Бесконечное разнообразие мира микробов особенно впечатляет, если учесть, что каких-то сорок лет тому назад мы понятия не имели, насколько многочисленны одноклеточные организмы и какое невероятное количество видов они насчитывают. До этого основные принципы классификации живых организмов основывались на книге Чарльза Дарвина “Происхождение видов”, увидевшей свет в 1859 году[2]. Дарвин изобразил древо эволюции, сгруппировав все организмы по общим физическим признакам: короткоклювые вьюрки, длинноклювые вьюрки и так далее; и в течение долгого времени этот принцип оставался основой классификации и систематики.
Традиционные представления о жизни базировались на том, что люди могли увидеть в окружающем их мире – невооруженным глазом или в микроскоп. Более крупные организмы были поделены на растения, животные и грибы. Оставшиеся одноклеточные организмы попали в две крупные категории: протисты (простейшие) и бактерии. Что касается растений, животных и грибов, мы были правы. Но вот наши представления об одноклеточных оказались абсолютно ошибочными.
В 1977 году американские микробиологи Карл Вёзе и Джордж Э. Фокс предложили новый вариант “древа жизни”, основанный на сравнении различных форм жизни на клеточном уровне с использованием рибосомной рибонуклеиновой кислоты – родственницы ДНК, которая присутствует в любой клетке и участвует в синтезе белков. Картина была ошеломляющей. Вёзе и Фокс обнаружили, что одноклеточные организмы более разнообразны, чем все растения и животные, вместе взятые. Как выяснилось, животные, растения, грибы; все люди, медузы, навозные жуки; любая нить водорослей, любой клочок мха, устремленные вверх калифорнийские секвойи; все лишайники и лесные грибы – все живое, что мы видим вокруг, – это всего лишь три отростка на конце одной ветви эволюционного древа. Основные же его обитатели – одноклеточные организмы: бактерии, археи (которые были впервые выделены в виде отдельной группы Вёзе и Фоксом), дрожжи и некоторые другие формы жизни.
Только за последние несколько лет в понимании микрожизни внутри нас произошел прорыв, которым мы обязаны новым технологиям, в первую очередь совершенствованию секвенирования ДНК и взрывному увеличению мощности компьютеров. Сегодня при помощи процесса, который называется секвенированием нового поколения, мы можем получать образцы клеток из различных частей организма, быстро анализировать содержащиеся в них микробные ДНК, сравнивать и объединять с информацией из других органов, чтобы идентифицировать тысячи видов микроорганизмов, которые считают наше тело своим домом. Таким образом мы обнаруживаем бактерии, археи, дрожжевые грибы и другие одноклеточные организмы (в частности, эукариоты), совокупный геном которых длиннее нашего собственного.
Ну а новые компьютерные алгоритмы, в свою очередь, значительно упрощают и облегчают интерпретацию этой генетической информации. В частности, теперь мы можем составить микробную карту тела, позволяющую сравнивать сообщества микроорганизмов в различных частях тела и у различных людей. Огромная часть этой информации получена в рамках проекта “Микробиом человека” (Human Microbiome Project), осуществленного под эгидой Национальных институтов здравоохранения США (US National Institutes of Health, NIH). Стоимость исследования составила 170 миллионов долларов, в нем участвовало более двухсот ученых, которые на сегодняшний день собрали и проанализировали не менее 4,5 терабайт данных. И это только начало; другие международные проекты, такие как “Исследование состава биоты желудочно-кишечного тракта человека” (Metagenomics of the Human Intestinal Tract Consortium, MetaHIT), постоянно добавляют и анализируют новые данные.
Стоимость этих анализов все время снижается, благодаря чему все больше людей могут сделать полную перепись живущих в их организмах микробов. Десять лет назад, чтобы проанализировать свой микробиом, вам пришлось бы заплатить сто миллионов долларов. Сегодня подобная информация обойдется всего лишь в сотню баксов – настолько дешево, что врачи скоро станут назначать такие исследования как рутинную медицинскую процедуру.
Но почему же врачам интересен состав вашего микробиома? Потому что появляются все новые и новые исследования, доказывающие связь между нашими микробами и многими нашими заболеваниями, включая ожирение, артрит, аутизм и даже депрессию. А эта связь, в свою очередь, сразу же открывает новые перспективы лечения.