Микробиология – быстро меняющаяся область науки, которая до сих пор укрыта завесой неизвестности, непостижимости и разногласий. Мы не можем даже идентифицировать многих микробов в собственном теле, а выяснить, как они влияют на нашу жизнь и здоровье, – тем более. Но ведь это так увлекательно! Быть на волне и предвкушать то, что впереди, куда круче, чем оказаться прибитым к берегу. Сейчас на этой волне сотни ученых. Микробиологию активно финансируют. Во много раз увеличилось количество значимых исследований. Микробы всегда правили нашей планетой, и теперь наконец-то они вошли в моду. «Раньше микробиология была никому не известной наукой, а сейчас вышла в первые ряды, – улыбается биолог Маргарет Макфолл-Най. – Забавно наблюдать, как все вокруг осознают, насколько важны микробы, и как процветает эта отрасль. Теперь мы знаем, что микробы составляют огромную и разнообразную часть биосферы, что они живут в непосредственной близости к животным и имеют большое влияние на их природу. Как по мне, так это самый крутой переворот в биологии со времен Дарвина».

Критики утверждают, что микробиом не заслужил такой популярности и большинство исследований в этой области представляют не большую ценность, чем коллекционирование марок. Мы знаем, какие микробы живут на морде панголина, а какие – в кишечнике человека, и что с того? Это дает ответы на вопросы «что?» и «где?», но не «как?» и «почему?». Почему на одних животных некоторые микробы живут, а на других – нет? Или почему у некоторых особей они есть, а у большинства их нет? Почему микробы живут лишь на определенных частях тела, а не на всех? Почему мы наблюдаем то распределение, которое наблюдаем, и как оно возникает? Как микробы попадают в хозяина и как они там остаются? Как микробы и хозяева меняют друг друга, заключив союз? И как они себя ведут, когда этот союз разрушается?

В конечном итоге именно на эти вопросы микробиология и пытается ответить. В этой книге я расскажу вам, как мы продвинулись в поисках ответов, какие перспективы заложены в изучении микробиома и управлении им и что нам придется сделать, чтобы их достичь. Пока что будем иметь в виду, что ответить на эти вопросы можно, лишь шаг за шагом собирая данные, так же как Дарвин и Уоллес в свое время. «Коллекционирование марок» необходимо. «Дневник Дарвина тоже всего лишь описывал его путешествия и рассказывал о красочных животных и живописных местах, о теории эволюции там не было ни слова, – писал Дэвид Куаммен^[28]. – Теория появилась после». Сначала был долгий и упорный труд. Систематизация. Составление описаний. Сбор материала. «Если материки еще не исследованы, перед тем как выяснять, почему все расположено так, а не иначе, нужно выяснить, как именно оно расположено», – замечает Роб Найт.

Ради исследования Найт и отправился в зоопарк Сан-Диего. Он решил взять мазки с морд и шкур различных млекопитающих, чтобы описать их микробиомы и химические вещества – метаболиты, которые микробы производят. Эти вещества формируют среду, в которой живут и развиваются микробы, а также служат индикатором не только самого факта их существования, но и того, какие задачи эти микробы выполняют. Наблюдение за метаболитами смахивает на опись произведений искусства, пищевых продуктов, изобретений и поставок в городе вместо обычной переписи населения. Недавно Найт попытался заняться описанием метаболитов на лице человека, но выяснил, что косметические средства – солнцезащитные средства и кремы для лица – заглушают естественные метаболиты, выделяемые микробами^[29]. Что делать? Взять мазки у животных, конечно! Панголин Баба, в конце концов, увлажняющим кремом не пользуется. «Надеюсь, удастся еще добыть мазки из полости рта, – делится планами Найт. – И вагинальные тоже». Я удивленно поднимаю бровь. «В рамках программ по разведению гепардов и панд тут установлены морозилки, и они набиты мазками из влагалищ», – уверяет меня он.

Работник зоопарка провожает нас к колонии голых землекопов – грызунов, бегающих по соединенным между собой пластмассовым трубам. Красотой природа их явно обделила – они смахивают на зубастые морщинистые сардельки. А еще они очень странные: нечувствительны к боли, невосприимчивы к раку, очень долго живут, почти не умеют контролировать температуру тела, а сперма у них крайне низкого качества. Они живут колониями, как муравьи, с королевой и рабочими. Еще они норные, что делает их особенно интересными для Найта. Он совсем недавно получил грант на исследование микробиомов животных с одинаковыми чертами и образом жизни: живущих в норах, летающих, водных, умеющих приспосабливаться к высоким или низким температурам и даже разумных. «Пока что это лишь предположение, но, возможно, у микробов имеются преадаптации, благодаря которым хозяйский организм получает необходимую для всего этого энергию», – делится он. Нельзя сказать, что это предположение неправдоподобно. Микробы открыли для животных множество возможностей. Благодаря им многие животные смогли вести необычный образ жизни, который иначе был бы для них недоступен. А если у животных схожие привычки, то и микробиомы часто оказываются похожи друг на друга. К примеру, Найт и его коллеги однажды выяснили, что в кишечнике у всех млекопитающих, питающихся муравьями или термитами (панголинов, броненосцев, муравьедов, трубкозубов, земляных волков), обитают похожие сообщества кишечных микробов, хотя они развивались независимо друг от друга на протяжении вот уже ста миллионов лет^[30].

Мы проходим мимо колонии сурикатов – некоторые, почуяв чужаков, встают на задние лапы, остальные продолжают играть. Найту нужно снять мазок у самки, но единственная подходящая для этого самка – матриарх колонии – уже стара, и у нее больное сердце. У сурикатов это часто встречается. Иногда они нападают на детенышей других сурикатов или покидают собственных. Когда такое случается, работники зоопарка вмешиваются и вскармливают детенышей вручную. Они выживают, но смотритель говорит, что в старости у них начинаются проблемы с сердцем по неизвестным причинам. «Интересно, – говорит Найт. – А вы что-нибудь знаете о молоке сурикатов?» Он спрашивает потому, что молоко млекопитающих содержит специальные сахара – младенцы не могут их переварить, а некоторые микробы могут. Когда женщина вскармливает ребенка грудью, она его не только кормит, но и заботится о том, чтобы в его кишечнике поселились «правильные» микробы. Найт задается вопросом: а у сурикатов так же? Возможно, брошенные детеныши начинают жить не с теми микробами в кишечнике из-за того, что не имеют возможности питаться молоком матери? Влияет ли этот недостаток на их здоровье в будущем?

Найт работает и над другими проектами, направленными на улучшение здоровья обитателей зоопарка. Мы проходим мимо вольера гривистых тонкотелов – это такие симпатичные мартышки с отливающей оловом шерстью и торчащим во все стороны пушком на морде, – и он рассказывает, что пытается выяснить, почему одни виды обезьян в неволе часто заболевают колитом (воспалением толстой кишки), а другие – нет. Есть все основания полагать, что тут замешаны микробы. В кишечнике человека при воспалительном заболевании, как правило, возникает избыток провоцирующих иммунную систему бактерий, а вот тех, что ее усмиряют, как раз не хватает. Подобное проявляется и при других заболеваниях, таких как ожирение, диабет, астма, аллергия и рак толстой кишки. Считается, что эти заболевания имеют экологический характер – по отдельности микробы ни при чем, дело во всем сообществе сразу. Это значит, что в симбиозе что-то пошло не так. И если причиной заболеваний действительно становятся нарушения в микробиоме, грамотное управление сообществом микробов поможет их вылечить. Даже если изменения в микробных сообществах – результат болезни, а не причина, благодаря им можно будет поставить диагноз до проявления видимых симптомов заболевания. Потому Найт и исследует обезьян, сравнивая здоровых и болеющих колитом представителей разных видов, – он хочет выяснить, существуют ли признаки, по которым смотрители зоопарка смогут определить, что не проявляющее никаких симптомов животное заболело. Подобные исследования могут помочь нам понять, что меняется в микробиоме людей – или собак – с воспалительными заболеваниями кишечника.

И вот наконец мы заходим в скрытое от посторонних глаз помещение, куда временно поместили нескольких животных. В одном вольере мы видим огромный силуэт покрытого черным мехом существа длиной около метра – по очертаниям что-то вроде ласки, только выражение морды как у медведя. Это бинтуронг – один из самых крупных и лохматых представителей семейства виверровых. Джеральд Даррелл описал его как «небрежно сотканный коврик». По словам смотрителя, снять мазки с морды и лап нам не составит труда, но нас-то интересует кое-что подальше. У бинтуронгов с обеих сторон анального отверстия находятся пахучие железы – запах, которые они выделяют, чем-то напоминает попкорн. Скорее всего, такой аромат получается именно благодаря бактериям. Ученые уже описали микробные запахи, выделяемые пахучими железами барсуков, слонов, сурикатов и гиен. Бинтуронг, ты следующий!

«А мазок с заднего прохода можно будет снять?» – интересуюсь я.

Смотритель медленно переводит взгляд на устрашающего зверя в вольере, а затем обратно на нас. «Н-не думаю…»

Если взглянуть на животный мир, учитывая при этом микроорганизмы, даже самые привычные сферы жизни становятся удивительными. Там, где гиена трется об траву пахучими железами, микробы записывают ее автобиографию, которую смогут прочесть другие гиены. Мама-сурикатиха, выкармливая детенышей молоком, строит в их кишечниках целые миры. Броненосец, набивая брюхо муравьями, кормит триллионы бактерий, которые, в свою очередь, обеспечивают его организм энергией. Когда мартышка или человек заболевают, их организмы становятся схожи с затянутым тиной озером или заросшим сорняками полем – в экосистеме что-то пошло не так. Наши жизни находятся под контролем внешних сил, которые на самом деле у нас внутри. Они зависят от миллиардов существ, которые живут сами по себе и в то же время являются частью нас. Запахи, здоровье, пищеварение, рост и развитие, а также десятки других вещей, которые обычно приписывают отдельным особям, – это на самом деле результат сложной совместной работы организма-хозяина и микробов.

Какое же определение мы дадим слову «особь», зная все это^[31]? Если дать определение с анатомической точки зрения и сказать, что особь – это обладатель определенного тела, придется вспомнить, что микробы живут в том же теле, что и мы. Можно попробовать подойти к этому вопросу с точки зрения развития плода, тогда особь – это существо, выросшее из одной оплодотворенной яйцеклетки. Но это тоже не подойдет: организмы некоторых животных, среди которых мыши и рыбки данио-рерио, строятся по инструкциям, заложенным как в их генах, так и в их микробах. Они не смогут нормально развиваться в стерильной среде. Можно прибегнуть к определению с точки зрения физиологии – особь состоит из частей (органов и тканей), которые взаимодействуют на благо всему организму. Но как же насекомые, получающие необходимые питательные вещества благодаря совместной работе как собственных ферментов, так и бактериальных? Микробы – это часть целого, причем неотъемлемая. Генетическое определение, по которому особь состоит из клеток с одинаковым геномом, сталкивается с той же проблемой.

В любом животном есть как его собственный геном, так и множество микробных, которые влияют на его жизнь и развитие. Иногда гены микробов внедряются в геномы хозяев и так там и остаются. Имеет ли смысл рассматривать их как разные сущности? Вариантов остается все меньше – может, попробовать свалить все на иммунную систему? Ведь считается, что она существует именно для того, чтобы отличать клетки нашего организма от чужеродных, не путать себя и не себя. Только вот и это не совсем так: живущие в нас микробы, как мы увидим позже, участвуют в построении иммунной системы, а она взамен учится их не обижать. Как бы мы к этому вопросу ни подходили, ясно одно: микробы переворачивают само понятие индивидуальности с ног на голову. Они же ее и формируют. В целом ваш геном почти такой же, как мой, а вот микробиомы у нас могут быть совершенно разными (а виромы – тем более). Можно сказать, что я не вмещаю множества – я и есть множества.

Подобные мысли могут запросто сбить с толку. Независимость, самосознание и свобода воли играют в нашей жизни важнейшую роль. Как однажды заметил первопроходец мира микробиомов Дэвид Релман, «потеря чувства самосознания, связанные с ним иллюзии и ощущение контроля со стороны» являются потенциальными признаками психического расстройства^[32]. «Неудивительно, что последние исследования симбиотических отношений породили значительный интерес к этой теме, – писал он, но также добавлял: – [Подобные исследования] подчеркивают всю прелесть биологии. Мы, будучи существами социальными, пытаемся понять, как мы связаны с другими существами. Симбиоз – это непревзойденный пример того, как сотрудничество приводит к успеху и какие преимущества нам дают близкие отношения».

И я с ним согласен. Симбиоз указывает нам на ниточки, которыми соединено все живое на Земле. Каким образом у таких разных организмов, как люди и бактерии, получается сосуществовать и сотрудничать друг с другом? Все дело в том, что мы происходим от одних предков. Мы все храним информацию о себе в ДНК и пользуемся одним и тем же кодом, а в качестве энергетической валюты у нас у всех аденозинтрифосфат. Представьте себе обычный сэндвич: каждый ингредиент – от помидоров и листьев салата до свинки, предоставившей для сэндвича бекон, от дрожжей, на которых испекли булочку, до микробов, которые наверняка на ней сидят, – говорит на одном и том же молекулярном языке. Как сказал Алберт Ян Клюйвер, нидерландский биолог: «Что слон, что маслянокислая бактерия – все одно!»

Стоит лишь понять, насколько мы похожи и как сильно между собой связаны, – и наше восприятие мира станет во много раз ярче. Мое, например, уже стало. Я с детства обожаю природу. Дома у меня полно документальных фильмов и книг, из которых так и просятся наружу сурикаты, пауки, хамелеоны, медузы и динозавры. Однако о микробах и их влиянии на жизнь хозяев там ни слова, а значит, они несовершенны – как картины без рам, торты без вишенок или Леннон без Маккартни. Теперь я знаю, что жизни всех описанных там созданий во многом зависят от невидимых существ, с которыми они сосуществуют, сами того не подозревая, которым они частично или полностью обязаны своими способностями и которые обитают на нашей планете гораздо дольше их самих. Ошеломляющая перемена взгляда на мир, и какая важная!

Когда меня впервые взяли в зоопарк, я был слишком мал, чтобы что-нибудь запомнить (и чтобы знать, что в вольер к слоновым черепахам лучше не лазить). Сейчас я нахожусь в зоопарке Сан-Диего с Найтом (и Бабой), и теперь все иначе. Здесь царит буйство красок и шума, но я понимаю, что большую часть живого здесь нельзя увидеть и услышать. Здесь одни сосуды с микробами платят за то, чтобы взглянуть на другие сосуды с микробами, обитающие в вольерах и клетках. По птичникам, спрятавшись в оперенные посудины, летают триллионы микробов. Еще триллионы раскачиваются на ветвях деревьев и шныряют по вырытым в земле тоннелям. Кучка бактерий, живущая в небрежно сотканном черном коврике, наполняет воздух вокруг себя стойким ароматом попкорна. Именно так и выглядит окружающий нас мир, и, хоть невооруженным глазом его не разглядеть, я его наконец-то вижу.