Книга: Супергены. На что способна твоя ДНК?

От загадки к ажиотажу

Поскольку ваш организм населяют сотни микробов, их геномы и терабайты данных о них – одна сплошная загадка. Чтобы как-то в ней разобраться, нам нужны некие общие категории, за которые можно было бы зацепиться. Профессор Роб Найт, эксперт по микробам в человеческом организме из Колорадского университета, говорит о микробиоме: «Почти полтора килограмма микробов, которых вы носите в себе, могут оказаться куда важнее одного-единственного гена, который вы носите в вашем геноме». По весу микробиома почти равна головному мозгу. Найт упрощает популяцию микроорганизмов и группирует их по основным участкам тела, в которых они обитают; самые главные из них – кишечник, кожа, рот и влагалище. Можно назвать это отдельными микробными и генетическими ландшафтами, поскольку их экология отличается друг от друга, как Арктика отличается от тропиков. В основе этой упрощенной карты лежит проведенный Найтом анализ микробиомы 250 здоровых взрослых добровольцев, а за ним стоит огромная база данных определения геномной последовательности проекта «Микробиома человека», получившего финансовую поддержку от федерального правительства на 173 миллиона долларов.

Одна из основных загадок микробиомы состоит в том, что у всех людей она абсолютно разная. В феврале 2014 г. в телепередаче, которая набрала 300 000 просмотров, Найт очень интересно рассказывает о некоторых интригующих фактах. Некоторые люди утверждают, что их чаще, чем других, кусают комары, а другие говорят, что их почти не кусают. Причина заключается в разных микроорганизмах на их коже и в том, как они привлекают комаров. А микрофлора кишечника, предположительно, определяет, вызовет ли безрецептурное обезболивающее средство тайленол (ацетаминофен) поражение печени.

Из-за разнообразия сложно говорить об идеально здоровой микробиоме. С негативной точки зрения, кишечник современных людей можно серьезно испортить. Авторитетная работа микробиологов Эрики и Джастина Зонненбург рассказывает о потере микроорганизмов, обусловленной самыми разными факторами. Один из них заключается в том, что в рационе западных людей мало растительной клетчатки. Клетчатка – пребиотик, продукт, питаясь которым микробы размножаются (в отличие от пробиотика, который вводит новые микроорганизмы в пищеварительный тракт). Еще один губительный фактор – широкое распространение антибиотиков и их способности убивать огромное количество вирусов и бактерий. Менее материальный, но тем не менее подозрительный фактор – современный образ жизни, связанный с постоянным стрессом, поскольку гормоны стресса и эмоций в целом могут вызывать изменения микробиомы. Как и экспрессия генов, микробиома настолько динамична, что для ее описания лучше подойдет глагол, чем существительное.

Самое шокирующее предположение Зонненбургов заключается в том, что типичное западное питание сильно влияет на развитие хронических заболеваний и особенно аутоиммунных расстройств, таких как аллергии. Микробиома помогает отрегулировать иммунитет, а также вырабатывает в процессе пищеварения побочные химические соединения, которые снижают воспаление. Поступает все больше и больше доказательств связи воспалений с целым рядом заболеваний, в том числе болезнями сердца и сосудов, гипертонией и различными видами рака. Снижение разнообразия экологии кишечника стабильно губит наше здоровье. Зонненбурги говорят о риске открытым текстом: «Существует возможность, что микробиота западного человека сама по себе дисбиотична (вредна для микробов) и располагает к развитию целого ряда заболеваний».

Как и другие риски, связанные с микробиомой, этот риск невероятно сложно подтвердить или исключить наверняка. Существует лишь небольшое количество отдельных поселений людей по всему миру, чья микробиома не подвергается вредным воздействиям. Эмили Икин, обозреватель «New Yorker», написала в декабре 2014 г. об африканском племени хадза, которое изучал антрополог Джефф Лич, работавший вместе с Зонненбургами. Триста человек из племени хадза, все еще живущего охотой и собирательством в Танзании, на протяжении года принимали участие в исследованиях Лича. «Нам нужны были места, где у людей нет легкого доступа к антибиотикам, где люди пьют воду из тех же источников, что и зебры, жирафы и слоны, и до сих пор живут под открытым небом», – сказал Лич в интервью Икин. В этих условиях развивались гены Homo sapiens.

Из анализов фекалий Лич обнаружил следующее: «Похоже, что экосистема кишечной микрофлоры у хадза одна из самых разнообразных в мире, по сравнению с прочими изученными общностями людей». В ходе предыдущего исследования хадза, проведенного учеными отделения эволюционной антропологии Института Макса Планка в Германии, удалось обнаружить, что они – носители определенных кишечных бактерий, которых больше ни у кого не встречали, но при этом бактерии, которые ассоциируются с хорошим здоровьем в микробиоме западного человека, у хадза отсутствуют. Лич получил достаточно оснований генетического превосходства кишечной микрофлоры хадза и внедрил образец их микробиомы в свой кишечник.

Это ведет к ажиотажу, который приобрел широкое распространение, несмотря на то, что многие вопросы относительно микробиомы еще не решены. Лич внедрил в свою толстую кишку образец кишечной микрофлоры хадза, содержащейся в их фекалиях, используя кухонную спринцовку. Как бы неприятно и даже отвратительно это ни звучало, на YouTube существуют видео с инструкцией, как сделать это самому. Эта процедура основана на простой логике. Если микробиома взрослого западного человека нарушена, то микробиома новорожденного младенца или здорового маленького ребенка не повреждена. Почему бы не заменить одну на другую?

Управление по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными средствами выступило против трансплантации фекальной микробиоты (ТФМ) и ввело ее врачебный запрет, пока не будут проведены официальные испытания, как для выпуска нового лекарства. Однако ТФМ продолжают практиковать в домашних условиях, и в других странах нет врачебного запрета на эту процедуру. Распоряжение Управления по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными средствами прервало мелкомасштабное исследование, которому не хватает финансовой поддержки, чтобы продолжать невероятно дорогие эксперименты, на которые нужно от семи до десяти лет. Однако, по словам Икин, Управление останавливает опыт людей, которые заразились СПИДом при переливании крови до того, как стало известно, что таким способом передается ВИЧ. В кишечнике содержатся такие микроорганизмы, как вирус гепатита А. (В случае с гепатитом А зараженные фекалии должны попасть в рот человека, у которого нет иммунитета к заболеванию, что обычно происходит с кухонными работниками в антисанитарных условиях.) Из-за этого и других пока неизвестных рисков Управление действует крайне осторожно.

ТФМ – это внедрение всей чужой микробиомы, не зная, что именно она содержит. Никто не должен так рисковать. Но подпольный ТФМ-ажиотаж, грязная и отвратительная процедура, основан на невероятном потенциале микробиомы в предотвращении множества хронических заболеваний. Яркий тому пример – болезнь Крона, воспалительное заболевание кишечника, способное основательно подорвать здоровье. Среди его симптомов хроническая диарея, как следствие – серьезная потеря веса, боли в животе и высокая температура. Люди с болезнью Крона живут безрадостной жизнью в заложниках у своего заболевания. Поскольку основная причина недуга – воспаление необъясненного происхождения, воспалительные проблемы могут и не иметь отношения к кишечнику, например, высыпания на коже, отекшие красные глаза и даже диабет.

Медикаментозное лечение при болезни Крона неэффективно, и в самых тяжелых случаях наиболее пораженные участки кишечника просто хирургически удаляются. Но в 1950-х гг. некоторые врачи, которых обычно считали ренегатами или хуже, полагали, что лечение фекалиями, взятыми от здоровых доноров (с соблюдением всех санитарных условий, в виде таблетки или через прямую кишку), давали результаты, причем часто через поразительно короткое время, то есть через несколько недель или месяцев. Теперь подобное лечение болезни Крона вполне может получить распространение, и в Управление по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными средствами то и дело поступают просьбы сделать исключение для этого вида лечения.

Что еще более поразительно, лечебный эффект ТФМ проявляется в течение нескольких часов, даже если пациент находится при смерти. Все дело в бактериальной инфекции, вызванной Clostridium difficile, которая развивается при постоянном приеме больших доз антибиотиков. От этой инфекции страдают около полумиллиона людей, причем более 10 000 умирают в особо тяжелых случаях. C. difficile устойчива к антибиотикам и обычно обнаруживается, когда человек, проходивший лечение большими дозами антибиотиков, попадает в больницу, потому что его микробиома почти уничтожена. В этих условиях размножается C. difficile, и симптомы инфекции напоминают симптомы болезни Крона, среди них в том числе и сильная диарея.

Как ни парадоксально, в качестве базового лечения назначают ванкомицин – антибиотик. Он может оказаться абсолютно неэффективным, если развился новый штамм бактерии, устойчивый к антибиотикам. Но в медицинской литературе есть разрозненные описания выдающегося, почти немедленного выздоровления в случае лечения ТФМ. За несколько часов внедренная микрофлора подавляет и уничтожает C. difficile, что ведет к исчезновению всех симптомов заболевания. Для этого случая Управление по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными средствами также сделало исключение. Следовательно, если с помощью ТФМ можно вылечить два заболевания с одними и теми же симптомами – сильное воспаление – и если воспаление может быть причиной хронических заболеваний многих разновидностей, почему бы не использовать для их лечения фекальный материал от самых здоровых доноров, которые на это согласны? Эта логика и послужила причиной широкого распространения ТФМ в домашних условиях.

Еще нет доказательств, что этот метод научно обоснован или эффективен с медицинской точки зрения, и мы определенно его не оправдываем. (Существуют другие, более безопасные способы улучшить состояние своей микробиомы, о которых мы расскажем позже.) Но результаты исследований на животных показывают, что назревает новая революция. В 2006 г. группа исследователей из Вашингтонского университета в Сент-Луисе привела убедительные доказательства тесной связи микробиомы и ожирения. Они взяли мышей, генетически измененных до ожирения, и ввели часть их микрофлоры нормальным мышам. У прошедших эту процедуру мышей развилось ожирение, и это был первый раз, когда заболевание передалось через микробиому, по крайней мере у животных. Что еще более поразительно, у мышей, которые растолстели после внедрения чужой микробиомы, был тот же режим питания, что и у тех животных, которым не проводили трансплантацию фекальной микробиоты, и тем не менее не подвергавшиеся процедуре не толстели.

Как же при потреблении одного и того же количества калорий у одних мышей началось ожирение, а у других нет? Предположительно, внедренные мышам микроорганизмы каким-то образом более эффективно извлекали из потребляемой пищи питательные вещества при ее переваривании. Это наносит серьезный удар по долгое время бытовавшему мнению, что число калорий на выходе равно числу калорий на входе. То есть если съеденная пища содержит 1000 калорий, то организм каждого человека, при условии здорового пищеварения, выделит 1000 калорий энергии. Однако же все мы знаем хоть одного человека, который говорит: «Да мне достаточно только посмотреть на кусочек шоколадного торта, и я растолстею на полкило». Ученые, которые провели это исследование, вызывающе заявляют, что эти слова вполне могут содержать долю истины. Микробиома некоторых людей может извлекать из пищи питательные вещества лучше, чем у других, и у людей с ожирением она извлекает слишком много питательных веществ, а у худых людей – слишком мало.

Ученые из Амстердама хотели выяснить, достаточно ли провести человеку с ожирением ТФМ от худого донора, чтобы тот потерял вес. Оказалось, не достаточно. У участников эксперимента наблюдалась повышенная чувствительность к инсулину (ключевой фактор, который определяет, будут ли калории усваиваться должным образом или откладываться в жировых запасах), но они не теряли вес, и через год вся польза сошла на нет. Возможно, процедура требует больше времени или из микробиомы худого человека требуется выделить только строго определенные микроорганизмы. Но генетическую историю в целом еще только предстоит рассказать, и она может оказаться намного сложнее.