Микробиом, кишечник и мозг
Кандидат биологических наук Мария Марсова (Институт общей генетики РАН)
Наверняка многие слышали, что в теле человека бактерий больше, чем собственных клеток.
Наша планета и все живущие на ней многоклеточные организмы плотно заселены микробами. Наверняка многие слышали, что в теле человека бактерий больше, чем собственных клеток. Для всей этой совокупности живущих в организме бактерий, а также вирусов, грибов, архей вместе с их генетическим материалом существует специальный термин — «микробиом». Микробные сообщества конкретной экологической ниши называют микробиотой: например, кишечная микробиота, микробиота кожи, микробиота ротовой полости. Близкое понятие «микрофлора», широко использовавшееся ранее в медицине, сейчас считается устаревшим, поскольку флора должна иметь отношение к растениям, коих в микробиоме человека не обнаружено. За время совместной эволюции человек и его микробное сообщество стали единой экосистемой, где все элементы связаны друг с другом и каждый из них влияет на всё происходящее в организме. И тем не менее мы до сих пор довольно мало знаем и о микробиомах, и об их роли в нашей жизни. Как же так получилось?Долгое время все микробиологические исследования проводили классическими методами: с помощью микроскопов, питательных сред и чашек Петри. Но, как выяснилось относительно недавно, в лабораторных условиях можно вырастить не более 5—10% видов бактерий. Дело в том, что на любой, даже самой лучшей питательной среде может вырасти только приспособленный к этим условиям микроорганизм. В неподходящих для данного микроба условиях расти и размножаться он не будет и, соответственно, останется для нас как бы невидимым.
Определённый толчок к более глубокому исследованию микроорганизмов дало изобретение секвенирования — метода расшифровки ДНК. Однако до недавнего времени было возможно прочитать изолированную генетическую информацию (геном) только одного конкретного организма, то есть каждый геном читался отдельно. Развитие методик секвенирования и обработки данных привело к появлению качественно нового решения — учёные научились читать ДНК, полученную не из одного организма, а сразу из нескольких! Такие исследования называются метагеномными. Подобный подход позволяет увидеть всю или почти всю генетическую информацию, содержащуюся в образце, и не требует выделения каждого микроорганизма в отдельности. Поскольку научный мир уже накопил значительный объём знаний о микробах и их генетике, стало возможным идентифицировать остальные 90% неизвестных раньше микроорганизмов. Метагеномные исследования открыли людям новый мир, где микробиомы играют одну из главных ролей. Именно микробиомы объединяют всё живое на нашей планете в единую взаимосвязанную систему, изучать которую фантастически интересно и почти так же сложно.
Человек и микробиом — совместная эволюция
Микробиом представляет собой сложную экосистему, состоящую из сотен видов микроорганизмов, объединённых средой обитания. Пищевые предпочтения и возможности микроорганизмов очень разнообразны, и некоторые, необходимые одному микробу вещества, могут быть токсичными метаболитами для другого. Также важно учитывать, что микроорганизмы взаимодействуют друг с другом — они обмениваются сигнальными молекулами и важными для жизни метаболитами, конкурируют за своё место под солнцем и пищевые субстраты. В чём-то микробное сообщество похоже на социум, где каждый делает часть общей работы, получая и отдавая в общее пространство продукты своего труда. Это сообщество сложилось в ходе эволюции и благодаря миллионам лет естественного отбора идеально приспособлено к условиям жизни, потребностям и возможностям своего хозяина. В тот момент, когда у древних многоклеточных организмов на планете Земля появился первый в истории жизни кишечник, он немедленно был атакован микроорганизмами, попавшими туда с первой порцией еды. Некоторые из них стали пищей, какие-то не нашли для себя никаких выгод и покинули «приют», а другие сочли условия подходящими для существования и остались насовсем...
Продолжение статьи читайте в номере журнала
