Бактерии умеют договариваться лучше людей: Как кишечник связан с мозгом и чем опасны искусственные вирусы

Фото: Павел Муравьев / Фотобанк Лори

Сколько бактерий живет в нашем организме и на Земле? Какие болезни можно лечить, воздействуя на микробиоту? Почему мытье рук делает нас эволюционно слабее? Эти и другие вопросы в программе «Время науки» на радио «Комсомольская правда» обсудили ее ведущие - радиожурналист Мария Баченина и академик РАН, научный руководитель Национального центра физики и математики Александр Сергеев - и их гость, академик РАН, директор НИИ системной биологии и медицины Роспотребнадзора Вадим Говорун.

Александр Сергеев, Мария Баченина и Вадим Говорун

Фото: Михаил ФРОЛОВ.

ЧТО ТАКОЕ ЖИЗНЬ

Александр Сергеев:

- Сейчас в научном сообществе на слуху два вопроса: что такое жизнь и что такое мысль? Вадим Маркович, что с точки зрения современной биологии представляет собой определение жизни? И какие изменения произошли в понимании этого феномена?

Вадим Говорун:

- Начали мы сразу с самого сложного. Я несколько месяцев назад понял для себя, что все определения жизни относятся к классу феноменологических, то есть описательных. А точно, с точки зрения физики как жизнь определить? Хотя есть книга Шредингера «Что такое жизнь с точки зрения физики», это довольно сложно, и вот почему. Многообразие форм жизни настолько нами до конца не понято, что создается интуитивное впечатление, что до физической формулировки, неких строгих законов или формул с константами еще очень-очень далеко. А с другой стороны, уже как 16 лет мы существуем с тем фактом, что люди смогли молекулу жизни, ДНК, синтезировать химическим способом, пересадить ее и получить клетку, которая мало отличалась от того, что сделала природа, но была уже наполовину синтетической. Геном в этой клетке был сделан в химической лаборатории.

Копирование жизни – не есть понимание. Да, черный ящик становится на четверть тона более серым, но он остается черным ящиком. Мы имеем финальный итог – жизнь воспроизвелась.

Александр Сергеев:

- Вы говорите, что жизнь воспроизвелась. Это значит, что клетка, которую мы создали в искусственных условиях, стала делиться?

Вадим Говорун:

- Клетку мы не создали, мы сделали нечто, что называется актом передачи генетического материала. Мы просто добавляем ДНК, которая синтезируется химически, потом доставляется в живую или мертвую клетку. Сделать жизнь по чертежу, как лазер, например, нельзя, мы не понимаем очень многих компонентов, которые делают клетку клеткой, самоподдерживающейся открытой системой.

ГЕНОМ СЕЙЧАС СИНТЕЗИРУЮТ ДАЖЕ СТУДЕНТЫ

Александр Сергеев:

- Где здесь передний край науки?

Вадим Говорун:

- Их несколько. Первое – это, как я сказал уже, люди научились синтезировать геномы. Искусственный интеллект год назад продемонстрировал возможность создать искусственный вирус. Это, конечно, гораздо проще, чем живая клетка, потому что это неживой объект, но, тем не менее, размножается он в живой системе. И американские ученые продемонстрировали, что синтез большого количества вариантов, которые предсказывают нейросети, позволяет отобрать очень небольшой процент жизнеспособных вирусов бактерий, они называются фагами, которые обладают даже лучшими характеристиками, то есть убивают бактерии лучше, чем природный аналог.

Александр Сергеев:

- Это реализовано в эксперименте?

Вадим Говорун:

- Да. На самом деле история развития науки очень эволюционна. Первый синтетический геном, то есть химическое воспроизведение его, случилось в 2002-2003 году. Маленький фаг кишечной палочки, он называется бактериофаг φX174, или просто фаг Phi X 174, был синтезирован огромной группой людей в 50 человек, которые полгода из отдельных нуклеотидов собирали его по частям, потом ввели в клетку и точно скопировали, до буквы.

Сегодня в России к нам приходят студенты, у них зачет – тот же самый фаг они у меня в лаборатории синтезируют за два дня. Прошло 24 года, и то, что было огромным революционным достижением, сейчас стало абсолютной рутиной. Но именно этот бактериофаг по прошествии 23 лет был использован в качестве матрицы (прототипа) для нейросетей, чтобы сгенерировать последовательности, которые будут сильно отличаться от него по буквам, но будут выполнять точно такую же функцию. И это было сделано в 2025 году.

В ЧЕМ ОПАСНОСТЬ ИСКУССТВЕННЫХ ВИРУСОВ

Александр Сергеев:

- Это искусственный вирус?

Вадим Говорун:

- Первый искусственный вирус. Не синтетический, который просто копирует что-то, а где изменено практически все. И это достижение символьное - потому что люди могут обгонять эволюцию. Это имеет очень существенное значение для нашей безопасности. Там последовательности, которых в природе нет.

Академик РАН, директор НИИ системной биологии и медицины Роспотребнадзора Вадим Говорун

Фото: Михаил ФРОЛОВ.

Мария Баченина:

- А что это значит?

Вадим Говорун:

- Допустим, сейчас будет эпидемия гриппа или ОРВИ. Человек сдает анализы в лаборатории. Ему там ставят ПЦР или какой-то другой метод и говорят: у вас грипп А или грипп В. Это делается на основании того, что в последовательности вируса есть фрагмент, он известен. А если это измененный, причем не человеком, а нейросетью, контент или последовательность, которая окажется достаточно могучей и инфекционной, как мы поймем, что это уже пришло?

Вирус – это не живая система, это просто некий генетический закодированный алгоритм, и для того чтобы реализоваться, ему нужно встретить живую систему. В этом, с одной стороны, простота, а с другой стороны, сложность. Если вы создаете что-то искусственное, вы должны предугадать сопряженность этой программы с большим клеточным механизмом. Клетка так устроена, там есть противовирусные системы. В бактериальных клетках описано больше 200 противовирусных систем. Вирус (фаг), попадая в клетку, встречает грозное оружие, его начинают убивать. Поэтому он должен иметь не просто аппарат репликации, чтобы воспроизводиться, он должен иметь систему подавления и ускользания от действия этих систем.

Александр Сергеев:

- И что делать?

Вадим Говорун:

- Это большая проблема. Ядерная индустрия - это все-таки мегаустановки, можно поставить периметр. А проблема биобезопасности в том, что все можно сделать в не очень дорогой лаборатории. И контроля не выработано. В некоторых странах, как в США, пытаются централизовать надзор за синтезируемыми олигонуклеотидными кирпичиками, чтобы, например, кто-то не синтезировал вирус Эбола или какую-то страшную инфекцию. Ситуация в настоящий момент далека от ясности. Это не просто новое направление в биологии, а еще и некая новая эпоха этики, сознания людей, насколько они сами себе не будут вредить. Угроза существенна, вред не одному человеку, даже не городу и не стране, а всему миру может быть такой, что мы просто не успеем отреагировать.

МЫТЬЕ РУК И ВАКЦИНЫ СДЕЛАЛИ НАС СЛАБЕЕ

Мария Баченина:

- Здесь, наверное, нужно идти ноздря в ноздрю и в каком-то обозримом будущем создавать человека с новыми свойствами. Пусть нейросеть генерирует новые вирусы и бактерии, а мы - нового человека?

Мария Баченина

Фото: Михаил ФРОЛОВ.

Вадим Говорун:

- Надо ли модифицировать человека? Во-первых, это запрещено в цивилизованных странах. А во-вторых, то, что мы сейчас имеем, это продукты эволюции, которым много десятков тысяч лет. Чума появилась где-то 15 тысяч лет назад. За это время человечество хотя бы частично выработало у себя иммунитет. И на самом деле раньше люди были гораздо крепче. В том смысле, кто выживал, тот уж выживал. Сейчас, поскольку появилось много средств санитарии, гигиены, вакцинологии и всего прочего, реактивность иммунитета и прочие характеристики, конечно, снизились. Мытье рук, антибиотики, существенно снижают потенции нашего организма. Потому что наш организм, когда придумывался эволюционно, он не знал таких терминов, и мы природой были наделены всеми механизмами защиты.

Александр Сергеев:

- То есть мы эволюционно слабеем?

Вадим Говорун:

- Безусловно. Многие бактерии, которые раньше не представляли никакой угрозы, сейчас людей часто уводят в мир иной. Например, нозокомиальные инфекции (то, что называется внутрибольничными инфекциями) – это, вообще говоря, условно патогенные микробы, часть из них просто почвенные. Pseudomonas aeruginosa (синегнойная палочка) и Acinetobacter – это просто бактерии, которые живут в почве. И люди раньше не обращали на них внимания. Они копались в почве, и ничего с ними не происходило. А они пришли в больницы.

Я не призываю к грязи и к антисанитарии. Я призываю просто к очень разумному подходу. Потому что и антибактериальная политика, и подбор препаратов – очень существенный элемент воздействия на микробы. Микробы же не сами по себе стали резистентными, их сделали. Не совсем отдавая себе отчет, человек создает себе проблемы.

Мария Баченина:

- Как все грустно: получается, наука идет вперед, а человечество продолжает болеть, умирать.

Вадим Говорун:

- Но инфекционных болезней все-таки значительно меньше.

БАКТЕРИИ ИЗ ПОЧВЫ ПРОТИВ АЛЛЕРГИИ

Мария Баченина:

- Да, но нас начинают преследовать другие болезни – аллергии те же.

Вадим Говорун:

- Насчет аллергии я вам расскажу одну интересную историю. Было подмечено, что англичане, живущие, например, около озера Чад в Африке, болеют экземами и дерматитами в 100 раз меньше, чем англичане на Альбионе. И что они стали делать? Им стали подкалывать под кожу, вот этим страдающим экземой, бактерии из почвы. И все проходило. То есть многие наши аутоиммунные процессы – это следствие санитарного подхода.

Мария Баченина:

- А с другой стороны, сейчас говорят, что у нашей популяции, которая переболела ковидом, жизнь будет короче.

Вадим Говорун:

- Французский философ-маргинал 1960-х годов Ги Дебор первым, как считается, выдвинул тезис: политика как спектакль. Борьба с инфекционными заболеваниями тоже стала спектаклем.

Когда был гонконгский грипп (страшная вещь на самом деле, за год умерло 1,2 или 1,4 млн человек) в 1968 году - ну, был и был, он прошел, а на самом деле люди умирали по миру. От ковида умерло около 7 млн человек, но за три года. Это сопоставимые цифры. Научных публикаций по гонконгскому гриппу всего 200 с небольшим. А знаете, сколько по ковиду, причем в научных журналах? 200 с лишним тысяч. И еще около 5 миллионов роликов в YouTube.

Понимаете, избыток информации, особенно непроверенной, плодит страхи и субъективные оценки. Ковид – это случай антропозооноза, когда вирус, находящийся у животных, перескочил на человека, и человек как наивная популяция встретил его в первый раз. Те люди, которые болели коронавирусами (таких не так много), они гораздо легче переносили ковид, потому что были уже определенные клетки памяти, которые включились.

ЗДОРОВОЙ МИКРОБИОТЫ ДОЛЖНО БЫТЬ МНОГО

Александр Сергеев:

- Вадим Маркович, давайте перейдем к защитным функциям нашего организма. Очень интересный вопрос касается микробиоты. Понятно, что в разных клетках человека есть свои иммунные отклики, но в желудочно-кишечном тракте сосредоточена основная масса микроорганизмов, которые нас защищают.

Вадим Говорун:

- И вирусов, кстати, тоже.

Александр Сергеев:

- В последнее время много разных чудесных рассказов, что можно микробиоту менять, подсаживать, модифицировать. Известно, что суммарный геном микросуществ, которые живут в нас, на порядки превышает геном человека. Какие сейчас представления о слаженном функционировании нас с микробиотой?

Вадим Говорун:

- Микробиота – отдельная большая история. Есть попытки врачей определить так называемую нормальную микробиоту. Это не совсем, мне кажется, правильный подход, потому что микробиота каждого конкретного человека настолько индивидуальна и настолько сложна, что лучше ее не трогать, если нет совсем каких-то вычурных жалоб. Почему? Микробиота формируется в течение всей жизни. Она динамична, то есть какие-то бактерии исчезают из поля зрения, какие-то размножаются. Есть несколько правил того, что можно назвать здоровой микробиотой. Это большое разнообразие и большое количество.

Александр Сергеев:

- Большое количество микроорганизмов в микробиоте - сколько клеток в организме?

Вадим Говорун:

- Нет, больше. Они мелкие, поэтому их больше в 10 раз, а генов в 100 раз больше. Это очень разветвленная метаболическая система, с большим количеством иммунологических вызовов для организма.

Александр Сергеев:

- То есть наш паспорт – это не генетический паспорт, а паспорт нашей микробиоты.

Вадим Говорун:

- Да. Об этом заговорили примерно 15 лет назад, стали говорить, что мы – суперорганизм (мы же на все смотрим антропоцентрически). Микробиота – это же не только кишечник, это и кожа, и слизистые. Это сложная сеть, которая взаимодействует с сетью иммунологических клеток. Бактерии выполняют защитные функции и функции синтетические, потому что микробиота кишечника дает нам большое количество полезных веществ: витаминов, аминокислот, серотонин вырабатывается, чтобы стимулировать перистальтику кишечника… Есть связь микробиоты с мозгом, она определяет поведенческие реакции по части аппетита.

У микробиоты очень много функций. Есть практические попытки применения этого знания. Во-первых, пытаются лечить с помощью полезных микробов кишечные заболевания. Во-вторых - заниматься оздоровлением или омоложением организма, увеличивая разнообразие микробиоты. Для этого используются подсадки микробных клеток. Голод, то есть недостаток пищи, очень способствует разнообразию микробиоты. Люди не могут друг с другом договориться, а бактерии, которые живут в одной экосистеме - договариваются.

Что еще очень важно? И почему сложно пока для интерпретации в практике? Очень многое зависит от контекста. Например, один и тот же микроб может быть и полезным, и вредным, все зависит от того, какой, например, пищей индивид, носящий их, в этот день питается. Раньше было модно, чтобы пища не усваивалась, есть трудноперевариваемую клетчатку – отруби, скажем. Если человек питается только этим, появляются специальные бактерии, у которых есть терминальные сахаразы, и они переваривают клетчатку, а потом набрасываются другие собратья. У микробов очень сильны кооперативные взаимоотношения.

ОТ АУТИЗМА ДО АРТРИТА

Мария Баченина:

- Вадим Маркович, этой системой можно ведь управлять?

Вадим Говорун:

- Смотрите, как устроен наш организм - очень рационально. Как я шучу, все вкусовые пристрастия заканчиваются комкованием в ротовой полости. Дальше все это попадает в желудок, где обрабатывается кислотой. Это первый этап дезинфекции. Кислота нужна не только для работы некоторых ферментов и для того, чтобы дезинфицировать комок. В природе же нет такого, что овощи, фрукты или мясо тщательно моют перед едой. Животное ест немытое, и ничего с ним не происходит. У него есть лизоцим в ротовой полости. Но самое главное, все это обволакивается соляной кислотой. И после наступает таинство. Если в желудке еще бактерии есть - пресловутый Helicobacter, который вызывает некоторые заболевания - то в тонкой химической реторте, которой является тонкий кишечник (а это примерно 5-10 метров), все сделано природой очень аккуратно. С обеих сторон стоят два сфинктера, которые создают в тонкой кишке абсолютный анаэробиоз. Это, конечно, не вакуум, но кислорода там нет. Это сделано специально, чтобы не было брожения, не было бактерий, которые нуждаются в кислороде. И чтобы наши ферменты, которые выделяются поджелудочной железой и желудком, спокойно взяли то, что особь съела.

Мария Баченина:

- Я напомню, что именно в этом органе происходит главное всасывание всех необходимых для организма веществ из пищи.

Вадим Говорун:

- И только потом, пройдя два сфинктера, это все попадает в толстую кишку.

Мария Баченина:

- Остаточки.

Вадим Говорун:

- И на этих остаточках вся огромная масса, 1,5 кг бактерий, живет. Она каким-то образом даже влияет на психическое поведение людей.

Мы с 2015 года начали лечить пациентов. Пересадка бактериальных масс – это способ лечения, казалось бы, очень далеких заболеваний. Аутизм – одно из них. Второе – артриты, то есть аутоиммунные заболевания. Можно справляться с диабетом второго типа путем подсаживания бактерии, которая называется Akkermansia muciniphila. Это большая тема, которая сейчас активно двигается к своему терапевтическому применению. Люди пытаются создать так называемую искусственную микробиоту, то есть не брать природные источники, а культивировать их в лаборатории, чтобы потом подсаживать нуждающимся.

ОТКУДА ВСЕ ВЗЯЛОСЬ

Александр Сергеев:

- Вадим Маркович, бактерий много не только в человека, а вообще на Земле…

Вадим Говорун:

- В кишечнике до 500 видов. Всего их 1,5 тысячи суммарно найдено.

Александр Сергеев:

- Если мы всю биомассу на Земле возьмем, бактерии доминируют?

Вадим Говорун:

- Думаю, да.

Александр Сергеев:

- Эволюционно бактерии старше человека. Откуда все взялось? Кто самый старший из них – археи, бактерии, вирусы?

Вадим Говорун:

- Это сложный вопрос. Я вообще сторонник панспермии. Если человечество научится создавать клетки, то мы поймем гораздо больше. Собственно, это одна из целей синтетической биологии - понять, как все получилось.

Александр Сергеев:

- То есть исследования по синтетической биологии – это и познание того, как зародилась жизнь?

Вадим Говорун:

- Конечно.

СЛУШАЙТЕ ТАКЖЕ

Иисус Христос действительно ходил по воде. Теперь это научно доказано