а резидентные микробы играют важнейшую роль в обучении и стимуляции иммуноцитов, размножении клеток кишечной выстилки и других процессах⁷. Благодаря строгому контролю в нескольких экспериментах удалось открыть особые химические факторы, которыми микробы воздействуют на хозяев. В лаборатории Карен Гиймен, моей коллеги по Орегонскому университету, одной из первых освоившей работу с безмикробными данио-рерио, обнаружили, что в стерильных личинках рыб не хватает производящих инсулин бета-клеток поджелудочной железы⁸. Этот дефект устранялся либо бактериальной колонизацией, либо введением особого белка, который секретируют некоторые кишечные бактерии. У людей диабет I типа связан как раз с разрушением бета-клеток, и находка в эксперименте с данио-рерио может указать нам на немыслимые прежде подходы к их восстановлению.

Удалось установить причастность микробиома к формированию ряда других органов и тканей – например, к росту костей у мышат⁹. Очевидно, кишечные бактерии настроили разные каналы коммуникации с хозяином, который, в свою очередь, прислушивается к своим микробам, особенно в вопросах направления развития на ранних этапах жизни. Это несколько удивляет: казалось бы, развитию животного рискованно зависеть от партнерства с неживотными созданиями, да еще с такими капризными и непостоянными, как бактерии. С другой стороны, животные эволюционировали в мире, уже населенном микробами. Раз избегать их невозможно, вероятно, положиться на бактерий было не опаснее, чем на законы физики. Последнее заявление спорно – я даже сомневаюсь, что могу поверить в такое, – но справедливости ради хочу сказать, что наши представления о развитии животных меняются под натиском новой информации о микробных сообществах.