Микробиом. То, что убивает, и то, что делает нас сильнее - Игорь Олегович Стома
Уверен, что эра изучения вирусов только началась. И продолжающиеся эпидемии и пандемии послужат уроком для развития вирусологии. Ведь все равно вирусы эволюционно на несколько шагов впереди ученых, и с каждой их успешной мутацией, позволяющей им выйти на новый уровень эволюции, мы только стараемся их догнать в попытке обезвредить. И от того, насколько будет развита наша наука, зависит то, с какой скорость мы отреагируем на следующий скачок эволюции вирусов и следующую пандемию. Сегодня на мировых встречах с участием политиков обсуждается стратегия реагирования на новую пандемию, так называемую «болезнь X». Эта неизвестная болезнь с пандемическим потенциалом может разразиться в любой момент, а учитывая объем международных перелетов и контактов, скорость ее распространения может быть угрожающей. Поэтому мировое научное сообщество и должно подготовить меры реагирования на такую ситуацию, включая ускоренное создание вакцин. Для этого должны быть готовы определенные платформы вакцин, то есть «консервы», в которых для запуска производства нужно заменить всего несколько компонентов, полученных учеными из вируса новой «болезни Х». Уже создан «шорт-лист» из потенциальных кандидатов на новый пандемический вирус. И к нему надо быть готовыми всем. Поэтому книга вирусных инфекций еще точно не закрыта, а человечество еще ждет немало страниц этой истории.
6.5. Археи: древнейшее неизведанное царство
Если вы спросите микробиолога, какое царство микробов самое таинственное и неизведанное, то часто услышите слово «археи». Это и не бактерии (прокариоты), и не клетки животных, грибов и растений (эукариоты). Методологически они многие годы были «невидимыми» в лабораториях, и даже в составе человеческого микробиома они не рассматривались как участники процесса. Дело в том, что распространенные лабораторные техники выделения материала для анализа бактерий совсем не подходят для анализа архей. Но технологии их определения улучшаются в последние годы, и мы начинаем все больше о них узнавать.
Само слово «археи» переводится с греческого как «древние». Кстати, пока в науке нет примеров возбудителей болезней из числа архей. Все из них, известные людям, относятся к комменсалам человека, будучи полезными представителями микробиома или просто нейтральными микробами в общем не вредят людям. Эти особенные микробы давно известны своими «экстремальными» возможностями. А именно – они выживают в очень необычных условиях внешней среды, от горячих вулканических источников и гейзеров до очень соленых озер и полярных вод. Некоторые археи способны выживать в очень закисленных или, наоборот, щелочных средах обитания. Один из видов этих загадочных микробов способен к размножению при температуре в 122 градуса по Цельсию. Считается, что до 20 % от всех микробных клеток в мировом океане составляют археи.
Учитывая эти экстремальные способности, ряд ученых предлагают рассматривать археи, как один из возможных микроорганизмов для «внеземного» выживания. Дело в том, что часть из них действительно способны выживать и даже размножаться при условиях, похожих, например, на условия внешней среды на Марсе. Рассматривается вполне возможным и то, что эти микробы способны выдержать и сохранить жизнеспособность при перемещении между планетами в составе метеоритов.
Учитывая особую устойчивость этих микробов к экстремальным температурам, ученые научились выделять из них нужные «термостабильные» ферменты для использования в лабораториях и применения в биотехнологиях. Например, устойчивый к температурам фермент ДНК-полимераза, который повсеместно применяется теперь при постановке реакций ПЦР в лабораториях, изначально был выделен из одного из представителей архей. Сегодня археи изучаются и как потенциальные источники новых антибиотиков.
А насколько все-таки древние эти необычные археи? Давайте сравним. Возраст планеты Земля составляет 4,54 миллиарда лет. Жизнь на планете зародилась как минимум 3,5 миллиарда лет назад. Ископаемые следы прокариотов (бактерий), а возможно, это были археи, определяются именно этим возрастом. Но вот уже возраст биохимических компонентов архей, особых липидов, не менее, чем 2,7 миллиардов лет. А в особом регионе Гренландии во льдах обнаружены следы этих микробов, оставленные еще ранее, 3,8 миллиарда лет назад. И сегодня все больше данных о том, что именно археи – самые древние живые существа на Земле. Возможно, что у архей и бактерий когда-то был и один общий предок из числа микробов, не доживших до наших дней. Предполагают, что это был «термофильный», любящий тепло микроб, а эволюция на фоне снижения температуры поверхности Земли потребовала появления новых царств микробов, включая археи и бактерии.
Итак, весь набор архей в человеческом теле, как вы могли уже догадаться, называется археом. Считается, что в кишечнике археи составляют около 1,2 % от всех микробов. Большинство из них «метаногены», то есть при своем метаболизме выделяют метан, который нередко ответственен за вздутие живота. Кстати, измеряя уровень метана в выдыхаемом воздухе, можно косвенно сказать о том, сколько таких микробов у конкретного человека в кишечнике. Есть группы людей с достаточно высоким содержанием архей в кишечнике, тогда как у остальных они бывают представлены минимально. Археи эффективно взаимодействуют со своими соседями по кишечнику, бактериями. Бактерии в результате своего метаболизма выделяют водород, а археи используют его как ключевой фактор роста, потребляя и превращая в метан. В свою очередь, это выгодно бактериям, поэтому такое добрососедство и формирует здоровый микробиом кишечника. Высокоактивное взаимодействие идет и с иммунной системой хозяина, человека. Считается, что эти микробы поддерживают базовую активность иммунной системы. Вырабатываемый ими метан снижает продукцию воспалительных и повышает продукцию противовоспалительных молекул в эксперименте. К примеру, показано, что колоректальный рак ассоциирован со сниженной концентрацией этих метаногенов в кишечнике. Возможно, что снижение уровня метана является частью механизма развития рака в этой локализации? Кстати, археи способны формировать и свои организованные сообщества, биопленки, то есть проявлять коллективный интеллект.
Пока что, конечно, очень мало данных. Лабораторная пропасть в изучении архей осложнилась еще малым размером баз данных с описанием этих микробов. Часто при биоинформационном анализе результатов молекулярно-генетического исследования многие базы данных просто «пропускают», игнорируют данные этих микробов в образцах материала. Эти микробы очень плохо растут в лабораториях, а некоторые вообще не получается вырастить за пределами человеческого кишечника. Так что вот еще одна неизведанная «темная материя» микробиома для будущих ученых!
