Микробиомная гипотеза имени Анны Карениной

Каждая несчастливая научная группа несчастлива по-своему. В 2012 году Ребекка Вега Турбер посмотрела на результаты обширного трехлетнего эксперимента у коралловых рифов Флорида-Кис (США) и испытала глубокое разочарование. На одних участках ученые подвергали кораллы повышенным концентрациям азота и фосфора для симуляции сельскохозяйственного загрязнения, на других – ограждали сеткой для симуляции чрезмерного вылова рыбы. Биологи мечтали узнать, как из-за стрессов изменятся отношения между полипами и их микробами, какие виды бактерий окажутся в угнетении, а какие получат преимущество, и приведет ли это все к гибели кораллов. Однако никаких закономерностей выявить не удалось. «Это был мрачный день для всех нас, – вспоминает Турбер. – Многие студенты от отчаяния даже всплакнули».

У коралла берут анализ микробиома. Фото: Oregon State University.

Но тут ее постдок Джесси Зейнвелд заявил: знаете что, мне кажется, здесь есть кое-что странное – некий паттерн, который мы не прогнозировали. Микробиомы стрессированных кораллов пусть и без определенных закономерностей, но стали более разнообразными. Они изменились, только не в какую-то конкретную сторону – они поменялись во все стороны. Что-то похожее вскоре вскрылось в исследовании шимпанзе, зараженных вирусом иммунодефицита: их микробиомы стали нестабильными в плане вариативности.

Разочарование в прежних мечтах сменилось новым неожиданным очарованием. Теперь Турбер и Зейнфелд полагают, что обнаруженный тренд характерен для микробиомов всех животных – будь то кораллы, шимпанзе или люди. В норме организмы хозяев с помощью разных тактик контролируют состав своих микробиомов, дозволяя селиться в себе лишь определенным видам и штаммам в оптимальных пропорциях. При стрессе же или болезни микробы выходят из-под контроля, и их сообщества начинают меняться – но происходит это непредсказуемо, случайным образом. Не бывает никаких специфических состояний дисбаланса, в сторону которых меняются микробиомы у разных видов животных. При одних и тех же стрессовых факторах две разные особи одного вида придут к двум разным дисбиозам. Все здоровые микробиомы похожи друг на друга, но каждый нездоровый микробиом нездоров по-своему.

Перефразировав первое предложение знаменитого романа Льва Толстого, ученые сделали его слоганом своей новой концепции, которую назвали гипотезой Анны Карениной. Если же позаимствовать аналогию из физики, то эта гипотеза может оказаться чем-то вроде «теории великого объединения нездоровых микробиомов». «Мы начали с кораллов, а потом увидели тот же тренд в работах по человеческим микробиомам, – говорит Турбер. – Теперь я не могу его «развидеть»: какую бы статью, где сравниваются микробиомы здоровых и больных людей, я ни открывала – везде бросается в глаза одна и та же тенденция!»

Эффект Анны Карениной прослеживается в телах алкоголиков и курильщиков, мышей с больными кишечниками, губок в закисленной воде и лягушек, чья кожа поражена грибком-убийцей. Иммунная система играет ведущую роль в контроле микробов, так что неудивительно, что, когда она подавляется из-за ВИЧ или, наоборот, взбрыкивает при аутоиммунных заболеваниях, тут же выскакивает Анна Каренина и с криком: «Я не странная, но я дурная!» – гонит ретивый микробиом во все четыре стороны.

Не всякое исследование удовлетворяет предложенной модели – в нескольких обнаружено, что стресс или заболевание меняют-таки микробиом специфическим образом. Однако Ребекка Вега Турбер отмечает, что такие результаты получены в редукционистских экспериментах, проведенных в строго контролируемых лабораторных условиях, а эффект Анны Карениной определяется во многом беспорядочностью реального мира. Если хозяин не контролирует свой микробиом, его тело начинают заполнять микробы из окружающей среды или проглатываемой пищи, и они значительно варьируют в зависимости от разных условий – поэтому итоговых состояний при дисбиозе может быть великое множество.

Все это имеет важное значение для микробиомных исследований. Многие ученые жаждут узнать, как вылечить болезни – аллергии, диабеты, воспалительные заболевания кишечника, рак, астму и другие – путем изменения микрофлоры, будь то с помощью пробиотиков или посредством трансплантации кала. Но если микробиомы подчиняются воле случая, то будет крайне тяжело определить, насколько конкретное микросообщество нездорово, как и изобрести стандартизованный эффективный способ направить его обратно на путь выздоровления. Зачесать всех под одну гребенку не выйдет.

Кроме того, важно осознавать, что и здоровые микробиомы, вопреки первой части слогана гипотезы Анны Карениной, могут сильно варьировать – намного сильнее, чем геномы их хозяев. И не очень-то понятно почему: крупные исследования показывают, что всевозможные факторы – диета, возраст, вес, сон, пищевые привычки, уровень различных молекул в крови и многие другие – способны объяснить лишь небольшую часть вариации человеческих микробиомов (19% у датчан, 8% у бельгийцев). Но это, конечно, не повод ложиться под поезд.


Текст: Виктор Ковылин. По материалам: The Atlantic, Oregon State University
Научная статья: Nature Microbiology (Zaneveld et al., 2017)

Все права на данный текст принадлежат нашему журналу. Если вы хотите поделиться с друзьями и подписчиками, можно использовать фрагмент и поставить активную ссылку на эту статью. С уважением, Батрахоспермум.

Вас также могут заинтересовать статьи: 
Одиннадцать друзей квашиоркора

Кораллы флуоресцируют во имя фотосинтеза симбионтов
Обезьяньи микробиомы очеловечиваются в зоопарках


Комментарии:

Высказать свое мудрое мнение