З російської переклав: Глушак Д. Д. 2018р. Зміст


Глава 4. Умови договору



жүктеу 4.03 Mb.
бет6/31
Дата20.04.2019
өлшемі4.03 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   31

Глава 4.

Умови договору

В 1924 році Маршалл Гертіг і Симеон фон Вольбах виявили усередині комара звичайного, 


Culix pipiens,


впійманого неподалік від Бостона й Міннеаполіса, новий мікроорганізм [131] . Зовні він чимсь нагадував бактерію 

Rickettsia,


яка, як колись установив Вольбах, викликає плямисту лихоманку Скелястих гір і висипний тиф. Але новий мікроб начебто б ні до яких захворювань причетний не був, так що уваги на нього звертати не стали. Лише через двадцять років Гертіг офіційно назвав його 

Wolbachia pipientis


- на честь друга, що його відкрив, і комара, його, що носить. І лише через ще багато десятиліть біологи нарешті усвідомили, наскільки ця бактерія насправді особлива.

У багатьох людей є улюблений фільм або улюблена група, а в популяризаторів науки, що часто пишуть про мікробіологію, нерідко з'являється улюблена бактерія. У мене це вольбахія. Характер її чудовий, а поширена вона вражаюче широко. А ще вона являє чудовий приклад нещирості мікробів – партнерів і паразитів.

В 1980-х і 1990-х, після того як Карл Везе відкрив світові спосіб ідентифікувати мікробів шляхом секвенування їхніх генів, біологи почали виявляти вольбахію всюди. Учені, незалежно один від одного, що досліджують бактерій, здатних управляти статевим життям своїх хазяїв, зрозуміли, що весь цей час працювали з тим самим мікроорганізмом. Річард Стаутхамер відкрив групу асексуальних наїзників, усі представники якої були самками й розмножувалися клонуванням. Цією рисою вони виявилися зобов'язані бактерії, а саме вольбахії: коли Стаутхамер нагодував їх антибіотиками, серед них раптом знову з'явилися самці й представники обох статей почали спаровуватися. Тьєррі Ріго виявив у мокрицях бактерій, що перетворюють самців у самок, перешкоджаючи утвору статевих чоловічих гормонів, – і це також були вольбахії. Грег Херст з'ясував, що зародків самців прекрасного місячного метелика з Фіджі й Самоа вбивала бактерія, у результаті чого самки перевершували кількістю самців приблизно в сто раз, – знову вольбахія. Усі вони відносилися до різних штамів і представляли з себе різні версії мікроба з комара Гертіга й Вольбаха [132] .

Вольбахия не просто так «ненавидить» самців. Вона може передаватися наступному поколінню тільки в яйцеклітинах – сперматозоїди занадто дрібні, їй у них не поміститися. Її квиток у майбутнє – це самки, а самці – еволюційний тупик. Так що в процесі еволюції в неї з'явилася безліч способів від самців позбутися. Вона їх убиває – приклад тому метелики Херста. Перетворює в самок – приклад тому мокриці Ріго. Робить так, що самці стають взагалі не потрібні, даючи самкам можливість розмножуватися вегетативним способом, – приклад тому наїзники Стаутхамера. На всі ці виверти здатна не тільки вольбахія, але лише вона має у своєму арсеналі відразу три.

У тих випадках, коли вольбахія все-таки дозволяє самцям вижити, вона не перестає ними управляти. Вона частенько вносить зміни в їхню сперму, щоб вони не могли запліднювати яйцеклітини, якщо ті не заражені тим же штамом вольбахії. У результаті заражені самки (які можуть спаровуватися з ким завгодно) отримують перевагу перед незараженими (які можуть спаровуватися лише з незараженими самцями). З кожною зміною поколінь заражених самок стає усе більше, як і стерпних ними особин вольбахії. В ефекту й назва є – цитоплазматична несумісність. Це найбільш улюблена й успішна стратегія вольбахії – штами, які їй належать, поширюються по популяції настільки швидко, що, як правило, заражають 100 % потенційних хазяїв.

Додатково до своїх чоловіконенависних прийомів вольбахія прекрасно справляється з вторгненням у яєчники й захопленням яйцеклітин, так що за батьків її «доношує» потомство. А ще вона з незвичайною спритністю знаходить собі нових хазяїнів, так що, навіть якщо з одним видом їй доводиться розійтися, вона може поселитися в дюжині нових. « Ту саму вольбахію я можу знайти в австралійському жуку і європейській мусі», – говорить біолог Джек Уеррен, що досліджує цю бактерію. Тому-то вольбахія й стала настільки розповсюдженою. В одному недавньому дослідженні з'ясувалося, що вона вражає щонайменше чотири з десяти видів членистоногих – у цю групу входять комахи, павуки, скорпіони, кліщі, мокриці й багато інші. Це ж абсурдні масштаби! Більшість з приблизно 7,8 мільйона живучих зараз видів тварин – це членистоногі. Якщо вольбахія дійсно вразила з них 40 % [133] , то, мабуть, вона є найуспішнішою бактерією у світі – принаймні, на суші [134] . Вольбах, на жаль, про це так і не довідався. Він помер в 1954 році, не підозрюючи, що його іменем був названо один з самих пролізливих інфекційних агентів у всій історії життя.

У багатьох тварин вольбахія вражає статеву систему, тобто маніпулює статевим життям хазяїв для досягнення своїх цілей. Хазяям через це важко – одні помирають, інші стають безплідними. Тим, до кого бактерія не добралася, також нелегко – партнерів для спарювання в них зовсім мало. Здавалося б, вольбахія – архетип «злого мікроба», але у неї є й корисні якості. Вона приносить користь деяким круглим червам, яку – невідомо, але вони без неї не можуть вижити. Вона захищає деякі види мух і комарів від вірусів і інших патогенів. Наїзники 

Asobara tabida


без неї не здатні створювати яйця. Для постільних блощиць вольбахія – живильна добавка: вона робить вітаміни групи B, а в крові, якої клопи харчуються, їх майже немає. Без вольбахії блощиці затримуються в розвитку й не можуть робити потомство [135] .

Але про найвражаючу властивість вольбахії ви довідаєтеся, якщо прогуляєтеся восени по яблуневому садові в Європі. Серед жовтого і рудого листя ви, можливо, знайдете кілька з зеленими острівцями – вони немов захищаються від зів'янення. Це робота молі-пестрянки 


Phyllonorycter blancardella,


чиї гусениці живуть у листях яблуні. Практично всі вони є носіями вольбахії. У ці комахи вона виділяє гормони, що запобігають пожовтіння й відмирання листу. Саме за допомогою її гусениці затримують прихід осені, щоб дати собі час вирости. Якщо позбутися вольбахії, листи загинуть і обпадуть, а разом з ними й гусениці.

Виходить, що вольбахія – створіння багатолике. Одні штами – найсправжнісінькі паразити, егоїстичні інтригани, завдяки своїй маніпуляторській майстерності, що поширилися по усьому світу на крилах і ніжках тисяч хазяїв. Вони вбивають тварин, псують їхню біологію й обмежують їх у виборі. Інші ж – мутуалісти, доброзичливці, незамінні союзники. А деякі так взагалі все відразу. І вольбахія у своєму різноманітті не єдина.

Ця думка досить незвичайна для книги, що оповідає про те, як важливо мирно співіснувати з мікробами, але в той же час украй важлива: мікробів взагалі не можна розділити на гарних і поганих. Для дитячих казок такі узагальнення ще підійдуть, але вже точно не для опису безладних, примхливих, неоднозначних зв'язків у живій природі [136] .

У дійсності бактерії можуть поводитися по-різному й бути як «поганими» паразитами, так і «гарними» мутуалістами. Деякі мікроби, наприклад вольбахія, запросто змінюють ролі залежно від штаму й організму-хазяїна. Але багато є одночасно й патогенами, і мутуалістами: шлункові бактерії 


Helicobacter pylori


викликають виразку й рак шлунка, хоча ті ж штами захищають нас від раку стравоходу [137] . Деякі здатні одягати різні маски залежно від обставин, перебуваючи в тому самому хазяїні. Цілком можна сказати, що назви «мутуаліст», «комменсал», «патоген» і «паразит» – не відмітні знаки, а швидше різні варіанти стану ( на зразок «голодний», «заспаний», «живий») або типи поведінки («, що співробітничає», «ворожий»). Вони більше нагадують прикметники й причастки, чим іменники, тому що служать для опису відносин двох партнерів у певний момент і в певних умовах.

Ніколь Бродерік виявила відмінний приклад того, як змінюються відносини між мікробом і хазяїном, під час вивчення ґрунтової бактерії 


Bacillus thuringiensis,


або Bt. Бацила робить токсини, які простромлюють травний тракт гусениці й тим самим її вбивають. Фермери, до речі, з 1920-х років охоче використовують її як живий пестицид, навіть на органічних фермах. Про ефективність такого методу ніхто не сперечається, але протягом аж декількох десятиліть учені помилково думали, що комахи просто помирали від голоду, тому що ушкодження від токсинів були занадто серйозними. У цьому поясненні явно чогось не вистачало: дослідження показали, що гусениці для голодної смерті було потрібно тиждень, а Bt могла її вбити днів за три.

Що в них там відбувалося насправді, Бродерік з'ясувала чи не випадково[138] . Вона підозрювала, що в кишках гусениць могли бути мікроби, що захищають їх від Bt. Тому, перед тим як порадувати чергову групу гусениць живим пестицидом, вона нагодувала їх антибіотиками. Очікувалося, що під час відсутності мікробів-захисників гусениці помруть ще швидше. А вони взяли й усі вижили. Як з'ясувалося, ці кишкові бактерії не захищають гусениць, а швидше є знаряддям їх убивства бацилами! У кишках вони нешкідливі, але вони можуть проникнути в кров через ушкодження від токсинів Bt. Тоді їх зауважує імунна система гусениць – і привіт. По організму поширюється запалення, ушкоджуючи органи й перешкоджаючи нормальному кровотоку. Зараження крові – ось від чого комахи гинуть.

Можливо, те ж саме щорічно відбувається з мільйонами людей. Нас так само заражають патогени, що протикають нам кишки, а потім наші кишкові мікроби відправляються в круїз по кровоносній системі, улаштовуючи нам зараження крові. Як і в гусениць, ці мікроби можуть допомагати нашому організму, перебуваючи в кишечнику, і ставати нашими ворогами, потрапляючи в кровоток. Вони є мутуалістами лише тоді, коли цьому сприяє їхнє навколишнє середовище. Ті ж принципи застосовні до живучих у нас

« бактерій-опортуністів»: звичайно вони нешкідливі, але в організмах з ослабленим імунітетом цілком можуть викликати небезпечну для життя інфекцію [139] . В загальному, усе залежить від ситуації. Навіть такі давні й надійні симбіонти, як мітохондрії, джерела енергії у тваринних клітинах, можуть сильно нашкодити, виявившись не в тому місці. Якщо ви, скажімо, поріжетеся або вдаритеся, частина ваших клітин розірветься, а фрагменти мітохондрій потраплять у кров. Не варто забувати про прадавню бактеріальну природу цих фрагментів: коли ваша імунна система їх помітить, їй здасться, що організму загрожує інфекція, і вона почне формувати захист від неї. Якщо травма серйозна й у кров потрапило досить мітохондрій, запалення може розійтися по всьому тілу й стати причиною синдрому системної запальної реакції організму (SIRS) [140] . Цей синдром може заподіяти організму більший збиток, чим сама травма. Як би нерозумно це не звучало, SIRS виникає лише тому, що наше тіло перегинає ціпок при зустрічі з мікробами, що мирно живуть у нас у клітинах більш двох мільярдів років. Навіть гарну квітку з клумби можна порахувати за бур'ян, якщо вона виросте на грядці з гарбузами. Так і з мікробами: вони можуть бути незамінні в одному органі й небезпечні в іншому, життєво необхідні усередині наших клітин і смертоносні поза ними. «Якщо у вас небагато знизиться імунітет, вони вас уб'ють, а коли ви помрете – зжеруть, – страхає Форест Роуер, фахівець з біології коралів. – Їм до вас немає справи. Це не дружба, це всього лише біологія».

Так що у світі симбіозу наші союзники можуть запросто нас зрадити, а вороги – стати на нашу сторону. Для того щоб зруйнувати давній союз, часом досить кілька міліметрів.

Так чому наші з ними відносини настільки ненадійні? Чому мікроби отак запросто стають то патогенами, то мутуалістами? Насправді ці ролі суперечать одна одній не так сильно, як здається на перший погляд. Що дружелюбному сусідикові-мікробу потрібно зробити в кишечнику, щоб вижити й установити з організмом хазяїна міцні відносини? Правильно – вчепитися за стінки кишечника, щоб не віднесло, і почати взаємодіяти з клітинами нового дому. Те ж саме повинні зробити й патогени. Так що й герої, і лиходії часто використовують ті самі молекули для тих самих цілей. Якимось із цих молекул дали імена з негативною коннотацією: наприклад, «фактори вірулентності» – тому що відкриті вони були в контексті хвороби, – але ж насправді й вони , і мікроби, що їх використовують, самі по собі нейтральні. Вони – усього лише інструменти, як комп'ютер, кулькова ручка й ніж: з їхньою допомогою можна як творити чудеса, так і влаштовувати капості.

Навіть мікроби, яких ми вважаємо корисними, можуть нам побічно шкодити, створюючи уразливості, що полегшують роботу паразитам і патогенам. Іноді ці уразливості з'являються просто через саме їхню присутність. Мікроби, що живуть в організмі попелиці й необхідні для її життєдіяльності, наприклад, роблять летучі молекули, що залучають муху-журчалку. Для попелиці ця чорно-жовта мушка, що зовні нагадує осу, – вірна смерть. Її личинки, доки не олялечкуються, пожирають попелиць сотнями, так що для того, щоб прогодувати потомство, дорослі особини винюхують «Мікробіом № 5» – відмітний аромат тлі, яким вона не може не пахнути. У природі таких ненавмисних принад не порахувати – ви, до речі, їх також виділяєте прямо зараз. Деякі бактерії перетворюють хазяїнів у ходячий шведський стіл для малярійних комарів, а інші, навпаки, їх відлякують. Ніколи не бачили, як з двох людей, що разом бродили по лісу, один від голови до ніг покритий укусами мошок, а другий іде собі й посміхається осяйно? Частково за це відповідають наші власні мікроби [141] .

Ще патогени можуть використовувати наших мікробів для вторгнення в організм – як, наприклад, вірус поліомієліту. Він хапається за молекули на оболонці кишкових бактерій, як за повідки, і їде на них до клітин хазяїна. Чіплятися за клітини ссавців йому зручніше, до того ж завдяки нашій температурі тіла його катання на мікробах стають набагато приємнішими. Цим мікробам, властиво, поліовірус і зобов'язаний високою ефективністю своїх атак [142] .

Важливо зрозуміти, що симбіоз з мікробами має свою ціну. Навіть допомагаючи своїм хазяям, вони створюють у їхніх організмах слабкі місця. До того ж їм потрібно дати притулок, нагодувати й перемістити куди треба – тобто витратити на це енергію. І що головне, у них, як і в будь-якого іншого організму, є свої інтереси, які не завжди збігаються з інтересами організму хазяїна. 

Wolbachia


передається від матері до дочки, так що, убиваючи самців, у короткостроковій перспективі вона придбає більше носіїв – але в довгостроковій є ймовірність, що носії вимруть. Якщо деякі бактерії гавайської еупрімни загаснуть, вони заощадять енергію, але якщо їх згасне занадто багато, то еупрімна втратить захисне підсвічування й уся компанія стане обідом якого-небудь уважного хижака. Якщо мікроби в мене в кишечнику почнуть пригнічувати мою імунну систему, вони поліпшать собі умови для росту, а ось я занедужаю.

Між тим, будь-яке товариство в біології засноване саме на цьому. Завжди є ті, хто спробує урвати собі кращий шматок. Завжди є небезпека того, що ваш партнер вас підставить. Симбіотичні пари можуть прекрасно співіснувати й співробітничати, але з'явися в одного партнера можливість отримати ті ж вигоди, додаючи менше зусиль і без якої-небудь небезпеки для себе, – він обов'язково нею скористається, якщо за ним не простежити й не покарати. Про це в 1930 році писав Герберт Джордж Уеллс: «У кожному симбіозі в якійсь мірі таїться ворожнеча, і стан взаємовигоди може підтримуватися лише належною вивіркою й нерідко ретельним узгодженням. Відносини заради взаємної користі нелегко зберегти навіть між людьми – і це незважаючи на те, що ми наділені достатнім розумом для того, щоб зрозуміти значення подібних зв'язків. У нижчих же організмів немає розуміння, необхідного для розвитку таких відносин. Взаємовигідне партнерство – це адаптація, що підхоплюється ними настільки ж сліпо й здійснювана настільки ж неусвідомлено, як і всі інші види симбіозу» [143] .

Про ці правила часто забувають. Нас улаштовують розповіді про боротьбу добра зі злом, де відразу ясно, хто герой, а хто лиходій. За останні кілька років популярне раніше гасло «Смерть бактеріям!» поступово змінилося на «Мікроб мені друг, хай здраствує мікроб!», тільки ось друга точка зору настільки ж невірна, як і перша. Ми не можемо взяти й сказати, що ось цей мікроб гарний, лише тому, що він усередині нас живе. Про це часом забувають навіть учені. Змінилося й значення самого терміна «симбіоз»: у нейтрального раніше значення «співжиття» з'явилися дивовижні позитивні відтінки, що нагадують про співдружність і гармонічне блаженство. На жаль, еволюція так не працює. Вона далеко не завжди віддасть перевагу взаємодії, навіть якщо воно вигідна всім, і нерідко обтяжує розбратом навіть найбільш злагоджені відносини.

Ця сумна правда стане ще більш явною, якщо ми ненадовго покинемо світ мікробів і глянемо на хлопців побільше – наприклад, на волоклюїв. Ці птахи живуть в Африці до півдня від Сахари – там вони знаходять собі жирафів і антилоп і викльовують з їхніх шкір кліщів і різних кровососів. Але вони також можуть і відкриті рани поклювати – а це сповільнює процес загоєння й підвищує ризик влучення в рану інфекції. Пташинки жадають крові й угамовують цю спрагу за рахунок великих тварин, а от корисно воно для цих тварин чи ні – залежить від ситуації. Подібні процеси можна спостерігати в коралових рифів – дрібна рибка губан-чистильник там завідує природним спа-салоном. Великі риби припливають туди, щоб почистити лусочки, і губан витягає паразитів з їхніх щелеп, зябер і інших важкодоступних ділянок тіла. Губанам – їжа, клієнтам – медичні послуги. Але іноді губани дурять і починають поїдати шматочки слизу й здорової тканини. Клієнтам такий сервіс не подобається, і вони спливають, та й інші губани не погладять по голівці колег-ошуканців, відлякуючих потенційних клієнтів. Тим часом у Південній Америці мурахи захищають акацію від бур'янів, шкідників і тварин на випасі. Акація замість того надає мурахам цукрові смаколики й порожні здуття в основі шипів, у яких можна жити. На перший погляд, у них абсолютно взаємовигідні відносини. Ось тільки дерево додає в мурашину їжу особливий фермент, через який мурахи втрачають здатність перетравлювати цукор, отриманий з інших джерел. Виявляється, мурахи – не вільні васали, а експлуатовані раби. Усе це традиційні приклади кооперації, їх можна знайти в підручниках і документальних фільмах про дику природу. І в кожному з них є присмак розбрату, маніпуляції й обману [144] .

« Потрібно навчитися розділяти

важливе


і

гармонійне .


Мікробіом дуже важливий для нас, але це зовсім не виходить, що він гармонійний», – стверджує еволюційний біолог Тобі Кірс [145] . Ефективне партнерство цілком можна вважати використанням один одного. «Обидва партнери можуть отримувати вигоду, але їх відносинам однаково властива якась напруженість. Симбіоз – це конфлікт, який неможливо вирішити повністю».

Але симбіотичними відносинами можна управляти і якоюсь мірою їх стабілізувати. Зрештою, води навколо Гавайїв не населяють полчища темних молюсків [146] . Серед безлічі видів комах, уражених вольбахією, є самці. Імунна система в мене працює цілком непогано. У нас вийшло побудувати стабільні відносини з мікробами, зробити їх вірними партнерами, а не зрадниками. Ми придумали, як вибирати види бактерій, які будуть у нас жити, і як тримати їх під контролем, щоб вони поводилися як мутуалісти, а не як патогени. Тут, як і скрізь, щоб добитися найкращих відносин, доводиться потрудитися. У всіх важливих перетвореннях в історії життя – від одноклітинних організмів до багатоклітинних, від окремих особин до симбіотичних союзів – потрібно було розібратися з одним й тим же завданням: як подолати корисливі помисли окремих особин і створити групу, засновану на співробітництві?


Іншими словами, як же мені вміщувати мої безлічі?


Вміщування наших безлічей чимсь нагадує землеробство. Щоб відзначити границі свого городу, ми ставимо огорожі й загороди. Щоб живити рослини, ми їх удобрюємо. Ми висмикуємо бур'яни й обробляємо їх хімікатами. І город ми влаштовуємо там, де для того, що ми вирощуємо, є підходящі клімат, ґрунт і рівень освітлення. До подібних заходів прибігають і тварини, коли диктують умови договору своїм партнерам-мікробам [147] .

Розберемо їх по порядку.

На кожній частині тіла всіх видів тварин є свій зоологічний терруар – характерна сукупність температури, кислотності, насиченості середовища киснем і інших факторів, що визначають, які там можуть жити мікроби. Людський кишечник, у якому бактерії прямо-таки купаються в їжі й рідині, може здатися мікробним раєм. Але й складностей там вистачає. Їжа по кишечникові проходить швидким потоком, що змітає усе на своєму шляху, так що мікробам потрібно або швидко рости, або чіплятися за стінки кишечника за допомогою відповідних молекул. У кишечнику темно й страшно, а виходить, там не зможуть благополучно розбудовуватися мікроби, яким для харчування потрібне сонячне світло. Кисню там також немає, що пояснює, чому абсолютна більшість кишкових мікробів – анаероби, тобто організми, здатні харчуватися й рости без цього начебто б необхідного газу. Деякі з них так зациклені на своїй анаеробності, що, зачувши кисень, гинуть.

А ось шкіра – зовсім інша справа. Там і сухі прохолодні пустелі, такі як передпліччя, і жаркі вологі джунглі, такі як пахова область і пахви. Сонячного світла там предосить, але й воно може стати проблемою через ультрафіолетове випромінювання. Кисню також вистачає, а тому що шкіра в основному перебуває на свіжому повітрі, аеробам на ній добре. Але приховані закутки – скажемо, потові залози – створюють усі умови для росту, що ненавидять кисень анаеробів, наприклад 


Propionibacterium acnes ,


що викликають вугровий висип. Біологія наших тіл підкоряється законам фізики й хімії.

А ще тварини вміють цими факторами управляти – розвішувати запрошувальні вивіски й, навпаки, відгороджувати заборонні зони. Наші шлунки виробляють сильні кислоти, завдяки яким бактерії туди не сунуться, за винятком стійких до кислоти видів – наприклад, 


H. pylori .


У мурах-червиць шлункової кислоти немає, але є мурашина, яку в них виділяє залоза на задній частині тулуба. Як правило, вони розприскують її в захисних цілях, але можуть і висмоктати кислоту з власної попки – так вони окислять свій травний тракт, щоб туди не лізли небажані мікроби [148] .

Ці фактори й обумовлюють основні вимоги до кандидатів на поселення усередині нас. Вони – грубі фільтри, які приблизно визначають, які типи мікробів стануть нашими співмешканцями, і відправляють їх туди, де їм буде комфортно. Але нам також потрібні більш точні способи настроювання наших мікробних співтовариств і більш надійні перешкоди, щоб вони не вилазили за їхні межі. Не забувайте про важливість місцезнаходження мікробів: залежно від того, де вони перебувають, з корисних союзників мікроби можуть запросто перетворитися в смертельну загрозу. Тому, щоб відгородити свій мікробний розсадник, багато тварин поставили справжні, фізичні перешкоди. У ході еволюції в нас з'явилися надійні огорожі, щоб і сусіди стали надійними. Гавайська еупримна надає своїм світним партнерам лакуни. Плоский хробак 


Paracatenula


виділяє під мікробних співмешканців більшу частину свого тіла. У деяких блощиць посередині травного тракту перебуває дуже вузький коридор – він зупиняє потік їжі й рідини, перетворюючи задню половину кишкового тракту в просторий будинок для мікробів. І приблизно п'ята частина від усіх видів комах містить симбіонтів усередині спеціальних клітин – бактеріоцитів [149] .

Бактеріоцити неодноразово з'являлися в різних лініях незалежно один від одного. Одні комахи розпихують їх між іншими клітинами, інші створюють з них органи, що висять на кишках, як грона винограду, – так звані бактеріоми. Звідки б вони не узялися, функції в них ті самі: вміщувати й контролювати симбіонтів, не допускати їхні проникнення в інші тканини й ховати їх від імунної системи. До розкішного житла бактеріоцитам далеко. В одній клітині можуть жити десятки тисяч бактерій – їм там так тісно, що в порівнянні з ними й бочка з оселедцем здасться просторою. Вони є клітинами у всіх змістах.

Ще вони – інструменти, необхідні для нагляду. Незважаючи на давні й взаємозалежні відносини між комахами і їх симбіонтами, конфлікти виникають не так вже рідкісно. Якщо вам це здається дивним, згадаєте, що щороку в мільйонів людей діагностують рак. Ця хвороба викликана клітинним повстанням – клітина порушує правила власного тіла. Вона починає безконтрольно рости й ділитися – так з'являються пухлини, що піддають життя хазяїна ризику. Уже якщо на таке здатні клітини людини, буваючи при цьому частиною її ж тіла, легко собі уявити, що те ж саме може викинути й бактерія 

Blochmannia


- окремий організм у тілі мурахи. Вона може стати чимсь начебто симбіотичного раку, який розмножується без догляду, забирає собі необхідну мурасі енергію й захоплює клітини, до яких взагалі наближатися не повинен [150] .

За допомогою бактеріоцитів комахи здатні це запобігти. Вони можуть управляти переміщенням живильних речовин по бактеріоцитах, позбавляючи їжі симбіонтів-шахраїв, які порушують умови оренди й не приносять користі, яку повинні приносити. Мікробів-бранців вони можуть розстрілювати ферментами, що наносять втрати, і антибактеріальними речовинами, щоб тримати їхнє населення під контролем. Довгоносик – жучок, що пожирає рис і інші зерна, – так поводиться з бактеріями 


Sodalis ,


які живуть у нього в бактеріоцитах і роблять речовини, з яких будується захисний панцир комахи. Коли довгоносик досягає зрілості й уперше вирішує обзавестися панциром, він послабляє контроль над бактеріями, чия чисельність збільшується в чотири рази. А ось коли панцир готовий, працівники-мікроби довгоносикові більше не потрібні, так що він їх убиває. Уміст бактеріоцитів, включаючи бактерій 

Sodalis ,


він переробляє в сировину, а самі клітини змушує самознищитися. У своїх клітинних в'язницях довгоносик може побільшати популяцію приручених бактерій, коли того вимагає ситуація, і розправитися з ними, коли партнерство перестає приносити плоди [151] .

Хребетним тваринам, таким як ми з вами, вмістити бактерії складніше. Нам доводиться тримати під контролем мікробний консорціум набагато більший, чим в будь-якої комахи, та ще й без бактеріоцитів. Більша частина наших мікробів живе серед наших клітин, але не в них самих. Взяти хоча б наш кишечник: це довга, компактно складена трубка – якщо її повністю розгладити, вона покриє собою футбольне поле. У цій трубці рояться трильйони бактерій. Усього один шар клітин епітелію, яким покриті й інші органи, не дозволяє їм проникнути крізь стінки кишечника й потрапити в кровоносні судини, по яких потім можна добратися до будь-якої частини тіла. Кишковий епітелій – наша головна точка дотику з нашими товаришами-мікробами, але при цьому й найголовніша уразливість. У простих водних тварин, таких як корали або губки, справи йдуть ще гірше. Їхнє тіло практично повністю складається з шарів епітелію, занурених у ванну з мікробів, а вони однаково умудряються тримати своїх симбіонтів під контролем. Як?

По-перше, у них є слиз – та сама грузла рідота, що закладає вам ніс при застуді. «Слиз скрізь придасться, він адже кльовий», – підморгує Форест Роуер [152] . Він то в цьому точно розбирається, він адже багато років збирав зразки слизу в представників тваринного світу. Майже у всіх тваринних тканини, піддані впливу зовнішнього середовища, покриті слизом. У нас це кишечник, легені, ніс і геніталії. У коралів це взагалі все. У кожному випадку слиз являє собою матеріальний бар'єр. Він складається з величезних молекул за назвою муцини, а вони, у свою чергу, складаються з центрального білкового кістяка, до якого причепилися тисячі вуглеводних молекул. Завдяки вуглеводам окремі муцини зв'язуються один з одним і утворюють щільну, практично непробивну гущавину – Велику Слизову стіну, що не дозволяє заблукалим мікробам проникнути глибше в тіло. Додатково до цього стіну опікують віруси – щоб уже напевно.

Коли ви згадуєте про віруси, вам у голову, напевно, приходять ебола, ВІЛ, грип – усім відомі лиходії, через які ми занедужуємо. Але більшість вірусів насправді заражають і вбивають мікробів. Це бактеріофаги – дослівно «пожирателі бактерій», можна просто фаги. Їхні кутасті голівки розташовані на довгих і тонких ніжках, прямо як в апарата, що доправив Ніла Армстронга на Місяць. Приземлившись на бактерію, вони впорскують у неї свою ДНК, тим самим перетворюючи її в завод з виробництва нових фагів, які через якийсь час вириваються з бактерії-хазяїна, убиваючи її. Тварин фаги не заражають, при цьому їх набагато більше, ніж небезпечних для тваринних вірусів. На трильйони мікробів у вас у кишечнику можуть знаходитися


мільйони мільярдів


фагів.

Кілька років тому Джеремі Барр, член наукової групи Роуера, помітив, що фаги просто обожнюють слиз. У звичайному середовищі на одну клітину бактерії доводиться близько 10 фагів [153] . У слизу – усі 40. На яснах людини, у кишечнику миші, у морських хробаках, актиніях і коралах їх також в 4 рази більше. Тільки уявіть, як полчища фагів, засунувши голову в слиз, витягають ніжки чекаючи минаючого їх мікроба, щоб укласти його в смертельні обійми! Не виключено, що ці любителі слизу насправді не просто груба протимікробна зброя. Роуер підозрює, що, вносячи зміни до хімічного складу свого слизу, тварини здатні залучати певних фагів, щоб ті вбивали одних бактерій і давали спокійно пройти іншим. Можливо, це один з наших способів вибирати собі мікробів-партнерів.

Це говорить багато про що. Можна припустити, що у фагів – а вони, між іншим,

віруси


- з тваринами, у тому числі й з нами, взаємовигідні відносини. Вони наглядають за нашими мікробами, а ми замість того допомагаємо їм розмножуватися в повному бактерій середовищі. У фагів у слизу шансів піймати жертву в 15 раз більше, чим без нього. Де тварини – там і слиз, а де слиз – там і фаги, а виходить, швидше за все, наше партнерство почалося на зорі царства тварин. Роуер навіть підозрює, що фаги споконвічно й становили імунну систему, за допомогою якої перші тварини тримали прибулих мікробів під контролем [154] . Вірусів у їхньому середовищі й так уже було предосить. Потрібно було просто зібрати їх разом, надавши їм шар слизу, до якого можна прилипнути. З простенького початку стали розбудовуватися інші, більш складні методи контролю.

Розглянемо, наприклад, кишечник ссавця. Його покривають два шари слизу: прямо на клітинах епітелію – щільний внутрішній, а поверх нього – хиткий зовнішній. Зовнішній шар кишить фагами, але також на ньому осідають і успішно розмножуються мікроби. Їх отут повно. А ось у щільному внутрішньому шарі їх майже немає. Уся справа в тому, що клітини епітелію не скупляться на антимікробні пептиди (АМП) – малюсінькі молекулярні кулі, здатні швидко розправитися з будь-якими ввійшовшими мікробами. Завдяки їм з'являється, як сказала Лора Хупер, зона роззброювання – область прямо перед епітелієм, на якій мікроби не можуть поселитися [155] .

А якщо який-небудь мікроб все-таки зуміє пройти через щільний шар слизу, пробитися крізь війська фагів і АМП, а потім пролізти крізь епітелій, на іншій стороні його чекає армія імунних клітин, готова проковтнути його й знищити. Ці клітини там не в стелю плюють – вони напрочуд завбачливі. Деякі з них заглядають за епітелій, немов за паркан, у пошуках мікробів на тій стороні. Якщо в зоні роззброювання виявляться бактерії, імунні клітини візьмуть їх у полон і затягнуть усередину. Завдяки захопленню бранців імунна система регулярно збирає дані розвідки про широко розповсюджених у слизу мікробів, тим самим отримуючи можливість підготувати антитіла й інші належні відповідні заходи [156] .

Ці відповідні заходи – слиз, антимікробні пептиди, антитіла – також визначають, яким видам мікробів можна залишитися в кишечнику [157] . Ми про це знаємо, тому що вчені вивели безліч ліній мутантних мишей, у яких відсутній один або кілька з цих компонентів. В організмі таких мишей нестандартні мікроби й, як правило, збуджений кишечник. Так що імунна система кишечника – це не бар'єр, нездатний розрізняти мікробів, вона не просто бере й обробляє інформацію з кожної бактерії, що виявилася поблизу. Вона досить розбірлива. А ще вона чуйна. Багато бактеріальних молекул стимулюють клітини кишкової стінки, щоб ті робили більше слизу: чим більше в кишечнику бактерій, тим могутніше кишечник захищений. А клітини кишечника, отримавши сигнали від бактерій, виробляють відповідні АМП – вони обстрілюють зону роззброювання не увесь час, а лише коли їх цілі доберуться занадто близько [158] .

Можна сказати, що імунна система калібрує мікробіом: чим більше мікробів, тим сильніше вона дає їм відсіч. Або навпаки – що це мікроби калібрують імунну систему, провокуючи її на реакції, що скорочують кількість їх конкурентів, але, що не торкають їх самих. Останнє припущення логічне, якщо врахувати, що більша частина наших найпоширеніших кишкових мікробів адаптувалася для мирного співіснування з імунною системою. Ось чому ми поступово відходимо від стандартного погляду на імунітет, згідно з яким в організмі тільки й відбувається, що розправа з загрозливими нашому здоров'ю мікробами. Зараз, коли я це пишу, «Вікіпедія» дає імунній системі наступне визначення: «система біологічних структур і процесів, що захищає організм від захворювань». Якщо система наведена в дію, виходить, вона помітила патоген – загрозу, яку вона знищує. Але, як вважають багато вчених, винищування патогенів є лише бонусом. Головна ж функція імунної системи – керування відносинами нашого організму й мікробів. Її основне завдання – балансування й менеджмент, а не захист і руйнування.

У хребетних тварин, таких як ми з вами, імунна система влаштована дуже складно – вона здатна створювати унікальний тривалий захист від певних загроз. Саме тому ми несприйнятливі до дитячих інфекцій, наприклад до кору, а також до інфекцій, від яких були щеплені. Справа не в тому, що ми більш уразливі для інфекцій у порівнянні з іншими тваринами. Як вважає наш експерт по молюсках Макфолл-Най, настільки мудра імунна система з'явилася для того, щоб управляти більш складним мікробіомом – дозволяти хребетним з більшою точністю відбирати мікробів для свого організму й підтримувати вивірені відносини протягом часу. Замість того щоб їх обмежувати, імунна система еволюціонувала так, щоб підтримувати


ще більше


мікробів [159] .

Згадайте попередню главу, у якій я порівнював імунну систему з командою лісничих, керуючих заповідником. Якщо мікроби долають границі заповідника, тобто слиз, лісничі виштовхують їх назад і зміцнюють огорожу. Вони тримають під контролем види, чиї популяції занадто розростаються, і розправляються з патогенами, які вторгаються з зовнішнього світу. Вони підтримують рівновагу в співтоваристві, невпинно захищаючи баланс заповідника від загроз – як зовнішніх, так і внутрішніх.

Відпустку ці лісничі отримують лише на самому початку нашого життя, коли в плані мікробіології ми являємо собою «чисті дошки». Щоб дати нашим першим мікробам можливість поселитися в нашому новонародженому тілі, особливий клас імунних клітин пригнічує іншу захисну систему організму – тому протягом перших шести місяців життя діти легко піддаються інфекційним захворюванням [160] . Справа не в тому, що їхня імунна система ще не досягнула зрілого стану, як вважають багато: її розвиток навмисно стримується, щоб дозволити всім бажаючим мікробам улаштуватися. Але як дитина ссавця переконається, що до нього приєдналися потрібні мікроби, якщо імунна система не допомагає з добором?

Їй допомагає мати. У материнському молоці утримується безліч антитіл, які контролюють популяцію мікробів в організмі дорослого, і діти засвоюють ці антитіла при грудному вигодовуванні. Імунолог Шарлотта Кетцель вивела мишей з мутацією, через яку вони не могли робити одне з цих антитіл, і виявила, що кишечники їх дитинчат виявилися заселені дуже дивними мікробами [161] . Серед них була безліч видів бактерій, що часто зустрічаються в людей з запальними захворюваннями кишечника, при чому багато хто з них додатково пробралися крізь стінки кишечника й викликали запалення найближчих лімфовузлів. Як ми вже знаємо, більшість невинних бактерій невинні лише там, де вони перебувають. Молоко тримає їх у вузді – і не тільки. Молоко – це один з найбільш вражаючих засобів контролю над мікробами в організмі ссавця.

У Каліфорнійському університеті в Дейвісі над великим виноградником і городом зі спілими овочами піднімаються кілька будинків зі стінами кольору обпаленої глини. Усе разом нагадує тосканський особняк, який дивом телепортували на захід США. Насправді це науково-дослідний інститут, де всі просто божевільні на вивченні молока. Управляє ними невисокий нервовий і енергійний дядечко на ім’я Брюс Джерман. Якби існувала нагорода за найактивніше розхвалювання молока у світі, Брюс би її точно отримав. Я заходжу в його кабінет, тисну йому руку й запитую: «А чому ви цікавитеся молоком?» Через півгодини він усе ще штовхає мову, стрибаючи на фітболі й смикаючи в руках пошарпаний шматочок плівки з пухирцями.

Молоко – це ідеальне джерело живильних речовин, розповідає Брюс, « чудо-їжа», дійсно гідна такої назви. Так вважають деякі. На даний момент наукових публікацій, присвячених молоку, зовсім небагато, якщо порівнювати зі статтями про інші тілесні рідини – кров, слину й навіть сечу. У молочній промисловості незліченні багатства витрачаються на те, щоб отримувати від корів більше молока, але практично не виділяється грошей на те, щоб зрозуміти суть цієї білої рідини й принципи її роботи. У медичних фондах порахували, що це не має значення. Як пояснює Джерман, «це ніяк не відноситься до хвороб білих чоловіків середнього віку». А ось дієтологи вирішили, що молоко – це звичайна суміш жирів і цукрів, яку можна з легкістю замінити штучними аналогами. «Говорять, що це просто купка хімічних речовин, – скаржиться Джерман. – Насправді це навіть близько не так».

Молоко вперше з'явилося в ссавців. Будь-яка мати, що годує, чи то пантера або панголін, жирафа або жінка, для годівлі дитинчат у буквальному значенні розчиняє власне тіло, щоб створити білу рідину, яку потім виділяє через соски. Склад цієї рідини протягом 200 мільйонів років правився й поліпшувався, щоб дитинчата могли отримувати з неї всі необхідні живильні речовини. Крім усього іншого в складі є складні цукри – олігосахариди. Їх роблять усі ссавці, але людина чомусь вирішила особливо виділитися: учені вже знайшли більш 200 олігосахаридів людського молока [162]  – це третя за обсягом його складова, відразу після лактози й жирів. Уже вони то напевно повинні бути відмінним джерелом енергії для підростаючих дітей!

Тільки от діти не здатні її перетравлювати.

Джерман, уперше довідавшись про олігосахариди, був просто приголомшений. Навіщо матері витрачати стільки енергії на виробництво цих найскладніших речовин, якщо її дитина не зможе їх перетравити й отримати від них хоч якусь користь? Чому природний добір не поклав кінець такому марнотратству? Ось підказка: через шлунок й тонку кишку ці цукри проходять цілими, виявляючись у підсумку в товстій кишці, де живе більшість наших бактерій. А може, вони взагалі призначені не для дітей? Раптом вони є їжею для мікробів?

Ця теорія з'явилася на початку XX століття, коли дві різні групи вчених зробили відкриття, не знаючи, що вони виявляться тісно між собою зв'язаними [163] . В одній групі педіатри виявили, що мікроби по імені 


Bifidobacterium


більш поширені в стільці дітей, котрих вигодовують грудьми, чим в тих, що штучно вигодовують. Вони висунули припущення, що людське молоко містить речовину, що постачає цих бактерій харчуванням, – її незабаром назвуть « біфідус-фактор». А хіміки тим часом з'ясували, що в людському молоці утримуються вуглеводи, яких немає в коров'ячому, і почали потроху розбивати цю загадкову суміш на окремі складові, серед яких у підсумку знайшли й трохи олігосахаридів. Дві самітності зустрілися в 1954 році, а все завдяки співробітництву Річарда Куна (хіміка, австрійця й лауреата Нобелівської премії) і Пола Дьєрдя (педіатра, американця з угорським коріннями й прихильника грудного вигодовування). Разом вони встановили напевно, що таємничий біфідус-фактор і олігосахариди молока – це те саме й що саме вони живлять кишкових мікробів. Нерідко для того, щоб зрозуміти партнерство різних царств життя, потрібне партнерство різних галузей науки.

До 1990-их років учені вже знали, що в людському молоці утримується більш ста олігосахаридів, але з подробицями описали лише кілька. Ніхто не знав, як більшість із них виглядають і яких бактерій годують. Вважалося, що вони живлять відразу всіх біфідобактерій одночасно. Джермана це не влаштовувало. Він хотів точно знати, ким є відвідувачі молочної кухні й що вони замовляють. Щоб це з'ясувати, він згадав минуле й набрав до себе в команду хіміків, мікробіологів і фахівців з проблем харчування [164] . Разом вони ідентифікували всі олігосахариди, вивели їх з молока й нагодували ними бактерій. До їхнього великого розчарування, на ріст бактерій це не подіяло.

Незабаром з'ясувалося, у чому справа: виявляється, олігосахариди людського молока – це не універсальна їжа біфідобактерій. В 2006 році команда виявила, що цими цукрами харчується лише один їх підвид, 

Bifidobacterium longum infantis ,


або 

B. infantis


для стислості. Доки в цієї бактерії є доступ до олігосахаридів, вона буде перевершувати числом усіх інших мікробів у кишечнику. Родинний їй підвид – 

B. longum longum


– росте на тих же цукрах досить в'яло. Як би іронічно це не звучало, 

B. lactis ,


на якій заснована більшість йогуртів-пробіотиків, не росте на них зовсім. Ще в одного популярного компонента пробіотиків, 

B. bifidum ,


справи з олігосахаридами небагато кращі, але, коли справа стосується їжі, вона – більша вередуха. Розщепивши трохи олігосахаридів, вона з'їдає тільки ті їхні шматочки, що їй найбільше подобаються. А от 

B. infantis ,


навпаки, пожирає все до останньої крихти завдяки кластеру з 30 генів – справжньому столовому набору для вживання олігосахаридів [165] . Такого кластера більше немає ні в однієї біфідобактерії, тільки в 

B. infantis .


Людське молоко розвинулося так, щоб годувати саме цю бактерію, а вона, у свою чергу, стала відспіваним олігосахаридоїдом. Не дивно, що в кишечниках дітей, котрих вигодовують грудьми, вона, як правило, домінує.

І вона заслуговує своє місце. Перетравлюючи олігосахариди, 


B. infantis


виробляє коротколанцюгові жирні кислоти, які живлять клітини кишечника дитини, – виходить, що, доки мати годує мікроба, мікроб годує її дитину. Шляхом прямого зіткнення 

B. infantis


також спонукує клітини кишечника до вироблення адгезивних білків, які зашпаровують щілини між ними, і протизапальних молекул, які калібрують імунну систему. Усе це відбувається, лише коли 

B. infantis


харчується олігосахаридами, – якщо ж вона отримує замість них лактозу, вона виживає, але ніяк не впливає на клітини організму дитини. Повністю свій потенціал помічників вона розкриває, лише харчуючись грудним молоком. І відповідно, щоб дитина могла скористатися всіма перевагами материнського молока, у неї в кишечнику повинна жити 

B. infantis [166] .


Тому Дэвид Миллз, мікробіолог, що працює з Джерманом, розглядає 

B. infantis


як частину грудного молока, хоч вона й виробляється не в грудях [167] .

Людське грудне молоко відрізняється від молока інших ссавців: у ньому утримується в кілька сотень разів більше олігосахаридів, чим в коров'ячому молоці, і в п'ять раз більше їх типів. Навіть молоко шимпанзе в порівнянні з нашим убоге. Ніхто не знає, звідки ці відмінності узялися, але Міллз може запропонувати кілька здогадів. Один з них стосується нашого головного мозку – для примата нашого розміру він дуже великий і в перший рік життя росте напрочуд швидко. Для такого швидкого росту він якоюсь мірою покладається на сіалову кислоту – живильна речовина, яка в числі інших молекул виробляється 


B. infantis ,


коли вона харчується олігосахаридами. Не виключено, що якщо мами годують цю бактерію до відвалу, то мозок у їхніх дітей розбудовується краще. Це може пояснити, чому в тих видів приматів, що ведуть соціальний спосіб життя, олігосахаридів у молоці більше й вони більш різноманітні, чим в тих, що віддають перевагу самоті. Чим більша група, тим більше потрібно запам'ятати суспільних зв'язків, тим більше у тварини приятелів, з якими потрібно підтримувати дружбу, і суперників, на яких потрібно впливати. Багато вчених вважають, що ця необхідність і привела до розвитку інтелекту в приматів, і можливо, що на різноманітність олігосахаридів вплинула також вона.

Інший здогад стосується захворювань. Патогени запросто переходять від одного хазяїна до іншого, так що тваринам, що живуть у групах, потрібний захист від епідемій. Олігосахариди можуть у цьому допомогти. Коли патогени заражають наш кишечник, для початку вони, як правило, чіпляються за глікани – такі вуглеводні молекули – на поверхні клітин кишечнику. Але олігосахариди дуже подібні на кишкові глікани, так що іноді патогени чіпляються за них. Олігосахариди діють як пастки, які не дають супротивникові завдати шкоди клітинам організму дитини. Вони здатні перешкодити цілому списку кишкових лиходіїв: сальмонеллі, лістерії, холерному вібріонові, дизентерійній амебі й багатьом хвороботворним штамам кишкової палички. Можливо, вони навіть можуть перешкоджати ВІЛ – це пояснило б, чому більшість дітей, що харчуються молоком зараженої матері, не заражаються самі, хоча не один місяць ссуть молоко, у якому повно вірусів. Щоразу, як учені додавали патогенних мікробів у клітинні культури з олігосахаридами, клітини з посмішкою уникали інфекції. Цим можна пояснити той факт, що в дітей на грудному вигодовуванні кишкових інфекцій менше, чим у дітей на штучному вигодовуванні, а також те, чому в людському молоці так багато олігосахаридів. «Логічно, що вони повинні бути різноманітними: їм адже потрібно справлятися з цілою купою різних патогенів, від вірусів до бактерій, – говорить Міллз. – Думаю, саме їхнє дивне різноманіття забезпечує настільки різносторонній захист» [168] .

У цієї наукової групи все тільки починається. У своєму псевдотосканському інституті вони встановили значну фабрику по переробці молока, щоб розкрити найбільш невідомі секрети цієї найвідомішої рідини. У головній лабораторії, якою управляють Міллз і фахівець з проблем харчування Даниела Беріл, стоять дві величезні сталеві циліндричні ємності з молоком, пастеризатор, що нагадує кавоварку для капучіно, і ще купа устаткування для фільтрації рідини і її розщеплення на складові. На поличці поруч стоять сотні порожніх білих цебер. «Звичайно вони повні», – говорить Беріл.

Повні цебра зберігаються у величезній морозильній кімнаті, охолодженій аж до -32 °C – на неї навіть дивитися холодно. Відразу на ослоні стоять вибудувані в ряд гумові чоботи («молоко при переробці часто проливається на підлогу», пояснює Беріл), молоток для обколювання льоду («двері в морозильник погано закриваються») і навіть ніж для нарізки шинки (не запитую навіщо). Ми заглядаємо усередину. На піддонах і поличках розставлені білі цебра, а в них майже 2300 літрів молока. В основному молоко коров'яче – його безоплатно поставляють молочні заводи, але напрочуд пристойна кількість виділена й з жіночих грудей. « Багато жінок зціджують молоко про запас, а потім відлучають дитину від грудей і думають: ну й куди це все тепер запроторювати? Потім вони довідуються про нас, і ми отримуємо безкоштовне молоко, – розповідає Міллз. – Хтось зі Стенфордського університету за два роки зібрав порядку 80 літрів людського молока, прийшов до нас і запитав: вам треба?» Ну звичайно, треба. Чим більше в них молока, тим краще.

Вони планують вивчати інгредієнти молока – олігосахариди й усе інше. У молоці й жири, і білки, до яких приліпилися глікани: який вплив вони виявляють на 

B. infantis


і інші біфідобактерії? А ще є фаги, і їх багато. Джерман почав працювати з Джеремі Барром, щоб з'ясувати, чи використовується материнське молоко для того, щоб забезпечити дитину початковим набором симбіотичних вірусів. Вони вже виявили дещо вкрай дивне: фаги й так прекрасно прилипають до слизу, але, якщо поруч є грудне молоко, вони починають прилипати вдесятеро краще. У молоці є щось, що допомагає їм зміцнитися на одному місці. Схоже, уся справа в крихітних кульках жиру, які укладені в білки, що нагадують тих, що утримуються в слизу. Якщо залишити склянку молока в кімнаті, на поверхні утворюється шар жиру, і в ньому таких глобул повно. Вони забезпечують дитину енергією, але не виключено, що, крім цього, вони дозволяють першим вірусам дитини осісти в неї в кишечнику.

Я від розповідей Барра просто в шокові. Адже це означає, що наші способи формування й керування мікробіомом – фаги, слиз, імунна система, інгредієнти молока – 


зв'язані між собою .


Я розповідав про них як про окремі інструменти, але насправді вони – частина величезної взаємозалежної системи регулювання наших відносин з мікробами. У цій реальності, що суперечить здоровому глузду, віруси можуть бути нашими союзниками, імунна система може сприяти мікробам, а мати, що годує, не просто годує дитину – вона облаштовує всередині неї цілий світ. А що щодо грудного молока? Джерман правий: це не просто купка хімічних речовин. Воно годує як дитину, так і мікробів. Воно, немов первинна імунна система, відлякує хвороботворних бактерій. Воно дає матері переконатися, що в її дитини з перших днів життя будуть потрібні й вірні партнери [169] .

Воно готує дитину до дорослого життя.

Як тільки нас відлучають від грудей, нам доводиться самим годувати своїх мікробів. Якоюсь мірою ми живимо їх тим, що їмо самі: замість олігосахаридів людського молока наша їжа в достатковості поставляє їм глікани. Але ми й самі створюємо глікани – їх у нас повно в слизовій оболонці кишечнику, виходять отакі пасовища для кишкових мікробів. Вибираючи правильну їжу, ми годуємо бактерій, які з більшою ймовірністю принесуть нам користь, і моримо голодом тих, що більш небезпечні. Наш борг годувати своїх мікробів настільки для нас важливий, що ми продовжуємо це робити, навіть коли не їмо самі. Коли тварина занедужує, у нього, як правило, пропадає апетит – здорова тактика, що дозволяє не витрачати енергію на пошуки їжі, а замість цього направити її на видужання. Це означає, що в наших мікробів починається тимчасова криза – вони голодують. Хворі миші в таких випадках виробляють для них резервний пайок – моносахарид фукозу. Кишкові мікроби можуть потроху від’їдати шматочки від неї, щоб дожити до тієї пори, коли хазяїн почне годувати їх у колишньому режимі [170] .

Бактерії з групи 


Bacteroides ,


що обожнюють глікани, незабаром стають найпоширенішою групою мікробів у всьому кишечнику. Однак слід урахувати те, що глікани настільки різноманітні, що пристосувань, необхідних для того, щоб з'їсти їх усіх, немає в жодного виду бактерій. Це означає, що, вживаючи з їжею або роблячи досить гліканів, ми здатні підтримувати достаток різних бактерій. Одні з них їдять що прийде, немов голуби або єноти, а інші коверзують, як, наприклад, панди або мурашкоїди. Вони утворюють харчові мережі, у яких одні мікроби розщеплюють найбільші й міцні молекули на шматочки поменше, які потім під'їдають інші мікроби. Вони вступають в угоди, за умовами яких два види годують один одного, перетравлюючи різну їжу й залишаючи недогризки, які зможе з'їсти партнер. Вони повідомляють перемир'я й регулюють свої переваги в їжі так, щоб не конкурувати з сусідами [171] .

Їхні взаємодії для нас важливі, адже вони сприяють стабільності. Якби одна бактерія занадто ретельно поїдала глікани, можливо, вона проїла б у слизовому бар'єрі діру, через яку могли б пробратися й інші мікроби. А от сотні видів, що суперничають, не дають один одному об'їстися й привласнити собі всі харчові ресурси. Надаючи бактеріям живильні речовини в різноманітному асортименті, ми годуємо безліч їх видів і зміцнюємо величезні й різноманітні співтовариства. А ці співтовариства, у свою чергу, заважають патогенам захопити кишечник. Якщо ми правильно накриємо стіл, на вечерю прийдуть ті, кого ми чекаємо, а незвані гості залишаться за дверима. Цю традицію почали наші матері, вигодувавши нас своїм молоком, коли ми народилися, а ми продовжуємо їхню правильну справу.

У хазяїв є й інший спосіб звести боротьбу зі своїми мікробами на ні, причому досить радикальний: у результаті їх залежність друг від друга може досягнути такого рівня, що, по суті, вони стануть одним організмом [172] . Це відбувається, коли бактерії забираються прямо в клітини організму-хазяїна й потім сумлінно передаються потомству. Тепер їхні долі міцно зв'язані. У них усе ще є власні інтереси, але вони настільки подібні, що відмінності вже не мають значення.

Такі взаємини найбільш популярні в комах, і вони заманюють мікробів у пастку примітивізації. У клітинах хазяїна мікроби обмежені маленькими популяціями й позбавлені спілкування з іншими бактеріями. Через ізоляцію в них ДНК накопичуються шкідливі мутації. Усі гени не першої необхідності псуються, стають безплідними й зрештою зникають [173] . Якщо засунути симбіонта в клітину комахи й прискорити час, можна буде побачити, як його геном спотворюється, перекручується й скорочується. Зрештою в ньому залишиться мінімум генів – в основному лише тих, що необхідні для підтримки життя. У звичайного вільного мікроба, наприклад у кишкової палички, геном складається приблизно з 4,6 мільйона нуклеотидів. В 


Nasuia,


найдрібнішого з відомих симбіонтів, їх усього 112 тисяч. Якби геном кишкової палички був розміром з цю книгу, то, щоб зробити з нього 

Nasuia ,


вам довелося б вирвати всі сторінки, залишивши лише пролог. Такі симбіонти повністю одомашнені: самостійно їм не вижити, вони назавжди замкнені в хоромах тіл своїх хазяїв-комах [174] . А ті, у свою чергу, починають покладатися на зморщених симбіонтів, які надають їм живильні речовини й інші смаколики. Саме в результаті цього процесу прадавні бактерії перетворилися в мітохондрії – найважливіші органелли, без яких нам не вижити.

Такі злиття успішно вирішують усі конфлікти хазяїв з мікробами, але й у них є побічні ефекти. Джон Маккатчен, високий лисий біолог в окулярах і гарному настрої, зрозумів це при дослідженні періодичної цикади 


Magicicada tredecim .


У цієї комашки чорне тільце й червоні очі, а більшу частину життя вона проводить у стадії німфи, проживаючи під землею й харчуючись рідиною з коріння рослин. Через тринадцять років дозвільного існування всі цикади разом вибираються й улаштовують загальну какофонію. А після декількох годин бурхливого сексу вони всі разом помирають, устеляючи землю трупиками, що розкладаються. Раз вже спосіб життя в них такий дивовижний, подумав Маккатчен, то й симбіонти в них, напевно, такі ж дивовижні. І він виявився правим – ось тільки йому й у голову не приходило,

наскільки


дивовижними вони виявляться.

Послідовності ДНК симбіонтів цикад продемонстрували повний бардак. Здавалося, що вони повинні належати тому самому геному, тільки Маккатчену немов видали упереміш фрагменти декількох однакових, але неповних наборів пазлів. Остаточно заплутавшись, він прийнявся за вивчення іншого виду цикад, 


Tettigades undata


з Південної Америки, з меншою тривалістю життя, але більш пухнатих. І отут він зіштовхнувся з тією же проблемою: фрагменти ДНК ніяк не хотіли збиратися в один цільний геном. Між тим в

два


- запросто.

Ці два геноми належали бактеріям, що походять від симбіонта 


Hodgkinia .


Забравшись у пушистика, бактерія якимсь чином розділилася на два різні «види» – прямо усередині комахи [175] . Обидва дочірніх види втратили по частині вихідних генів 

Hodgkinia ,


але кожний позбувся тих генів, що залишилися в іншого. Хоч їхні нинішні геноми й не такі повні, як були раніше, вони ідеально один одного доповнюють. Вони – немов дві половинки того, що колись було цілим: усе, що вміла первісна 

Hodgkinia ,


уміють і дві її дочки, коли працюють разом.

Щоб зрозуміти, що ж там у них діється, Маккатчену потрібен був майже рік, зате, коли він нарешті розібрався, стала зрозумілішою й плутанина в симбіотних ДНК 


M. tredecim .


В організмі цієї цикади також живе 

Hodgkinia ,


от тільки замість того, щоб розділитися на два види, вона розділилася на невідомо скільки. Її ДНК у підсумку склалася щонайменше в 17 окремих кілець, а може, і в усі 50. Чи є власник кожного генома окремим видом? Або це різні бактеріальні лінії, чиї геноми розподілилися по різних кільцях? Ніхто не знає. Як би там не було, наукова група Маккатчена вже досліджувала безліч інших цикад і не раз зіштовхнулася з подібним розщепленням. В одній з чилійських цикад 

Hodgkinia


розділилася на шість взаємодоповнюючих геномів [176] .

Гени, відповідальні за створення необхідних для життя вітамінів, у всіх подібних випадках розкидані по геномах цикад і їх великої компанії симбіонтів, так що вижити їм вдається лише за умови, що кожний член компанії перебуває на своєму місці. Протягом деякого часу з ними все буде в порядку, а от потім може трапитися всяке. Якщо 


Hodgkinia


так і буде ділитися на фрагменти, що виявляються згодом усе меншими по розміру, але все такі ж життєво важливі, надійність усього співтовариства виявиться під загрозою. Втрата одного фрагмента, можливо, прирече їх усіх на загибель. «Я на них дивлюся з тим же почуттям, що й на катастрофу поїзда в уповільненій зйомці, – говорить Маккатчен. – Через них я став зовсім по-іншому відноситися до симбіозу». Колись він вважав його чимсь позитивним – силою, завдяки якій партнери отримують переваги й нові можливості. Але, як виявилося, він може стати пасткою, у якій залежність партнерів один від одного піддає їх небезпеці. Ненсі Моран, у минулому науковий керівник Маккатчена, називає цей феномен «еволюційною кролячою норою» – ця метафора має на увазі «подорож у дуже дивний світ, у якому не працюють звичні нам закони, причому, як правило, без можливості повернутися назад» [177] . Тим, хто провалився в кролячу нору, вибратися, швидше за все, буде дуже складно. А внизу замість країни чудес їх очікує вимирання.

Така ціна симбіозу. Навіть у тих випадках, коли організм потребує мікробів меншою мірою, чим цикада, вони однаково виявляють на нас титанічний вплив. А якщо вони раптом вирішать виявити вдачу, наслідки можуть бути жахливими. Тому те тварини й винайшли стільки розв'язків для того, щоб свої безлічі стабілізувати. Ми тримаємо їх у вузді за допомогою хімії наших тіл. Ми огороджуємо їх огорожами. Ми заохочуємо їх пряником, вживаючи в їжу те, що їм подобається. А можемо й побити батогом, напустивши на них фагів, антитіла й інших солдатів імунітету. У нас є маса можливостей загладити конфлікти зі своїми мікробами, так само як і укласти з ними договори.

На жаль, ми з вами, самі того не бажаючи, створили настільки ж багато можливостей ці договори розірвати.



Каталог: authors
authors -> Партрэт маці (Mors porträtt)
authors -> Стэфан Жаромскі / Stefan Żeromski (1864 – 1925) – польскі пісьменнік І публіцыст, “сумленне польскай літаратуры”
authors -> Карен Лібо в пастці (з англійської переклав Володимир Нерівний, 2010) “О, ми спали разом, гаразд,”
authors -> Міністерство екології та природних ресурсів україни департамент геодезії, картографії та кадастру інструкція
authors -> Видання Історичного клубу "Холодний Яр" Роман Коваль операція "заповіт" Чекістська справа №206 Київ – Вінниця


Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   31


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет