Как микробы управляют нами. Тайные властители жизни на Земле - Эд Йонг

Бактериоциты неоднократно появлялись в разных линиях независимо друг от друга. Одни насекомые рассовывают их между остальными клетками, другие создают из них органы, висящие на кишках, как гроздья винограда, – так называемые бактериомы. Откуда бы они ни взялись, функции у них одни и те же: содержать и контролировать симбионтов, не допускать их проникновения в другие ткани и прятать их от иммунной системы. До роскошного жилья бактериоцитам далеко. В одной клетке могут обитать десятки тысяч бактерий – им там так тесно, что по сравнению с ними и бочка с селедкой покажется просторной. Они являются клетками во всех смыслах.

Еще они – инструменты, необходимые для надзора. Несмотря на давние и взаимозависимые отношения между насекомыми и их симбионтами, конфликты возникают не так уж редко. Если вам это кажется странным, вспомните, что каждый год у миллионов людей диагностируют рак. Эта болезнь вызвана клеточным восстанием – клетка нарушает правила собственного тела. Она начинает бесконтрольно расти и делиться – так появляются опухоли, подвергающие жизнь хозяина риску. Уж если на такое способны клетки человека, будучи при этом частью его же тела, легко себе представить, что то же самое может выкинуть и бактерия Blochmannia – отдельный организм в теле муравья. Она может стать чем-то вроде симбиотического рака, который размножается без присмотра, забирает себе необходимую муравью энергию и захватывает клетки, к которым вообще приближаться не должен[150].

С помощью бактериоцитов насекомые способны это предотвратить. Они могут управлять перемещением питательных веществ по бактериоцитам, лишая пищи симбионтов-мошенников, которые нарушают условия аренды и не приносят пользы, которую должны приносить. Микробов-пленников они могут расстреливать наносящими урон ферментами и антибактериальными веществами, чтобы держать их население под контролем. Долгоносик – жучок, пожирающий рис и другие зерна, – так обращается с бактериями Sodalis, которые живут у него в бактериоцитах и производят вещества, из которых строится защитный панцирь насекомого. Когда долгоносик достигает зрелости и впервые решает обзавестись панцирем, он ослабляет контроль над бактериями, чья численность увеличивается в четыре раза. А вот когда панцирь готов, работники-микробы долгоносику больше не нужны, так что он их убивает. Содержимое бактериоцитов, включая бактерий Sodalis, он перерабатывает в сырье, а сами клетки заставляет самоуничтожиться. В своих клеточных тюрьмах долгоносик может увеличить популяцию прирученных бактерий, когда того требует ситуация, и расправиться с ними, когда партнерство перестает приносить плоды[151].

Позвоночным животным, таким как мы с вами, содержать бактерий сложнее. Нам приходится держать под контролем микробный консорциум гораздо более крупный, чем у любого насекомого, да еще и без бактериоцитов. Большая часть наших микробов живет среди наших клеток, но не в них самих. Взять хотя бы наш кишечник: это длинная, компактно сложенная трубка – если ее полностью разгладить, она покроет собой футбольное поле. В этой трубке роятся триллионы бактерий. Всего один слой клеток эпителия, которым покрыты и другие органы, не позволяет им проникнуть сквозь стенки кишечника и попасть в кровеносные сосуды, по которым потом можно добраться до любой части тела. Кишечный эпителий – наша главная точка соприкосновения с нашими товарищами-микробами, но при этом и самая главная уязвимость. У простых водных животных, таких как кораллы или губки, дела обстоят еще хуже. Их тело практически полностью состоит из слоев эпителия, погруженных в ванну из микробов, а они все равно умудряются держать своих симбионтов под контролем. Как?

Во-первых, у них есть слизь – та самая вязкая жижа, что закладывает вам нос при простуде. «Слизь везде пригодится, она ведь клевая», – подмигивает Форест Роуэр[152]. Он-то в этом точно разбирается, он ведь много лет собирал образцы слизи у представителей животного царства. Почти у всех животных ткани, подверженные влиянию внешней среды, покрыты слизью. У нас это кишечник, легкие, нос и гениталии. У кораллов это вообще все. В каждом случае слизь представляет собой материальный барьер. Она состоит из огромных молекул под названием муцины, а они, в свою очередь, состоят из центрального белкового остова, к которому прицепились тысячи углеводных молекул. Благодаря углеводам отдельные муцины связываются друг с другом и образуют плотную, практически непробиваемую гущу – Великую Слизистую стену, не позволяющую заплутавшим микробам проникнуть глубже в тело. Вдобавок к этому стену охраняют вирусы – чтобы уж наверняка.

Когда вы вспоминаете о вирусах, вам в голову, наверное, приходят эбола, ВИЧ, грипп – всем известные злодеи, из-за которых мы заболеваем. Однако большинство вирусов на самом деле заражают и убивают микробов. Это бактериофаги – дословно «пожиратели бактерий», можно просто фаги. Их угловатые головки расположены на длинных и тонких ножках, прямо как у аппарата, доставившего Нила Армстронга на Луну. Приземлившись на бактерию, они впрыскивают в нее свою ДНК, тем самым превращая ее в завод по производству новых фагов, которые через некоторое время вырываются из бактерии-хозяина, убивая ее. Животных фаги не заражают, при этом их гораздо больше, чем опасных для животных вирусов. На триллионы микробов у вас в кишечнике могут приходиться миллионы миллиардов фагов.

Несколько лет назад Джереми Барр, член научной группы Роуэра, заметил, что фаги просто обожают слизь. В обычной среде на одну клетку бактерии приходится около 10 фагов[153]. В слизи – все 40. На деснах человека, в кишечнике мыши, в морских червях, актиниях и кораллах их тоже в 4 раза больше. Только представьте, как полчища фагов, засунув голову в слизь, вытягивают ножки в ожидании проходящего мимо микроба, чтобы заключить его в смертельные объятия! Не исключено, что эти любители слизи на самом деле не просто грубое противомикробное оружие. Роуэр подозревает, что, внося изменения в химический состав своей слизи, животные способны привлекать определенных фагов, чтобы те убивали одних бактерий и давали спокойно пройти другим. Возможно, это один из наших способов выбирать себе микробов-партнеров.

Это говорит о многом. Можно предположить, что у фагов – а они, между прочим, вирусы – с животными, в том числе и с нами, взаимовыгодные отношения. Они приглядывают за нашими микробами, а мы взамен помогаем им размножаться в полной бактерий среде. У фагов в слизи шансов поймать жертву в 15 раз больше, чем без нее. Где животные – там и слизь, а где слизь – там и фаги, а значит, скорее всего, наше партнерство началось на заре царства животных. Роуэр даже подозревает, что фаги изначально и составляли иммунную систему, с помощью которой первые животные держали прибывших микробов под контролем[154]. Вирусов в их среде и так уже было предостаточно. Нужно было просто собрать их вместе, предоставив им слой слизи, к которому можно прилипнуть. Из простенького начала стали развиваться другие, более сложные методы контроля.

Рассмотрим, например, кишечник млекопитающего. Его покрывают два слоя слизи: прямо на клетках эпителия – плотный внутренний, а поверх него – зыбкий внешний. Внешний слой кишит фагами, но также на нем оседают и успешно размножаются микробы. Их тут полно. А вот в плотном внутреннем слое их почти нет. Все дело в том, что клетки эпителия не скупятся на антимикробные пептиды (АМП) – крошечные молекулярные пули, способные быстро расправиться с любыми вторгшимися микробами. Благодаря им появляется, как сказала Лора Хупер, зона разоружения – область прямо перед эпителием, на которой микробы не могут поселиться[155].