Текст книги "Жизнь после антибиотиков. Чем нам грозит устойчивость бактерий к антибиотикам и нарушение микрофлоры"

Итак, над вашей пищей во рту поработали зубы, слюна, ферменты и дружественные бактерии. Дальше пищевод – длинная трубка, отделяющая рот и глотку от желудка. До 2004 года никто и не подозревал, что там живут бактерии – до того, как нашли богатое микробное сообщество из десятков видов{29}29
  «…сообщество из десятков видов» (см. с. 32): Z. Pei et al., “Bacterial biota in the human distal esophagus,” Proceedings of the National Academy of Sciences 101 (2004): 4250–55. До того, как мы опубликовали эту статью, никто не думал, что в пищеводе могут постоянно обитать бактерии – считалось, что бактерии проходят там лишь по пути изо рта в желудок.


[Закрыть].

Затем еда попадает в желудок, где начинается переваривание с помощью желудочного сока и пищеварительных ферментов. Несмотря на кислую среду, бактерии живут и там, в том числе вышеупомянутая H. pylori, которая, если уж присутствует, то обычно доминирует. Другие виды встречаются в меньшем количестве. Ваш желудок производит гормоны, как железа, – например, щитовидная. Стенки содержат иммунные клетки, которые помогают бороться с инфекцией как селезенка, лимфатические узлы или толстая кишка. H. pylori играет роль в производстве желудочного сока и гормонов, в состоянии иммунной системы.

Следующая остановка – тонкая кишка, длинная трубка, содержащая основные элементы: детергенты, ферменты, транспортеры – для разложения и впитывания пищи. Именно там вы перевариваете большую часть еды. Бактерий там сравнительно мало – возможно потому, что излишняя микробная активность может помешать ключевым функциям – перевариванию и усвоению питательных веществ.

В конце концов, то, что осталось от еды, достигает толстой кишки, где бактерии живут от стенки до стенки. Там как раз располагается подавляющее большинство микроорганизмов вашего тела. Количество просто потрясает. В одном миллилитре содержимого толстой кишки (а ее объем – несколько тысяч) их больше, чем людей на Земле. Это целая вселенная микроорганизмов, плотно упакованных, химически активных, сопровождающих вас в течение жизни. Такая ситуация может показаться неизбежной сделкой: мы даем им еду и жилье, а они за это поддерживают нас. Но такое упрощение не полностью верно. Тысячи людей теряли толстую кишку и все содержащиеся в ней бактерии из-за болезней или травм, но при этом многие потом прожили несколько десятков лет вполне здоровыми. Так что, хотя этот океан бактерий очень полезен, он не жизненно необходим. (Повторюсь: этого нельзя сказать обо всем микробиоме в целом; полная его потеря скорее всего обернется катастрофой.)

Микробы в толстой кишке разлагают волокна и переваривают крахмал. В каком-то смысле все, что дошло до конца вашей тонкой кишки, будет исторгнуто из организма, потому что вы это переварить не смогли. Голодные бактерии много чего усваивают, переваривают и превращают в еду – в основном, чтобы прокормить себя. Но некоторые вещества, произведенные ими, в частности молекулы, которые называются короткоцепными жирными кислотами, все же идут в пищу нам – начиная с клеток стенки толстой кишки. Кормят хозяина своей «гостиницы».

До 15 % калорий из еды перерабатываются в толстой кишке и используются, чтобы кормить вас. Как и все микробы, ее обитатели не просто случайные гости – мы эволюционировали, помогая друг другу. У всех млекопитающих, даже тех, чьи последние общие предки жили десятки миллионов лет назад, есть заметное сходство между типами кишечных бактерий и их функциями{30}30
  «…между типами кишечных бактерий и их функциями» (см. с. 33): Мы теперь можем с помощью новых вычислительных инструментов построить семейные древа растений и животных; то же самое мы можем сделать и для бактериальных популяций, живущих в разных экологических нишах. Мы можем сравнить состав микробных популяций пресноводных прудов и океанов. (Неудивительно, что они весьма разные.) Когда подобные инструменты применяют для изучения состава кишечных микробов, например в мышах и людях, то мы видим очень заметные параллели (R. E. Ley et al., “Worlds within worlds: evolution of the vertebrate gut microbiota,” Nature Reviews Microbiology 6 [2008]: 776–88). На более высоких таксономических уровнях, начиная с типа, мы почти одинаковы, но, спускаясь по филогенетической лестнице, разница становится все больше, и наконец на уровне вида мыши уже сильно отличаются от людей. В каком-то смысле эти микробные сходства и различия отражают нашу эволюцию от общего предка к разным видам – Mus musculus и Homo sapiens – а также наше генетическое наследие. Да, даже обитающие в нас микробы снова напоминают нам, что «онтогенез повторяет филогенез» – эту концепцию эволюционной биологии я выучил еще в школе, задолго до того, как начал понимать, что же вообще такое эволюция.


[Закрыть].

Там тепло и влажно; есть несколько «районов», населенных специализированными микроорганизмами. Те из них, что производят конкретные витамины, могут располагаться на маленьких пятачках, а вот те, которые перерабатывают крахмал в простые сахара, живут на более обширной территории. Есть и конкуренция. Как в городах: хорошие парковки и места в престижных школах легко не достаются. Бактерии, питающиеся одними и теми же веществами, вооружены одинаковыми ферментами и, словно львы и гепарды, охотящиеся на одну и ту же добычу, жестко конкурируют между собой. Мне кажется, многие из них хотят забраться в одни и те же мягкие слои слизи и воспользоваться одними и теми же немногочисленными укрытиями, защищенными от жестоких дождей из желудочного сока или желчи. В то же время клетки, которыми устлан желудочно-кишечный тракт, каждый день сбрасываются, так что сегодняшнее укрытие может завтра превратиться в тонущий корабль. В конце концов, когда остатки переваренной пищи покидают ваше тело в качестве фекалий, вместе с ними выходит смесь бактериальных клеток, а также старые клетки стенок кишечника. Вместе они, их фрагменты и вода составляют основную часть вашего стула.

Чтобы понять, насколько важную роль играют микроорганизмы в обмене веществ, подумайте вот о чем: почти все химические субстанции в крови – результат деятельности микробов{31}31
  «…результат деятельности микробов» (см. с. 33): W. R. Wikoffet al., “Metabolomics analysis reveals large effects of gut microfl ora on mammalian blood metabolites,” Proceedings of the National Academy of Sciences 106 (2009): 3698–703. Ученые сравнили безмикробных мышей (рожденных в специальных пузырях вообще без каких-либо бактерий) и обычных. Они использовали очень чувствительные химические методы сбора образцов и обнаружения, чтобы исследовать содержание крови двух групп мышей. Из почти 4200 обычных химических соединений в крови безмикробных мышей обнаружились лишь 52, чуть более 1 %; остальные 4000 – продукты бактериального метаболизма. Эти исследования доказали, что большинство химических соединений, из которых состоит кровь мышей (и, соответственно, человека), вырабатываются микробиотой и ее взаимодействием с нашими клетками.


[Закрыть]. Кроме того, бактерии переваривают лактозу, производят аминокислоты и разлагают волокна в клубнике или, например, если вы едите суши, – в водорослях.

С помощью производимых ими веществ удается сохранять стабильное кровяное давление – благодаря особым рецепторам в кровяных тельцах (и, как ни странно, в носу). Эти сенсоры засекают небольшие молекулы, создаваемые микробами, которые населяют кишечник. Реакция на них влияет на давление. Таким образом, после еды оно обычно понижается. Сможем ли мы когда-нибудь получить лекарство от гипертонии, где используются эти бактерии? Вполне вероятно.

Микробы перерабатывают лекарства. Например, миллионы людей по всему миру принимают дигоксин – вещество, добываемое из наперстянки, для лечения различных заболеваний сердца. Сколько его конкретно попадет в кровь зависит от состава микробиома человека; первая химическая обработка и усвоение{32}32
  «…химическая обработка и усвоение» (см. с. 34): H. J. Haiser et al., “Predicting and manipulating cardiac drug inactivation by the human gut bacterium Eggerthella lenta,” Science341 (2013): 295–98.


[Закрыть] происходят в кишечнике. Химические различия имеют последствия. Если доза получится слишком низкой, лекарство не сработает. Если, напротив, слишком высокой, пациент может получить дополнительные проблемы с сердцем, изменение в цветовосприятии и расстройство желудка. В будущем врачам, возможно, удастся контролировать этот процесс, активизируя или угнетая кишечных микробов.

Некоторые бактерии производят витамин K, который необходим для свертываемости крови, чего не делают собственные клетки организма. Возможно, положиться на бактерии для его выработки оказалось для человеческого тела эффективнее, чем идти на дополнительные метаболические трудности, то есть вырабатывать самостоятельно. Так что наши предки выиграли конкуренцию у собратьев, которым пришлось либо самим над ним потрудиться, либо собирать из растений. В каком-то смысле можно сказать, что пращуры отдали ключевую метаболическую функцию на аутсорсинг. Мы их накормили и приютили, а они за это помогают сворачивать кровь – замечательный обмен.

Некоторые производят эндогенный «валиум». Люди, умирающие от рака печени, часто впадают в кому. Но если им дать вещество, ингибирующее бензодиазепины (в число которых и входит «валиум»), они просыпаются. Дело в том, что здоровая печень разлагает естественные бензодиазепины, вырабатываемые кишечными микробами, а вот больная печень – нет, так что «домашний валиум» поступает прямо в мозг и усыпляет больного. Другие микробы позволяют горным народам Новой Гвинеи жить на диете, 90 % которой составляет батат, в котором мало белка{33}33
  «…в котором мало белка» (см. с. 34): В батате белка около 2 %, так что взрослому человеку нужно съедать около 2,5 кг батата в день, чтобы удовлетворить потребности в белке.


[Закрыть]. Подобно бактериям, живущим на корнях бобовых растений, кишечные микробы этих племен его вырабатывают из атмосферного азота в кишечнике хозяев и создают аминокислоты.

* * *

У женщин бактерии колонизируют и защищают влагалище. До недавнего времени медики считали, что лишь одна группа бактерий, лактобациллы, защищает от патогенов, например, возбудителей молочницы. И действительно, они вырабатывают молочную кислоту, которая уменьшает кислотно-щелочной баланс, делая среду кисловатой и менее гостеприимной для патогенов. Считалось, что женщины, во влагалище которых живут другие бактерии, более уязвимы для вагинальных заболеваний. Но сейчас, когда доступны секвенции ДНК микробов от сотен здоровых женщин, мы знаем, что существуют пять основных типов вагинальных микробиот, лишь в четырех из которых доминируют лактобациллы. В пятом лактобациллы, по сути, отсутствуют{34}34
  «…лактобациллы, по сути, отсутствуют» (см. с. 35): J. Ravel et al., “Vaginal microbiome of reproductive-age women,” Proceedings of the National Academy of Sciences 108, suppl. 1 (2011): 4680–87.


[Закрыть]. У женщин с подобным типом живут несколько других кодоминантных видов. Но, в противоположность распространенному мнению, это не повышает вероятность развития вагинальных заболеваний, и его обладательницы вовсе не принадлежат к незначительному меньшинству. Подобной «ненормальной» смесью обладает около трети всех женщин.

У женщин без лактобацилл кислотно-щелочной баланс влагалища чуть выше, но их бактерии умеют создавать недружественную среду для непрошеных гостей не менее эффективно. Подобные функциональные замены, скорее всего, происходят по всему телу; у разных людей одинаковую работу выполняют разные бактерии.

Кроме того, мы узнали, что популяция во влагалище меняется со временем. Например, в течение большей части месяца доминирует бактерия L. inners, а во время месячных расцвет переживает другая, L. gasseri, при этом после быстро идет на спад. Все вроде бы ясно, но подобный график – скорее исключение. Самая распространенная схема – отсутствие всякой схемы. Иногда доминирующие бактерии меняются в середине менструального цикла, а в следующем месяце – в конце цикла. Бывает вообще ничего не меняется. Периодически лактобациллы начинают доминировать по очереди, словно играя в чехарду. В некоторых случаях преобладают вообще «необычные» бактерии, которые затем без всякой видимой причины исчезают. Мы до сих пор не разгадали тайны этих неожиданных и значительных перемен.

* * *

Возможно, самая важная услуга, которую оказывают нам бактерии, – иммунитет.

Микробы – это важная третья ветвь иммунной системы. Первая – врожденный иммунитет. Он основан на том, что у большинства микроогранизмов, с которыми мы контактируем, есть схожие структурные черты, которые «видят» белки и клетки, охраняющие наши поверхности. Вторая – адаптивный иммунитет, способность к распознаванию специфических химических структур. Основа микробного иммунитета – бактерии, которые уже живут в вашем теле, долгосрочные обитатели, не пускающие вновь прибывших, используя при этом различные механизмы. Мы еще подробнее рассмотрим все эти ветви.

Взаимодействие между иммунной системой и микробами начинается при рождении и продолжается всю жизнь. Это логично. Одно из неотъемлемых свойств ваших обитателей – враждебность к непрошеным гостям. По сути, дружелюбные микробы довольны и местом жительства, и самой жизнью. Они совсем не рады пришельцам. Например, когда кто-то извне пытается закрепиться в вашем кишечнике, сначала им необходимо пройти барьер в виде желудочного сока, который убивает большинство бактерий. Его вырабатывает человек, но само производство стимулирует живущая там бактерия, например H. pylori. Если пришельцу все-таки удается добраться до кишечника, нужно найти источник еды и место, где устроиться. Но там и без того тесно. Ваши бактерии вовсе не горят желанием поделиться отвоеванным местом на стенке кишечника. А уж поделиться едой – и подавно. Так что они выделяют вещества, в том числе собственные антибиотики, ядовитые для других бактерий.

Некоторым микробам-пришельцам удается закрепиться на несколько дней, после чего они гибнут – собственно, чаще всего происходит именно так. Дело в том, что ваши микробы поддерживают достаточно стабильную ситуацию. Когда вы с кем-то целуетесь, то обмениваетесь множеством микроорганизмов. Но вскоре – через несколько минут, часов, максимум дней, – и вы, и ваш партнер вернетесь к прежнему микробному составу. Есть, конечно, исключения: вы можете получить от партнера вредные патогены. Но обычно способность сопротивляться вторжению, даже от достаточно привлекательного человека, с которым вам захотелось поцеловаться, очень высока. То же можно сказать и о половом акте. Идет обмен не только жидкостями, но и микробами, и что-то меняется в обоих носителях. Но вскоре и вы, и ваш партнер возвращаетесь в прежнее состояние, словно ничего (с микробной точки зрения) не произошло. Возможно, некоторые могут регулярно мигрировать между сексуальными партнерами, но пока что у нас нет о них данных – за исключением патогенов, у которых часто хорошо развита методика распространения между отдельными носителями.

* * *

Даже изменение диеты не слишком действует на микробы. В долгосрочной (месяцы, годы) перспективе состав кишечного микробиома человека меняется не слишком сильно{35}35
  «…состав кишечного микробиома человека меняется не слишком сильно» (см. с. 37): J. Faith et al., “The long-term stability of the human gut microbiota,” Science 341 (2013): DOI: 10.1126/science.1237439. Изучая одних и тех же людей на протяжении долгого времени, лаборатория Джеффа Гордона показала, что, хотя в организме и есть определенная доля текучки, стабильность довольно значительна. Исследование обнаружило, что 70 % микроорганизмов, живших во взрослых людях, остались в них и через год при повторном анализе.


[Закрыть], но при этом ваш микробиом отличается от моего. В одном небольшом исследовании люди на две недели сели на средиземноморскую диету: много волокнистой пищи, цельные зерна, сухие бобы и чечевица, оливковое масло, пять порций фруктов и овощей каждый день. Она ассоциируется со сниженным риском сердечно-сосудистых заболеваний. Все сдали кровь на липиды, коррелирующие с заболеваниями сердца, и образцы стула, чтобы определить, как изменился микробный состав кишечника после диеты. Исследователи обнаружили снижение общего уровня холестерина, а также так называемого «плохого» холестерина, или ЛНП, – это просто замечательно. Но вот микробный состав после диеты не изменился никак.

У каждого человека обнаружилась собственная уникальная микробная «подпись», подобно отпечаткам пальцев. И она осталась прежней даже после манипуляций с диетой. Тем не менее в других исследованиях изменения микробной популяции оказались более значительными{36}36
  «…изменения микробной популяции оказались более значительными» (см. с. 37): Доктор Нанетт Стейнле из университета штата Мэриленд представила данные исследования сухих бобов и чечевицы на стендовых докладах Американского общества питания 23 апреля 2013 года. В других работах был заметен немедленный эффект диеты на микробиом, но общий долгосрочный состав оставался стабильным. (См. G. Wu et al., “Linking long-term dietary patterns with gut microbial enterotypes,” Science 334 [2011]: 105–8.)


[Закрыть]. Например, питание только растительной или только животной пищей влияло на микробиоту, но только на время, пока люди сидели на этой диете{37}37
  «…но только на время, пока люди сидели на этой диете» (см. с. 37): L. A. David et al., “Diet rapidly and reproducibly alters the human gut microbiome,” Nature (2013): DOI 10.1038/nature12820.


[Закрыть]. Мы не знаем, сколько нужно времени, прежде чем изменения примут постоянный характер – может быть, год. Нужно провести еще много исследований, чтобы понять, как диета воздействует на кишечных микробов. Но на данный момент кажется, что относительные пропорции различных бактерий меняются лишь в определенных границах. Сейчас исследователи пытаются выяснить их, одинаковы ли они у разных людей и насколько значительно меняются в течение жизни.

Если в вас живут 100 триллионов бактерий, а каждая – маленькая генетическая машина, сколько генов работает в ваших микробах-обитателях и что они делают?

Как мы уже обсуждали, одной из целей проекта «Микробиом человека» было секвенирование генетического материала микробов, взятых из организма молодых здоровых людей. Ученые не только провели перепись, где перечислили микробы, живущие в организмах («кто там»), но и составили список генов, которые несли эти микроорганизмы, и описали их функции («что там»). Основное открытие состоит в том, что у ваших или моих микробов миллионы уникальных генов{38}38
  «…миллионы уникальных генов» (см. с. 38): «Большая наука» в США занялась микробиомом человека; еще одна группа, изучавшая ту же тему, собралась в Европе: консорциум MetaHit. Они проделали важную работу, которая одновременно уникальна и дополняет данные «Микробиома человека». J. Qin et al. (“A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing,” Nature 464 [2010]: 59–65) показывает большую разницу в составе у разных людей. В M. Arumugan et al. (“Enterotypes of the human gut microbiome,” Nature 473 [2011]: 174–80) содержится постулат о том, что люди делятся на три большие группы в зависимости от состава их кишечного микробиома – возможно, это чем-то похоже на группы крови. Выдержит ли это типирование испытание временем и стабильны ли эти типы на протяжении жизни человека, пока неизвестно.


[Закрыть]; по последним данным, их около 2 млн. Для сравнения, в человеческом геноме 23 000 генов. Иными словами, 99 % уникальных генов в вашем теле – бактериальные, и лишь 1 % – человеческие. Наши микробы – не просто пассажиры, а активные участники обмена веществ. Их гены кодируют полезные для них продукты. Ферменты производят аммиак или уксус, двуокись углерода, метан или водород, употребляемые в пищу другими микробами. А также множество других, намного более сложных веществ, полезных для организма – мы еще пытаемся понять, как это происходит.

Недавний опрос, проведенный большой группой ученых в Европе (он начался на консорциуме MetaHit), показал нечто совсем иное. Перепись почти трехсот европейцев показала, что количество уникальных бактериальных генов в кишечнике подопытных резко отличалось{39}39
  «…количество уникальных бактериальных генов в кишечнике подопытных резко отличалось» (см. с. 38): В недавней работе группы MetaHit (E. Le Chatelier et al., “Richness of human gut microbiome correlates with metabolic markers,” Nature [2013]: 500, 541–4) 292 человека были изучены на предмет генетического состава их кишечного микробиома и обмена веществ. Результаты явно показывают, что по количеству генов подопытные делились на две группы: примерно у трех четвертей количество оказалось большим, а у оставшейся четверти – небольшим. Средняя разница в обмене веществ у этих двух групп людей оказалась значительной. У тех, у кого генов было меньше, с большей вероятностью развивался метаболический синдром, комплекс симптомов, ассоциирующихся с ожирением, диабетом, артериосклерозом и гипертонией. Один из вопросов, который не удалось разрешить в рамках исследования: что проявилось раньше – меньшее количество генов или метаболический синдром? Но сопровождающая работа показала, что изменения диеты, улучшающие обмен веществ, повышают количество генов. (A. Cotillard et al., “Dietary intervention impact on gut microbial gene richness,” Nature 500 [2013]: 585–88.)


[Закрыть]. Распределение оказалось ненормальным, в виде колоколообразной кривой. Вместо этого обнаружились две отдельные группы. У большой, в которую входило 77 % участников, обнаружилось в среднем 800 000 генов. У меньшей – 23 % – всего 40 000. Такой разницы никто не ожидал. Но самым интересным наблюдением стало то, что люди с меньшим количеством генов с большей вероятностью страдали от ожирения. Это поразительный результат.

* * *

Изучение экологической структуры бактерий-обитателей – очень сложная процедура. В большой экосистеме, например в лесу, экологи могут непосредственно наблюдать за различными особями и видами, взаимодействующими в реальном времени на протяжении дня, сезона или года. Но подобным образом изучать микробные экосистемы не удастся. Как сказано выше, один из лучших современных методов – подсчитать и идентифицировать все гены в конкретном сообществе. Представим это вот таким образом. Заберем целиком один акр леса, пропустим через гигантский блендер, а затем пересчитаем оставшиеся фрагменты листьев, древесины, костей, корней, перьев и когтей; по этим останкам, обломкам и обрывкам составим примерный список обитателей и предположим, как они взаимодействуют.

Мы можем понять функции некоторых бактериальных генов, сравнив их с другими известными. Первые данные проекта «Микробиом человека» и европейской программы MetaHit в основном дали нам так называемые «гены домоводства»: они занимаются рутинной, но необходимой для жизни работой. Например, в изобилии встречаются гены для строительства и поддержания состояния клеточной стенки, потому что все бактерии обязаны их строить. Кроме того, у всех должны быть гены, позволяющие воспроизводить собственную ДНК и размножаться. Обнаружены и гены для ключевого фермента, ДНК-полимеразы, необходимой для создания новых цепочек. У людей несколько его вариантов, у микробов, живущих в нас, должно быть, тысячи, в зависимости от того, в какой именно бактерии он содержится.

В генах бактерий, обнаруженных на разных участках тела, есть и менее тонкие отличия. «Гены домоводства», конечно, остаются постоянными, но например, у кожных бактерий больше тех, которые связаны с маслами, чем у обитателей толстой кишки. У вагинальных есть гены, которые помогают создавать кислую среду и выживать в ней. Основываясь на сегодняшнем уровне знаний, можно смело сказать, что микроорганизмы выполняют специализированные функции на всех обитаемых участках тела, и разница между ними может быть гораздо больше, чем между людьми. Например, самый высокий человек на Земле выше самого низкого в два, максимум в три раза. Разница в размерах организмов типичного микробиома может составлять поразительные десять миллионов единиц{40}40
  «…поразительные десять миллионов» (см. с. 39): Продемонстрировано в работе Qin et al., “A human gut microbial gene”.


[Закрыть]. Бактериальная специализация – очень интересный и в основном неисследованный мир, который поможет понять, что именно делает каждого из нас уникальным с точки зрения здоровья, обмена веществ, иммунитета и даже когнитивных способностей.

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{41}41
  «…незнакомое ему химическое вещество» (см. с. 39): См. I. Cho and M. J. Blaser, “The human microbiome: at the interface of health and disease,” Nature Reviews Genetics 13 (2012): 260–70, где мы подробнее обсуждаем концепцию организмов «на всякий случай».


[Закрыть]. 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 небесплатно. 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, пострадает 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{42}42
  «…коровы и рубцовые бактерии» (см. с. 41): Рубец – это специализированный первый отдел желудка жвачных животных, таких как коровы и овцы. Живущие в этом отделе микробы ферментируют переваренную еду, помогая носителю усвоить содержащуюся в ней энергию. Кроме того, рубец – отличный пример симбиоза; в нем отлично сосуществуют бактерии, грибки, простейшие и вирусы.


[Закрыть], 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{43}43
  «…если играть по правилам» (см. с. 42): См. M. J. Blaser and D. Kirschner, “The equilibria that allow bacterial persistence in human hosts,” Nature 449 (2007): 843–49, где мы подробнее разбираем идею равновесного отношения между нами и нашими микробами.


[Закрыть]; 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.