Как микробы управляют нами. Тайные властители жизни на Земле - Эд Йонг

Усугубляет ситуацию тот факт, что ранние открытия в области микробиома почти наверняка ошибочны. Помните, что у людей и мышей с ожирением в кишечнике больше бактерий Firmicutes и меньше Bacteroidetes, чем у их более стройных сородичей? Соотношение F/B стало одним из самых нашумевших открытий по этой теме, а ведь оно – мираж. В 2014 году две попытки проанализировать результаты того исследования показали, что соотношение Firmicutes и Bacteroidetes не связано с ожирением у людей напрямую[234]. Разницу между микробиомом полных и стройных людей можно заметить в любом исследовании, только вот она каждый раз другая. Наличия связи между микробиомом и ожирением никто не отменял – стерильные мыши действительно начинают набирать вес, если к ним в кишечники попадут микробы полной мыши или человека. Что-то связанное с микробными сообществами влияет на вес, но это не соотношение F/B – по крайней мере, не только оно. Несмотря на десять лет упорной работы, ученые едва ли продвинулись вперед в выяснении того, какие же микробы явно связаны с ожирением, а ведь среди исследователей эта отрасль микробиологии самая популярная. «Наконец-то до всех доходит, что простого показателя вроде процентного соотношения определенных микробов недостаточно, чтобы объяснить настолько сложную вещь, как ожирение», – усмехается Кэтрин Поллард, под чьим руководством был проведен один из тех пересмотров.

Противоречащие друг другу результаты часто возникают в начале исследований какой-либо отрасли – главным образом из-за недостатка финансирования и погрешностей техники. Ученые проводят небольшие исследования, сравнивая мелкие выборки людей или животных тысячами различных способов. «Проблема в том, что их результатам можно доверять так же, как картам таро, – жалуется Роб Найт. – Что бы вам ни выпало, это можно связать между собой и превратить в неплохую историю». Представьте, что я встретил на улице десять человек в синих футболках и десять в зеленых. Задав им достаточно вопросов, я наверняка найду между этими двумя группами хотя бы два значительных отличия. Возможно, синие футболки предпочитают кофе, а зеленые – чай. Размер ноги у носящих зеленые футболки может в среднем оказаться больше, чем у любителей синих. Тогда я смогу выдвинуть гипотезу о том, что синие футболки побуждают людей пить кофе и уменьшают ступни. А вот если у меня будут две группы по миллиону человек, найти между ними различия мне будет куда сложнее, но те, что я все же смогу найти, скорее всего, окажутся значимыми. Вот только для того, чтобы привлечь к исследованию миллион человек, нужно потратить немало денег и времени. Генетики тоже сталкивались с такой проблемой. В начале XXI века, когда технологии еще отставали от амбиций, было выявлено множество генетических комбинаций, связанных с болезнями, особенностями тела и поведением. Но как только технологии секвенирования ДНК стали достаточно дешевыми и мощными, чтобы анализировать образцы миллионами, а не десятками или сотнями, выяснилось, что многие предыдущие результаты ложноположительны. Микробиология человека проходит через те же неприятные трудности.

Микробиом очень изменчив: сообщества микробов у мышей могут различаться, если они относятся к разным линиям, были куплены у разных продавцов, родились у разных самок или жили в разных клетках, и этот факт не облегчает задачу микробиологам. Эти различия могут стать причиной обнаружения иллюзорных паттернов или же несоответствий между разными исследованиями. Также существует проблема загрязнения образцов, ведь микробы – вездесущие создания[235]. Они могут попасть во все что угодно, включая используемые в опытах реактивы.

Однако сейчас с этими проблемами понемногу справляются. Микробиологи находят все новые и новые способы обойти препятствия, из-за которых результаты могут оказаться ложными, а также создают новые стандарты для будущих исследований. Нескончаемых корреляций им хватает по горло – им нужны эксперименты, которые подтвердят причинную связь и укажут на то, как изменения в микробиоме могут привести к болезни. Они пытаются рассмотреть микробиом в мельчайших деталях и разработать способы, позволяющие определить в микробном сообществе штамм бактерии, а не только ее вид. Теперь помимо секвенирования ДНК они изучают РНК, белки и продукты обмена веществ: по ДНК можно понять, что это за микроб и на что он способен, а по остальным молекулам – выяснить, чем он занимается на самом деле. Исследователям больше не требуется изучать один-два вида отдельно от других – благодаря компьютерным программам они идентифицируют сложные сообщества микробов, которые, возможно, и являются причиной заболеваний[236]. Снижение стоимости секвенирования позволяет им проводить более масштабные эксперименты.

Длительность экспериментов тоже увеличивается. Вместо того чтобы рассматривать один-единственный кадр из микробиома, исследователи пытаются посмотреть весь фильм целиком. Как микробные сообщества изменяются с течением времени? Сколько пинков они могут выдержать, перед тем как развалиться? Что делает их более стойкими или, наоборот, ослабляет? Влияет ли степень их стойкости на риск заболевания у человека?[237] Одна группа исследователей набрала сотню добровольцев, которые будут в течение девяти месяцев раз в неделю сдавать на анализ мочу и кал, потребляя при этом определенную пищу или принимая антибиотики по расписанию. Другие проводят подобные исследования на беременных, чтобы выяснить, способствуют ли микробы преждевременным родам, а также на людях с повышенным риском развития диабета второго типа, чтобы понять, могут ли микробы ускорить процесс перехода болезни в полностью развитую форму. Группа Гордона создала график развития микробиома у здоровых детей и его торможения у детей с квашиоркором. Используя образцы кала детей из Бангладеш и Малави за первые два года их жизни, ученые разработали шкалу, по которой можно измерить степень развития сообществ микроорганизмов в кишечнике, – есть надежда, что по ней можно будет определить, есть ли у младенца риск заболеть квашиоркором, даже если никаких симптомов болезни нет[238].

Главная цель всех этих проектов – научиться замечать признаки болезни как можно раньше, прежде чем человеческий организм превратится в нечто вроде поросшего водорослями рифа – в вырожденную экосистему, восстановить которую очень тяжело.

«Профессор Плэнер! – воскликнул Джефф Гордон. – Как поживаете?»

Это он обратился к своему студенту Джо Плэнеру, стоящему перед обычным лабораторным столом с пипетками, пробирками и чашками Петри, запечатанными в прозрачный пластик. Сооружение из пластика напоминает герметичные камеры для мышей, только оно нужно для устранения кислорода, а не микробов. Здесь исследователи выращивают кишечных бактерий, крайне нетерпимых к кислороду. «Если написать на бумаге «кислород» и показать этим крошкам, они сразу окочурятся», – шутит Гордон.

В этой анаэробной камере Плэнер вырастил столько микробов, сколько смог найти в образце кала ребенка с квашиоркором из Малави. Затем он разделил все сообщество на штаммы и поместил каждый штамм в свое отделение. Таким образом он превратил хаотичную экосистему кишечника ребенка в упорядоченную библиотеку, разместив огромное количество микробов по аккуратным рядам. «Мы знаем, что собой представляет каждая бактерия, – говорит он. – Сейчас мы скажем роботу, чтобы он взял определенные бактерии и смешал их вместе». Он указывает на прибор внутри пластиковой камеры, напоминающий сваленные в кучу черные кубики и стальные прутья. Плэнер может запрограммировать его так, чтобы он втянул в себя бактерии из нужных отделений и перемешал. «Взять всех энтеробактерий!» – может приказать он. Или всех клостридий. Затем он сможет пересадить полученный микробный коктейль в кишечники стерильных мышей, чтобы выяснить, вызовет ли симптомы квашиоркора именно такая комбинация бактерий. Понадобится ли для этого все сообщество? Может, подойдут культивируемые виды? А одно семейство? А один штамм? Этот подход как дробящий, так и целостный. Микробиом сначала разделяется на части, а затем снова становится целым. «Мы пытаемся выяснить, какие актеры играют здесь главные роли», – подытожил Гордон.