Недавно эволюционный аспект медицины проявил себя по-новому. Врачи стали смотреть на эволюцию не только как на внешний фактор, влияющий на человеческое здоровье, но также как на внутренний. Каждого человека они теперь рассматривают как ходячую, развивающуюся экосистему. Вы-то наверняка не думаете о себе как об экосистеме. По крайней мере, пока.
Большинство живых существ на этой планете состоят из одной клетки, даже не имеющей ядра. Большая часть землян – микроорганизмы. Скорее всего, вы без труда с этим согласитесь. Теперь представьте себе, что большая часть клеток вашего организма – микроорганизмы. Их количество превышает число клеток вашего тела почти в 10 раз. Эти микробы живут, усваивают химические вещества, производят химические отходы и взаимодействуют друг с другом. Их совокупность называют микробиомом. И вы – его экосистема. С ума сойти!
Когда мы появляемся на свет, у нас на борту нет ни одного из этих микроорганизмов. У детей нет микробиома, поскольку система комплексной биологической активности в их желудочно-кишечном тракте пока отсутствует. Они получают микробиом от своих родителей. Обнимашки, поцелуйчики и грудное вскармливание прокладывают бесчисленным бактериям путь в животик младенца, где те потом живут и размножаются на протяжении всей жизни этого нового человека. Эта экосистема или микробиом сосуществует с нами параллельно в нашем желудочно-кишечном тракте. Мы зависим от него. Большая часть пищи, которую мы едим, перерабатывается этими бактериями. Если с нашим микробиомом что-то не так, то в кишечнике начинаются проблемы.
У меня есть подозрение (не очень хорошее), что все мои читатели в свое время тяжело болели. Продукты жизнедеятельности многих видов бактерий токсичны. Наши тела имеют системы, направленные на выявление и вытеснение отравляющих токсинов: например, когда нас тошнит – это один из этих процессов, который обычно, но не всегда, помогает. Бактерии до сих пор существуют, потому они могли распространяться самостоятельно. Любая извергнутая из организма жидкость, содержащая бактерии, способствует распространению бактериального материала. Сейчас это кажется очевидным, но на самом деле это довольно недавнее открытие. Даже 150 лет назад, во времена Дарвина, люди все еще не верили в то, что микроорганизмы могут вызывать болезни или даже убивать. Биологи открыли микробиом лишь в последние пару десятилетий. Они до сих пор ищут ответ на вопрос, как микробы в нашем теле помогают нам оставаться здоровыми и сытыми. Микробиом человека может быть верным помощником в контролировании веса и борьбе с ожирением.
Открытие иммунных реакций и микробов буквально перевернуло мир. Исследование процесса, с помощью которого все эти микробы появились, позволило нам использовать пользу из хороших микроорганизмов и бороться с плохими. Рассмотрим следующий пример: мы разработали десятки антибактериальных препаратов. Их молекулы ломают или прокалывают стенки клеток и мембраны бактериальных патогенов. Но поскольку бактерии постоянно размножаются, они также постоянно мутируют и развивают новые средства защиты. Пройдя через фильтр выживания наиболее приспособленных, многие бактерии в окружающей нас среде обрели такую устойчивость, что сегодня их невозможно остановить антибиотиками, которые эффективно работали всего несколько лет назад. Если мы хотим продолжать жить здоровой жизнью, нам придется придумывать новые способы борьбы с бактериями. Это потребует глубокого понимания того, что происходит в мире бактерий. Вы, конечно, не удивитесь, узнав, что это напрямую связано с эволюцией. Подробнее об этом я расскажу в следующей главе.
Нашу планету заселяет совершенно невообразимое количество бактерий. По самым разумным подсчетам, их на планете около миллион триллион триллиона, или 1030 (десяти в тридцатой степени). На Земле больше бактерий, чем видимых глазу звезд во Вселенной. Как и любое другое живое существо, бактерии используют для питания те же самые химические вещества. Следовательно, они конкурируют между собой. И делают это, как сумасшедшие. Ради этого они борются друг с другом, но только не копьями и камнями, а ядами. Бактерии производят яды, чтобы убивать или жестко подавлять другие бактерии. По давней словообразовательной традиции эти токсины называются «бактериоцины». Они способны «разрезать» бактерии. Существует бактериоцин, характерный для кишечной палочки (E. coli), который слывет под названием «колицин». Улавливаете? Бактерио-цин, коли-цин. Составление подобных слов – очень популярное занятие у биологов.
В общем, все известные антибиотики – это токсины или химические ингибиторы, производимые другими типами организмов. Пенициллин, например, берет свое начало от гриба, который лишь незначительно отличается от бактерии. Каким-то образом Penicilliumnotatum случайно приобрел комбинации химических веществ, которые способны разрушать клеточные стенки очень многих бактерий, что позволяет грибу продвигать свои гифы (это такие грибные усики), не подвергаясь атаке, ну или, по меньшей мере, успешно отражая ее. Гриб отличается от бактерии и потому может нести в себе антибиотик – в данном случае разрушающие клеточные стенки химикаты. Но если вы – одноклеточная бактерия, вырабатывающая в пределах ваших клеточных мембран и стенок химическое вещество, которое способно бесконтрольно разрушать мембраны и стенки других тесно связанных с вами бактерий, то все несколько сложнее.
Миллиард миллиардов раз бактерии размножались и размножались, пока внезапно не столкнулись с химическими веществами-бактериоцинами, которые нападают на другие бактерии с помощью белков, специально сформированных и нацеленных на разрушение клеточной стенки только одного или нескольких других видов бактерий. Эти белки не нападают на клеточные стенки бактерии, которая их создала… иначе это бы не работало. Белок в данном случае является рабочей лошадкой, создаваемой живыми существами; химические свойства белков отчасти зависят от формы самой молекулы. Дело не только в том, что в молекулах белка может находиться атом азота, который может связываться с атомом кислорода. Дело еще и в том, что белок имеет или несет в себе эти атомы таким образом, что они вступают в реакцию только с теми молекулами, которые сами способны взаимодействовать с ними; эти белки подходят к ним словно ключ к замку.
Говоря о том, что бактерии не могли делать того, а делали что-то другое, следует понимать, что в данном случае выбора как такового у бактерий нет. Бактерия производит белок – всевозможные виды белка. Это те молекулы, которые придают форму и создают структуру таких составляющих вашего организма, как кости, кожа и волосы. Если бактерия случайно выработает белок, который сможет расщепить стенки ее же собственной клетки, тогда этот организм погибнет. Белок, вырабатываемый миллиардами поколений на протяжении миллионов лет, в результате начинает работать как бактериоцин; он разрушает или убивает другие бактерии, правда только бактерии определенного типа.
Узнав об этой замечательной особенности многих бактерий, ученые занялись созданием бактериоциновых препаратов, подобных антибиотикам, которые борются только с одним конкретным типом бактерии. Предположим, что вы заболели и возбудителем вашей болезни стала какая-то несчастная стафилококковая инфекция, при этом конкретный штамм стафилококка был известен уже достаточно долгое время. Его бактериальные предки сталкивались с человеческим антибиотиком на протяжении десятилетий, и в результате этот потомок штамма, с которым борется ваш организм, стал устойчив или практически не восприимчив к действию разрушительного для стенок клетки пенициллина, эритромицина или что там у вас еще есть в аптечке.
