Здоровье

Микробиолог Константин Северинов: Самый главный орган человека - это сообщество микробов внутри нас

Всемирно известный ученый рассказал, как бактерии влияют на наше здоровье и характер, откуда берутся новые инфекции и когда появятся революционные антибиотики

ДОСЬЕ «КП»

Константин Северинов - доктор биологических наук, заведует лабораторией молекулярной генетики микроорганизмов Института биологии гена РАН, а также лабораторией в Институте молекулярной генетики РАН, является профессором Сколковского института науки и технологий (Сколтеха), профессором Университета Ратгерса (США).

БАКТЕРИИ НА ДРЕВЕ ЖИЗНИ

- Представьте себе огромное дерево, на котором каждая веточка – это генетический текст, определенный набор генов, соответствующий какому-нибудь организму, - рисует «пейзаж» Константин Северинов. - На этом очень разлапистом, ветвистом дереве люди, животные и растения займут совсем крохотное место в кроне, а все остальное разнообразие – бактерии, то есть микробы. Для нас они могут казаться однообразными, потому что очень мелкие и мы не видим различий. Но на самом деле бактерии составляют более 95% разнообразия жизни на планете. Многих микробов называют «экстремофилами», потому что они живут в очень неподходящих с нашей точки зрения условиях: в вечной мерзлоте, в горячих источниках, на дне океана под гигантским давлением и в безумной концентрации соли в Мертвом море.

- Но мы-то привыкли, что микробы – это вредители, возбудители болезней. Если они настолько вездесущи и ко всему могут приспособиться, то, выходит, человечество никогда не выиграет борьбу с ними, не избавится от опасных инфекций?

- Этот стереотип гуляет еще со времен Пастера (знаменитый французский микробиолог, основоположник теории инфекционных заболеваний. – Авт.): мы, мол, находимся в состоянии войны с коварным противником - микробами, которые планируют какие-то шаги, блокпосты строят и хотят нас покорить. Реальная ситуация совершенно другая. Во-первых, подавляющее большинство микроорганизмов о нас знать не знают, ведать не ведают, занимаются своими делами, и мы им глубоко безразличны. А с другой стороны, мы сами в значительной степени зависим от населяющих нас микробов, причем, гораздо больше, чем они от нас.

Константин Северинов

Константин Северинов

ВИТАМИНЫ ЗАКАЗЫВАЛИ?

- Тогда расскажите: почему и как мы зависим от бактерий?

- Тело человека состоит примерно из триллиона клеток. И при этом внутри нашего организма живет в десятки раз большее количество клеток бактерий! В основном они обитают в кишечнике и фактически образуют единый огромный орган - микробиом. Это самый большой по весу орган человека, гораздо больше чем печень или мозг.

Наши бактерии выполняют массу незаменимых функций. Например, люди потеряли способность, которая есть у ближайших родственников – приматов: вырабатывать ряд витаминов и аминокислот, необходимых для жизни. Мы можем это себе позволить, потому что в нас живут бактерии, которые производят такие вещества для нас. Кишечные бактерии вносят большой вклад в работу иммунной системы: они вырабатывают важные противовоспалительные соединения, синтез которых наш организм обеспечить не может. Кстати, современные исследования показывают, что некоторые болезни, которые до недавних пор считались генетическими, связывались со стрессами и другими факторами, на самом деле имеют бактериальную природу. Диабет, аутоимунные болезни (когда иммунитет атакует собственные здоровые клетки организма и разрушает органы. - Авт.), даже некоторые психические заболевания - такие, как шизофрения, могут быть вызваны изменениями в составе микробиома.

В ТЕМУ

- Канадские ученые провели серию опытов, которые показали: бактериальная кишечная инфекция может ухудшить... память. Лабораторных мышей заражали бактерией Citrobacter rodentium, нарушающей работу кишечника. Грызуны с таким расстройством стали намного хуже узнавать знакомые предметы - начинали исследовать их так, будто видят впервые. Эксперты предполагают, что кишечная палочка Escherichia coli может аналогично ослаблять память людей.

- Австралийский врач Барри Маршалл в 1984 году заразил себя бактерией Helicobacter pylori и заработал гастрит, а затем язву желудка. И успешно вылечился антибиотиками. Самоотверженного исследователя, открывшего бактериальную природу гастрита и язвы желудка, наградили Нобелевской премией.

- Датские ученые установили, что у стройных людей в кишечнике значительно больше бактерий семейства Christensenelaceae, чем у тех, кто страдает избыточным весом. Поскольку микроорганизмы принимают активное участие в нашем обмене веществ, исследователи предположили, что данный тип бактерий является одним из факторов, отвечающих за хорошую фигуру.

ЗАМАНИТЬ МИКРОБОВ, ЧТОБЫ ПОХУДЕТЬ И ВЫЗДОРОВЕТЬ

- Есть версия, что лишний вес у людей - это тоже плоды работы (или недоработки?) бактерий. Если так, то можно ли похудеть, воздействуя на бактерий?

- Да, такие примеры есть. В США уже прошел клинические испытания и применяется на практике не очень эстетичный, но весьма действенный метод. Людям с излишним весом пересаживают содержимое кишечника от стройных доноров. Часть бактерий приживается, часть гибнет, процедуры нужно повторять. Но эффект заметный. Кроме того, эта технология позволяет лечить тяжелые и опасные заболевания: колиты и болезнь Крона. Вообще, я думаю, что чем больше мы будем узнавать о взаимосвязи бактерий с теми или иными болезнями, тем активнее будет развиваться новое перспективное направление в медицине: лечение путем восстановления нормального состава микробиома.

- А кроме пересадки полезных бактерий из кишечника никак нельзя их в организм поселить? Пить пробиотики, например?

- Пробиотики, как правило, представляют собой высушенные препараты одного или нескольких видов «нормальных» кишечных бактерий, нарощенных в лаборатории. Для создания пробиотиков, которые смогут по-настоящему лечить людей, необходимо выделить огромное количество бактерий, охарактеризовать и изучить их совместное действие друг на друга и на людей, а также обеспечить эффективный способ их доставки в нужное место кишечника и дать им возможность выселить «конкурентов». Хотя, после приема антибиотиков, которые подобны атомной бомбе и убивают большинство микроорганизмов у нас в кишечнике, могут быть полезны и уже существующие простые пробиотики, Они могут помочь частично восстановить и нормализовать микрофлору. Только помните, что не имеет смысла принимать такие препараты, пока вы не закончили лечение антибиотиками: они уничтожат все вновь заселенные бактерии.

АНТИБИОТИКИ ИЗОБРЕТЕНЫ БАКТЕРИЯМИ ДЛЯ ОБЩЕНИЯ МЕЖДУ СОБОЙ

- Всемирная организация здравоохранения считает, что одна из главных угроз для человечества сейчас - устойчивость вредных бактерий к большинству известных антибиотиков. Из-за этого люди могут лишиться защиты от опасных инфекций. А новые антибиотики на прилавках аптек уже давно не появлялись. Почему?

- Вообще, антибиотики это вовсе не изобретение людей, а химические вещества, с помощью которых бактерии «общаются» друг с другом. В природе микроорганизмы образуют сложные сообщества. Члены сообщества зависят друг от друга, некоторые помогают друг другу, а иные пытаются расправиться с конкурентами - всё как у людей, непростые отношения, - улыбается профессор. - Конечная цель каждого вида бактерий в сообщества – победить, занять собой как можно больше места. А другие этого не дают, поскольку у них самих такая же цель. В итоге создается и поддерживается определенный баланс.

При этом самая важная информация для бактерий – есть ли в каком-то месте пища и сколько там других представителей как твоего вида, так и другого вида, которые могут тебя не пустить. И определяют они это с помощью механизма, который по-английски называется quorum sensing, а по-русски - «чувство локтя». Фактически все выглядит так: в определенном объеме среды есть некоторое количество бактерий, и каждая бактерия выпускает наружу определенное вещество, присутствие которого она и её собратья могут почувствовать. Если бактерий много, то концентрация этого вещества будет высокой и микробы «поймут», что здесь тесно, пищи на всех не хватит и прекратят расти. Вот эти вещества, дающие сигнал, что расти дальше нельзя, и есть антибиотики. Так что исторически антибиотики были «изобретены» бактериями для общения между собой.

- Поскольку бактерий в природе несметное количество, у нас есть шансы открыть еще много новых антибиотиков?

- На определенном этапе с этим возникла проблема. Изначально ученые культивировали (выращивали. - Авт.) разные бактерии в лаборатории, на чашках Петри, и изучали вещества, выделяемые выросшими микроорганизмами. Преимущественно использовали почвенных бактерий, потому что в земле их много, они активно «общаются» между собой с помощью химических сигналов и некоторые из них прекрасно растут в лаборатории. Однако набор таких «культивируемых» микроорганизмов все же ограничен, поэтому в последнее время не было слышно об открытии новых антибиотиков. А к большинству старых бактерии приспособились за счет мутаций и стали резистентны.

МЕТАГЕНОМ И ПЯТЫЙ АЙФОН

- Что же нас ждет дальше?

- Относительно недавно произошел прорыв - появилась новая наука геномика. Для ученых открылась возможность определять и изучать геномы бактерий, отказывающихся расти в лаборатории. А таких бактерий большинство, просто они не видимы для классических микробиологов. Если сейчас прямо здесь, около нас с вами пылесосом засосать воздух через бактериальный фильтр, то с помощью современных приборов мы сможем определить метагеном - набор генов всех организмов, которые присутствовали в образце воздуха. Можно взять образец микрофлоры кишечника, смыва с кожи, чего угодно. А дальше с помощью другой новой науки - биоинформатики можно читать генетические тексты, сравнивать гены друг с другом, новые гены - с теми, что нам уже знакомы.

Окажется, что в любом образце будет огромное количество разнообразных неизвестных нам генов из некультивируемых бактерий. Мы их не можем вырастить, не можем подержать в руках, но опознаем по их генам. Именно такой подход позволяет, например, установить взаимосвязь между изменением метагенома бактерий внутри человека и развитием определенных болезней, состояний, даже свойств характера. Если смотреть в будущее, то при достаточном развитии соцсетей и технологий геномного секвенирования (расшифровки геномов. - Авт.) можно будет на свою персональную страницу выставлять и собственный геном, и микробиом. Эксперты-маркетологи смогут проводить масштабные ассоциативные исследования: при наличии такой-то бактерии у людей чаще всего возникает желание купить пятый айфон... А если серьезно, то благодаря таким технологиям удастся с высочайшей точностью диагностировать заболевания, отклонения, природа которых сейчас является загадкой. И успешно подбирать лечение, в том числе с помощью бактерий.

В то же время геномика открывает широкие горизонты для поиска новых антибиотиков. Мы читаем генетическую информацию неизвестных прежде бактерий, с помощью биоинформатики предсказываем группы генов, которые отвечают за выработку веществ-антибиотиков. А потом генные инженеры создают новые штаммы на основе бактерий, хорошо растущих в лаборатории, содержащих такие гены и поэтому производящих новые антибиотики.

ЗНАКОМЬТЕСЬ: НОВАЯ ИНФЕКЦИЯ

- С тех пор, как в Африке разбушевалась Эбола, многих тревожит вопрос: как и откуда берутся новые инфекции?

- Микробы очень хорошо адаптируются к изменениям окружающей среды. Микроорганизмы постоянно обмениваются друг с другом своими генами и вирусами, которых у них очень много. Некоторые вирусы случайно встраиваются в геном бактерий, и получается микроб с несколько изменёнными свойствами. Скорее всего, он умрет, но иногда не умирает, и некоторые такие редкие микробы могут вызвать вспышку заболевания за счет вредных генов, привнесенных вирусом.

Среда очень сильно изменилась с тех пор, как люди стали широко применять антибиотики, особенно в сельском хозяйстве. Гены устойчивости к антибиотикам распространились, а на самом деле оказались отобранными людьми и теперь обнаруживаются с высокой частотой у большинства патогенных бактерий. Это создает огромные трудности при лечении вызванных ими «новых» старых инфекций, которые особенно часто встречаются внутри больниц.

Что касается лихорадки Эбола, то ее вызывает не бактерия, а вирус. От человека к человеку он по воздуху не передается. Если вы не едите на завтрак мясо