Микробиом человека: еще многое предстоит сделать
На этой неделе исполняется десять лет со дня первого большого исследования микробного разнообразия в организме человека, опубликованного в журнале Nature консорциумом Human Microbiome Project (HMP), членом которого я являюсь. (Автор: Рут Лей - директор отдела науки о микробиоме в Институте биологии Макса Планка в Тюбингене, Германия).
До этого микробиологи знали, что в организме человека обитает огромное количество микроорганизмов - головокружительная смесь бактерий, архей, грибков и вирусов, распространенных на коже, во рту и в кишечнике - все вместе они получили название микробиома. Но до 2012 года не существовало их инвентаризации. Фактически, этот перечень - список из 10 триллионов клеток, принадлежащих к тысячам видов, которые в совокупности весят 200 граммов в каждом человеке - все еще неполный. Пришло время развить эту раннюю работу (Human Microbiome Project Consortium Nature 486, 207-214; 2012) и пересмотреть проект, чтобы представить человека во всей его сложности.
Потребовалось много времени, чтобы приступить к этой ранней работе, и темпы изменений за последние десять лет были ошеломляющими. Только когда технологии высокопроизводительного секвенирования генов - впервые разработанные для изучения генома человека - стали достаточно дешевыми и простыми в использовании, можно было приступить к реализации HMP.
Начав работу в 2007 году, консорциум секвенировал ДНК микроорганизмов, обнаруженных в организме 242 человек из двух городов США - Бостона, штат Массачусетс, и Хьюстона, штат Техас, выбранных по причине близости к двум ведущим центрам секвенирования того времени - Broad Institute of MIT и Harvard в Бостоне и Baylor College of Medicine в Хьюстоне. Наша деятельность финансировалась Общим фондом Национальных институтов здравоохранения США, а для работы над данными после их получения к проекту были привлечены биоинформатики.
В результате был составлен первый полный каталог микробиома здорового человека США: полный список генов микроорганизмов, обитающих в кишечнике. HMP показал, что клеточные организмы кишечника состоят из тысяч видов, генетический материал которых в 150 раз превышает размер генома человека. В конце концов, такое изобилие заставило биологов рассматривать микробиом как экологически приобретенный "второй геном", скрытый в человеческом организме.
Спустя десять лет мы знаем гораздо больше. Микробиом необходим для правильного функционирования нашего организма, он играет ключевую роль в переваривании пищи и защите от патогенов. Эксперименты на мышах показали, что состав микробиома влияет на уровень социальной активности и тревожности. Такие распространенные заболевания, как сердечно-сосудистые заболевания и ожирение, связывают с различными микробиомами. Как дети приобретают свой микробиом - и что влияет на его развитие - также становится более понятным. (Учитывая, насколько микробы важны для нашего здоровья, я все еще нахожу удивительным, что мы передаем так много функций мириадам организмов, которые мы берем из окружающей среды, начиная с самого рождения).
У нас также много академических вопросов, на которые нет ответов. На каком этапе эволюции человека впервые появился микробиом? Чем микробиом человека отличается от микробиома других приматов, млекопитающих или животных в целом? Как микробиом передается от человека к человеку? И как изменение рациона питания и образ жизни влияют на долгосрочное здоровье микробиома?Первый анализ, проведенный десять лет назад, в котором принимали участие жители всего лишь двух городов США, не отразил истинного разнообразия человеческого микробиома. Сейчас мы знаем, что у людей, живущих в Европе и Северной Америке, микробиом менее разнообразен, чем у людей, живущих в менее промышленно развитых регионах - но слишком мало известно о различиях между различными группами людей.
И еще меньше известно о множестве других животных, которые сами обладают множеством микробиомов. Мы знаем, что микробиомы животных, содержащихся в неволе, отличаются от микробиомов животных, живущих в дикой природе, примерно так же, как микробиомы людей, живущих в индустриальных регионах, отличаются от микробиомов людей, живущих в неиндустриальных регионах. Но большая часть того, что мы знаем о микроорганизмах животных, получена в результате исследований животных в неволе. Поскольку мы теряем разнообразие животных из-за быстрых глобальных изменений, мы также теряем разнообразие микробиомов.
Чтобы узнать больше, потребуется новый консорциум, который отберет пробы у тысяч людей и животных. Нам нужны биологи дикой природы и ученые, изучающие микробиом, работающие бок о бок, с группами по всему миру. Десять лет назад анализ был настолько новым и сложным, что мы не задумывались о сборе образцов. Теперь сбор образцов из источников по всему миру должен стать основным процессом. Кто-то может спросить, зачем нам нужен новый, грандиозный, дорогостоящий консорциум, если данные уже поступают - по одному исследованию за раз, проводимые лабораториями, работающими в одиночку. Но индустриализация идет быстро, и современные экономические процессы способны уничтожить микробное разнообразие быстрее, чем мы сможем его изучить.
Новый консорциум позволит ученым наконец-то заполнить карту микробиома. Это похоже на перепись населения: вы не ждете, пока отдельные города сообщат численность своего населения; вы предпринимаете единые согласованные усилия, чтобы сделать это последовательно и быстро, до того, как она изменится. Новый обширный анализ разнообразия микробиома человечества и более широкого микробиома позвоночных позволит, наконец, поместить данные о нашем виде в контекст древа жизни. Только тогда мы сможем действительно расширить понятие "человек" до микробиома.
