Охотники за микробами. Как антибиотики, санация и дезинфекция ослабляют иммунитет и приводят к развитию новых заболеваний - Мартин Блейзер

Мы пока еще не определили функции 30–40 % бактериальных генов, обнаруженных в рамках крупных проектов, но знаем, что некоторые виды редки, им может грозить вымирание. Микробное население в целом бывает очень динамичным. Количество клеток, представляющих определенный вид, может колебаться от одной до триллиона. Давайте предположим, что животное нашло новую пищу, где содержится незнакомое ему химическое вещество [23, см. с. 45]. Вид бактерий, популяция которого составляла всего сотню клеток, способен в результате изменений кишечной среды из-за новой пищи размножиться за несколько дней до миллиардов. Если ранее доминирующий вид не выдержит конкуренции за еду с новой голодной бактерией, то его численность может сократиться в несколько тысяч раз, а то и больше. Именно динамизм и гибкость – основные характеристики микробиома, которые помогают ему процветать. Но, с другой стороны, у вида, который в нормальных условиях представлен всего сотней клеток, нет права на ошибку. Он может столкнуться с антибиотиком, который его полностью уничтожит.

Я называю такие редкие виды «микробами на всякий случай». Они могут не только эксплуатировать необычное пищевое вещество (более распространенные, как правило, не могут), но и, скажем, обеспечивать генетическую защиту от угроз, например болезни, с которой людям еще не приходилось иметь дела. Для меня это яркий сигнал тревоги. Разнообразие жизненно необходимо. Что, если мы потеряем критически важные редкие виды? Что, если исчезнут «краеугольные камни» человеческой микробной экосистемы? Приведет ли это по принципу домино к вымиранию других видов?

* * *

Наше сосуществование с бактериями вынуждает задать немало важных вопросов. Почему они нас не уничтожили? Почему мы их терпим? Как в беспощадном мире дарвиновской конкуренции удалось добиться стабильных отношений с нашими микроорганизмами?

Ответы на эти вопросы может дать теория общественных благ – это то, что доступно всем: например, чистый воздух, которым вы дышите на морском берегу, яркий солнечный день, новая улица, построенная в том числе на ваши налоги, любимая общественная радиостанция. Но ничто на самом деле не бесплатно. Общественное радио нужно поддерживать, соответственно, кто-то должен за это платить. Чистый воздух – общественное благо, но ваш автомобиль выделяет вещества, загрязняющие мой чистый воздух. Я дышу в том же пространстве, в котором вы ездите.

В хорошо функционирующем социальном мире от каждого индивида ждут, что он внесет свой вклад в общественное благо. Вы можете слушать общественное радио и не платить по счету, но если так будут поступать все, радиостанция обанкротится. Если у всех будут машины с «грязными» двигателями, пострадают общий воздух и солнечный свет. С этой точки зрения людей, которые пользуются общественным благом, но при этом не отдают достаточно взамен, можно назвать «мошенниками»: они получают выгоду, но не расплачиваются за нее.

Однако в джунглях, где правит закон выживания наиболее приспособленных, «мошенничество» кажется довольно неплохой стратегией. Птица-мошенник сможет, например, отложить больше яиц или найти лучшее место для гнездования и за несколько поколений добиться немалого успеха (оставить большее потомство), потому что выгоды от такого поведения превышают издержки. У них есть преимущество в отборе. Однако если бы «мошенники» всегда побеждали, то никакого сотрудничества бы не наблюдалось. Почему бы всем не стать халявщиками и отказаться финансировать общественное радио? Как могут различные живые существа жить вместе, если преимуществом в отборе владеют те, кто нарушают правила? Мошенничество может легко разрушить всю систему.

Тем не менее куда бы мы ни смотрели, видим сотрудничество: пчелы и цветы, акулы и рыбы-лоцманы, коровы и рубцовые бактерии [24, см. с. 45], которые помогают им извлекать энергию из травы, термиты и тли. Насколько нам известно, жвачные существуют миллионы лет, а насекомые, те же тли и термиты, – и того дольше. Это значит, что мошенники не всегда побеждают. Проще говоря, наказание за это должно быть настолько высоким, чтобы процесс стал невыгодным. Если бы не было никаких последствий, большинство людей превышали бы скорость на дорогах.

Наказания – действенное средство.

Тот же самый принцип и у микробов. Естественный отбор поощряет носителей, обладающих системой наказаний, которую невозможно избежать: чем масштабнее мошенничество, тем оно сильнее. Можно испортить добычу, «нажитую нечестным путем». Например, бактерия в кишечнике термита, которая выходит за четко обозначенные границы, сталкивается с сильнейшим иммунным ответом, который ставит ее на место. Это работает, но для носителя такая система может быть очень дорогой роскошью. Некоторые умирают, когда иммунная система излишне агрессивно сражается с мошенниками. А погибает носитель – погибают и все его обитатели. Когда это происходит, гены – и носителя, и обитателей, – навсегда теряются для потомства. Появляются другие термиты, в которых нет мошенников, и занимают экологическую нишу, оставленную недавно умершим собратом. Противостояние между конкуренцией и сотрудничеством разыгрывается одновременно на тысяче «сцен».

Теория игр, созданная великим экономистом и математиком Джоном Нэшем (чья биография известна нам по книге и фильму «Игры разума»), проливает свет на феномен сотрудничества, на вопрос, почему отбор в совместно эволюционирующих системах поощряет особи, которые играют в основном по правилам. Это также помогает понять поведение в обществе: как люди принимают решения по оптимизации результатов и как работают рынки. Нэш представил ситуацию, которую сейчас стали называть «равновесие Нэша». Если вкратце, то это стратегия в игре с двумя или более игроками, где результат оптимален, если играть по правилам [25, см. с. 45]; если жульничать, он будет хуже.

Экосистемы, которые существуют уже очень долго, например наши тела, сумели разрешить фундаментальный конфликт между конкуренцией и сотрудничеством. Мы выжили. Но эта теория по-прежнему важна – посмотрите хотя бы на наш меняющийся мир. Сотрудничество – это очень слабая вещь: если его нарушить, то дальше возможно все что угодно. Я боюсь, что из-за избыточного использования антибиотиков, а также некоторых других распространенных практик, например кесарева сечения, мы вошли в зону опасности, в ничейную полосу между древним микробиомом и современным миром, карты которого до сих пор не существует.

Примечания

1. «Микробы – симбионты» (см. с. 27): Симбиоз, определение которому было дано в XIX веке, – близкая связь двух (или более) видов, живущих вместе, иногда – в течение большей части их жизни. Он может означать любую такую совместную жизнь – вредную, нейтральную или полезную, – или же только взаимовыгодные отношения. Вид, участвующий в таких отношениях, называется симбионтом.

2. «…тли и живущие в них бактерии» (см. с. 28): N. Moran, «The evolution of aphid life cycles,» Annual Review of Entomology 37 (1992): 321-18.

3. «…больше похожи на обезьян, а не на коров» (см. с. 28): H. Ochman et al., «Evolutionary relationships of wild hominids recapitulated by gut microbial communities,» PLOS Biology 8 (2010): el000546.

4. «Из 50 известных типов» (см. с. 29): Тип в биологии – это уровень таксономической классификации, располагающийся между царством и классом. Царство Animalia, в которое входят все животные, включает в себя около 35 типов, от Arthropoda (насекомых) до Chordata (позвоночных, куда входят и люди).