Микробиом человека: многое еще предстоит сделать

В конце июня 2022 года исполняется десять лет со дня первого крупного исследования микробного разнообразия в организме человека, опубликованного в журнале Nature Консорциумом Human Microbiome Project (HMP), членом которого была автор этой статьи Рут Лей, директор департамента микробиомных исследований Биологического института Макса Планка в Тюбингене, Германия.

До этого микробиологи знали, что в организме обитает большая масса микроорганизмов — разнообразная смесь бактерий, наряду с археями, грибками и вирусами, распространяющаяся по коже, во рту и в кишечнике — вместе называемая микробиомом. Но до 2012 года мы ни разу не проводили их инвентаризацию.

На самом деле, этот перечень — индекс из 10 триллионов клеток, принадлежащих тысячам видов, общим весом 200 граммов у каждого человека — все еще неполный. Пришло время продолжить предыдущую [1] работу и обновить наши знания, чтобы представить человечество во всей его сложности.

Потребовалось много времени, чтобы начать понимать вопросы связанные с микробиомом человека, и скорость изменений за последние десять лет была ошеломляющей. Только после того, как высокопроизводительные технологии секвенирования генов, впервые разработанные для исследования генома человека, стали дешевыми и достаточно простыми в использовании, можно было начать исследования.

После запуска в 2007 году консорциум секвенировал ДНК микробов, обнаруженных у 242 человек из 2 городов США — Бостона, штат Массачусетс, и Хьюстона, штат Техас, выбранных из-за их близости к двум выдающимся центрам секвенирования того времени, Институту Броуда, Массачусетского технологического института, Гарвардскому университету в Бостоне, а также Медицинскому колледжу Бэйлора в Хьюстоне. Наша деятельность финансировалась Общим фондом Национального института здравоохранения США, и в рамках проекта были привлечены академические специалисты по биоинформатике микробиома для работы с данными после того, как мы их сгенерировали.

Результатом стал первый всеобъемлющий каталог микробиома здорового человека в США: полный список генов микробов в кишечнике. HMP показал, что клеточные организмы кишечника состоят из тысяч видов, а их генетический след в 150 раз превышает размер генома человека. В конце концов, это изобилие привело биологов к рассмотрению микробиома как приобретенного в окружающей среде «второго генома», скрытого в человеке-хозяине.

Десять лет спустя мы знаем намного больше. Микробиом необходим для правильного функционирования нашего тела, является ключом к перевариванию пищи и борьбе с патогенами. Эксперименты на мышах показали, что состав микробиома влияет на уровень социальной активности и тревожности. Распространенные заболевания, такие как сердечно-сосудистые заболевания и ожирение, связаны с различными микробиомами. Становится все более ясным, как младенцы формируют свою  микробиоту и что влияет на её развитие.

Нормальная флора организма

Учитывая, насколько важны микробы для нашего здоровья, до сих пор можно считать удивительным, что мы передаем так много функций бесчисленному множеству организмов, которые мы получаем из окружающей среды, начиная с рождения.

У нас также есть много нерешенных академических вопросов. В какой момент в эволюции человека впервые появился микробиом? Чем он отличаются от других приматов, млекопитающих или животных в целом? Как микробиомы переходят от человека к человеку? И что означают изменение диеты и санитарный образ жизни для микроорганизмов в долгосрочной перспективе?

Тот первый анализ десять лет назад, в котором участвовали люди всего из двух городов США, не смог полностью отразить истинное разнообразие человеческого микробиома. Теперь мы знаем, что люди, живущие в Европе и Северной Америке, имеют не на столько разнообразный микробиом, чем люди, живущие в менее развитых регионах, но слишком мало известно о различиях между группами людей.

И еще меньше известно о множестве других животных, которые сами содержат свои разнообразные микробиомы. Мы знаем, что микробиота животных, содержащихся в неволе, отличаются от микроорганизмов животных, живущих в дикой природе, почти так же, как микробиомы людей в промышленно развитых регионах отличаются от тех, кто живет в неиндустриальных регионах. Но большая часть того, что мы знаем о животных микробах, получена из исследований на животных в неволе. Поскольку мы теряем разнообразие животных из-за быстрых глобальных изменений, мы также теряем разнообразие микробиома.

Чтобы узнать больше, потребуется новые исследования, в которых будут взяты образцы тысяч людей и животных. Нам нужны биологи дикой природы и ученые изучающие микробиомы, работающие бок о бок по всему миру. Десять лет назад анализ был настолько новым и сложным, что мы мало думали о сборе образцов. На сегодняшний день разнообразие биологических данных находится в приоритете. Сбор образцов из различных источников по всему миру должен возглавить процесс.

Кто-то может спросить, зачем нам нужен новый, грандиозный и дорогой консорциум, когда данные уже поступают понемногу — по одному исследованию за раз, проводимые лабораториями, работающими в одиночку. Но индустриализация идет быстро, и современные экономические реалии способны уничтожить микробное разнообразие быстрее, чем о нём станет известно.

Новый консорциум позволит ученым окончательно заполнить карту микробиома. Это похоже на перепись населения: вы не ждете, пока отдельные города сообщат о численности своего населения, вы прилагаете единое согласованное усилие, чтобы делать это последовательно и быстро, чтобы подсчеты были максимально точными.

Обширный новый анализ разнообразия микробиоты человечества и более широкого микробиома позвоночных, наконец, поместит данные о нашем собственном виде в контекст древа жизни. Только тогда мы сможем по-настоящему добавить ярлык «человек» на микробиом.

Дополнительная литература

  1. Структура, функции и разнообразие здорового микробиома человека Журнал Nature 486, 207–214 (2012)

Читайте также: