Александр Панчин - Сумма биотехнологии. Руководство по борьбе с мифами о генетической модификации растений, животных и людей
Вскоре после того, как оказалось, что читать последовательности ДНК из сложных экосистем совсем не трудно, метагеномика обрела колоссальные масштабы. Анализ ДНК позволял находить бактерий, о существовании которых мы раньше даже не подозревали, поскольку их не удавалось культивировать в лабораторных условиях. Был запущен крупномасштабный проект по изучению микрофлоры (микробиома) человека285. Были исследованы метагеномы человеческой кожи, ротовой полости, уретры, половых путей и так далее.
Особое внимание привлекло к себе изучение микрофлоры человеческого кишечника, в котором, как оказалось, живут сотни разных видов бактерий. Ученые даже начали сравнивать бактерий, живущих в кишечниках разных людей286, чтобы оценить их влияние на наш организм. Названия некоторых работ по кишечной метагеномике были прямо-таки завораживающими, например “Сравнительная фекальная метагеномика раскрывает уникальную функциональную емкость кишки свиньи"287. В России подобные исследования иногда в шутку называли “метаговномикой”, и мне даже довелось немного поучаствовать в одном таком проекте. Поскольку копаться в таких метагеномных данных – не самый веселый труд, студентам нашего факультета в качестве учебных заданий по биоинформатике давали неопределенные фрагменты ДНК микробов из кала, и мы пытались понять, что это за последовательности и из каких бактерий они родом.
Шутки шутками, а это на самом деле довольно интересная и важная тема. Российский биолог Илья Мечников первым предположил, что даже здоровый человек существенно зависит от микробов, которые в нем живут. Ученый считал, что качество микрофлоры кишечника имеет непосредственную связь с продолжительностью жизни. В своей статье “Этюды о природе человека” он писал: “Существует распространенная идея, будто микробы нашего кишечника находятся в симбиозе с нашим организмом; однако я полагаю обратное. Я думаю, что мы вскармливаем большое количество вредных микробов, укорачивающих нашу жизнь и вызывающих преждевременную и мучительную старость. […] Я воздерживаюсь от всякой сырой пищи и, сверх того, ввожу в свой обиход молочнокислые микробы, мешающие загниванию в кишках”.
Пищеварительные органы Мечников считал неким неизбежным злом:“Неудивительно, что пищеварительные органы представляют нам столько примеров частей, бесполезных или вредных для внутренней организации. Животные, наши предки, могли употреблять только сырую, грубую пищу как дикорастущие растения или сырое мясо. Человек выучился разводить удобоваримые растения и так приготовлять пищу, чтобы она очень легко всасывалась организмом. Поэтому органы, приспособленные к условиям жизни животного до человека, становятся большею частью лишними для последнего. Многие животные виды, которым удалось добывать легко усвояемую пищу, в конце концов более или менее потеряли свои пищеварительные органы. Таковы паразитические животные; некоторые из них, как, например, солитер, погружены в кишечнике человека в совершенно готовую для их питания жидкость, вследствие чего окончательно утратили собственный кишечный канал.
У человека не совершилось этой эволюции, и он сохранил исключительно вредные ему толстые кишки. Это мешает людям усовершенствовать свою пищу, насколько было бы возможно. Человек не должен питаться слишком легко и безостановочно усваиваемыми веществами, потому что при этом толстые кишки опоражниваются с трудом, что может вызвать серьезную болезнь. Поэтому разумная гигиена должна принимать во внимание устройство нашего кишечного канала и вводить в нашу пищу растительные вещества, дающие достаточное количество остатков".
Рассуждения Мечникова не бесспорны, но заслуживают внимания. В пользу его гипотезы, что микробы кишечника скорее вредны, говорят некоторые исследования на мышах, выращенных в стерильных условиях. Линии таких мышей получают при помощи кесарева сечения, чтобы животные не нахватались микробов во время родов. Их кормят стерильной пищей и держат в стерильных боксах, поэтому бактерий в их кишечнике быть не должно. Такие мыши, как правило, живут не меньше, а иногда даже дольше обычных288, 289. Единственное: у таких стерильных мышей могут возникать проблемы с иммунитетом, когда их помещают в нестерильные условия, и им нужно тщательнее подбирать диету.
В 2013 году в журнале Science было опубликовано еще одно интересное исследование290 – о роли микрофлоры кишечника в ожирении. Исследователи брали однояйцовых (генетически идентичных) близнецов, один из которых страдал ожирением, а другой – нет. Мыши, которым пересаживали кишечную микрофлору от людей с ожирением, начинали набирать лишний вес, но пересадка кишечной микрофлоры от худых людей такого действия не оказывала. Сравнивая метагеномы мышей, которые набирали вес, и метагеномы мышей, которые его не набирали, можно понять, какие именно микробы способствуют ожирению, чтобы потом разрабатывать препараты для похудения. Это могут быть пробиотики – препараты, привносящие “хороших" микробов, замещающих собой плохих, или антибиотики, направленные против конкретных вредных микробов. Сам Мечников писал о пользе кисломолочных продуктов, содержащих лактобактерии. Он считал, что молочная кислота, выделяемая лактобактериями, создает кислую среду в кишечнике и подавляет развитие вредных бактерий. Впрочем, далеко не про всех бактерий на данный момент до конца ясно, вредны они или нет, а идея о пользе кефира может оказаться преувеличенной. С другой стороны, известно, что лактобактерии полезны, когда живут (и создают кислую среду) во влагалище, защищая его от урогенитальных инфекций291.
Но даже если среди существующих микроорганизмов, способных жить в нашем кишечнике, мы не найдем достаточно полезных, мы всегда можем их создать! В 2014 году были опубликованы результаты исследований на мышах, которых кормили генетически модифицированной кишечной палочкой, производящей N-ацилфосфатидилэтаноламины. Вещества эти являются предшественниками N-ацетилэтаноламидов, которые производятся в тонкой кишке после приема пищи и сигнализируют организму о насыщении. Мыши, употреблявшие генетически модифицированных бактерий вместе с питьевой водой, воздерживались от чрезмерного потребления пищи и, как следствие, меньше страдали от ожирения и иных негативных последствий переедания13. Так ГМ бактерии могут помочь в борьбе с лишним весом!
Исследовательский подход с использованием метагеномного анализа применим к изучению не только ожирения, но и многих других процессов, связанных с микробами. Например, в нашей исследовательской группе посредством метагеномного анализа292 мы изучаем отличия в составе микрофлоры поверхности здорового человеческого глаза и глаза с бактериальным кератитом, чтобы помочь врачам с выбором антибиотиков. Появляются работы, указывающие на то, что некоторые микробы, живущие в кишечнике, способны оказывать воздействие на нервную систему293, влиять на наше настроение, самочувствие, например вызывать депрессию или тревогу294, и сказываться на нашем поведении295. Это навело меня и некоторых моих коллег на мысль, что микробы могут склонять людей и к выполнению некоторых более сложных действий. Вдаваться в детали этой гипотезы я не буду, но предлагаю желающим найти и прочитать статью “Могут ли микробы вызывать пристрастие к религиозным ритуалам? Мидихлорианы: гипотеза биомемов”296.
Кроме того, выдвигаются гипотезы о связи некоторых нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, с распространением патогенных микроорганизмов, производящих нейротоксины в кишечнике297, 298. Воздействовать на наш мозг микробы способны либо напрямую, выделяя химические вещества, проходящие через гематоэнцефалический барьер (физиологический барьер между кровеносной и центральной нервной системой), либо опосредованно, воздействуя на нервные клетки, расположенные в самом кишечнике. Соответственно, изменив микрофлору кишечника, мы можем устранить причину некоторых заболеваний. В этом ключе соблазнительна идея использования генной инженерии для создания новых симбиотических бактерий, оптимально приспособленных для мирного сосуществования с людьми.
Метагеномика имеет интересные сферы применения на стыке науки и теологии. Предлагаю такой проект: “Теология и метагеном древних еврейских экскрементов". Дело в том, что в иудаизме есть термин “кашрут”, означающий дозволенность или пригодность чего-либо с точки зрения иудейского права. В частности, пища бывает кошерная, которую разрешено есть, и некошерная, которую есть нельзя. Но существует одна проблема: отдельные названия библейских животных, вероятно, изменили значение, и никто точно не знает, что означали некоторые древние слова. Например, “анака”, “летаа”, “хомет”, “тиншемет”, “харгол”, “хагав”, “солам”, означающие что-то кошерное. Насчет одних имеются определенные догадки, насчет других есть сомнения, но если бы нам удалось точно узнать, какие животные считались кошерными пару тысяч лет назад, мы бы обогатили рацион современных евреев. Пусть это и будут ящерицы, саранча или что-то в этом духе.
