Чтение онлайн

В 2013 году в журнале Science было опубликовано еще одно интересное исследование [290] — о роли микрофлоры кишечника в ожирении. Исследователи брали однояйцовых (генетически идентичных) близнецов, один из которых страдал ожирением, а другой — нет. Мыши, которым пересаживали кишечную микрофлору от людей с ожирением, начинали набирать лишний вес, но пересадка кишечной микрофлоры от худых людей такого действия не оказывала. Сравнивая метагеномы мышей, которые набирали вес, и метагеномы мышей, которые его не набирали, можно понять, какие именно микробы способствуют ожирению, чтобы потом разрабатывать препараты для похудения. Это могут быть пробиотики — препараты, привносящие «хороших» микробов, замещающих собой плохих, или антибиотики, направленные против конкретных вредных микробов. Сам Мечников писал о пользе кисломолочных продуктов, содержащих лактобактерии. Он считал, что молочная кислота, выделяемая лактобактериями, создает кислую среду в кишечнике и подавляет развитие вредных бактерий. Впрочем, далеко не про всех бактерий на данный момент до конца ясно, вредны они или нет, а идея о пользе кефира может оказаться преувеличенной. С другой стороны, известно, что лактобактерии полезны, когда живут (и создают кислую среду) во влагалище, защищая его от урогенитальных инфекций [291] .

Но даже если среди существующих микроорганизмов, способных жить в нашем кишечнике, мы не найдем достаточно полезных, мы всегда можем их создать! В 2014 году были опубликованы результаты исследований на мышах, которых кормили генетически модифицированной кишечной палочкой, производящей N-ацилфосфатидилэтаноламины. Вещества эти являются предшественниками N-ацетилэтаноламидов, которые производятся в тонкой кишке после приема пищи и сигнализируют организму о насыщении. Мыши, употреблявшие генетически модифицированных бактерий вместе с питьевой водой, воздерживались от чрезмерного потребления пищи и, как следствие, меньше страдали от ожирения и иных негативных последствий переедания [13] . Так ГМ бактерии могут помочь в борьбе с лишним весом!

Исследовательский подход с использованием метагеномного анализа применим к изучению не только ожирения, но и многих других процессов, связанных с микробами. Например, в нашей исследовательской группе посредством метагеномного анализа [292] мы изучаем отличия в составе микрофлоры поверхности здорового человеческого глаза и глаза с бактериальным кератитом, чтобы помочь врачам с выбором антибиотиков. Появляются работы, указывающие на то, что некоторые микробы, живущие в кишечнике, способны оказывать воздействие на нервную систему [293] , влиять на наше настроение, самочувствие, например вызывать депрессию или тревогу [294] , и сказываться на нашем поведении [295] . Это навело меня и некоторых моих коллег на мысль, что микробы могут склонять людей и к выполнению некоторых более сложных действий. Вдаваться в детали этой гипотезы я не буду, но предлагаю желающим найти и прочитать статью «Могут ли микробы вызывать пристрастие к религиозным ритуалам? Мидихлорианы: гипотеза биомемов» [296] .

Кроме того, выдвигаются гипотезы о связи некоторых нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, с распространением патогенных микроорганизмов, производящих нейротоксины в кишечнике [297] [298] . Воздействовать на наш мозг микробы способны либо напрямую, выделяя химические вещества, проходящие через гематоэнцефалический барьер (физиологический барьер между кровеносной и центральной нервной системой), либо опосредованно, воздействуя на нервные клетки, расположенные в самом кишечнике. Соответственно, изменив микрофлору кишечника, мы можем устранить причину некоторых заболеваний. В этом ключе соблазнительна идея использования генной инженерии для создания новых симбиотических бактерий, оптимально приспособленных для мирного сосуществования с людьми.

Метагеномика имеет интересные сферы применения на стыке науки и теологии. Предлагаю такой проект: «Теология и метагеном древних еврейских экскрементов». Дело в том, что в иудаизме есть термин «кашрут», означающий дозволенность или пригодность чего-либо с точки зрения иудейского права. В частности, пища бывает кошерная, которую разрешено есть, и некошерная, которую есть нельзя. Но существует одна проблема: отдельные названия библейских животных, вероятно, изменили значение, и никто точно не знает, что означали некоторые древние слова. Например, «анака», «летаа», «хомет», «тиншемет», «харгол», «хагав», «солам», означающие что-то кошерное. Насчет одних имеются определенные догадки, насчет других есть сомнения, но если бы нам удалось точно узнать, какие животные считались кошерными пару тысяч лет назад, мы бы обогатили рацион современных евреев. Пусть это и будут ящерицы, саранча или что-то в этом духе.

Второзаконие (23:12–13) предписывало древним евреям закапывать свои фекалии. «У вас должно быть место вне стана, куда вы могли бы выходить по нужде. Каждый должен иметь при себе лопатку, чтобы, присев там, вырыть ямку, а потом закопать нечистоты». Следовательно, нужно найти подобные древние захоронения, выкопать их и провести анализ ДНК. Разумеется, такое исследование рискует столкнуться с рядом проблем. Сохранится ли ДНК? Как понять, что найденный нужник — еврейский? Как распознать загрязнения образцов чужеродной ДНК? Тут есть о чем подумать! Отдельный интересный вопрос: отличается ли метагеном людей, употребляющих исключительно кошерную пищу?

Если говорить об уже проведенных исследованиях на стыке науки геномики и теологии, упоминания заслуживает история про Кумранские рукописи. Кумран — местность примерно в двух километрах от побережья Мертвого моря. В период с 1946 по 1956 год в Кумранских пещерах было найдено несколько сотен текстов, датированных последними веками до нашей эры — первыми веками нашей эры, представляющих исторический, религиозный и лингвистический интерес. В частности, среди них имеются тексты, соответствующие древним библейским канонам. Некоторые записи были сделаны на шкурах животных, и при помощи анализа ДНК удалось выяснить, какие фрагменты принадлежат одной рукописи. Кроме того, анализ ДНК позволил установить виды животных, чьи шкуры были использованы. В древности шкуры имели разную цену и значимость, что позволяет определить, какие из текстов считались самыми важными.

Но все-таки основная задача геномики — установить последовательности генов и разобраться в том, как они работают, чтобы мы потом могли успешно заниматься генной инженерией, исправлять генетические дефекты человека и создавать новые организмы. Для того чтобы понять, как повлияет на организм то или иное изменение его генома, полезно иметь представление о разнообразии генов уже существующих живых организмов, и именно это становится возможным благодаря современным методам чтения ДНК.

Открытие генов светочувствительных ионных каналов из водорослей позволило создать нервные клетки, реагирующие на освещение, открытие ДНК-полимеразы из термофильных бактерий сделало возможным полимеразную цепную реакцию — один из важнейших методов молекулярной биологии. Кто знает, какие еще удивительные гены мы обнаружим в природе и как они изменят наш арсенал биотехнологий?

Попытайтесь догадаться, чем занимается человек, которого я сейчас опишу, учитывая, что его история основана на реальных событиях. Наш герой находился в городе на берегу океана, где он зашел в магазин, чтобы купить пачку презервативов и детектор поддельных банкнот. Обе покупки понадобились ему только ночью, когда он в кромешной темноте находился на яхте недалеко от берега. Вскоре на яхту взошел береговой патруль, чтобы проверить документы таинственной личности в связи с весьма подозрительной активностью оной и ее подельников. Документы оказались в порядке, и патрульные удалились восвояси. Назовем этого человека Доктором М.

Вы удивитесь, но Доктор М — молекулярный биолог, университетский профессор. Он ныряет под воду с аквалангом в поисках кораллов. Эти родственники медуз флуоресцируют при свете герметично упакованного в презерватив детектора валют. Из полученных образцов Доктор М выделяет ДНК, чтобы потом открыть новые гены флуоресцентных белков. Иногда, прежде чем прочитать ДНК, нужно ее поймать! В этом амплуа Доктор М выступает как настоящий «мокрый» биолог. Так на жаргоне называют ученых-экспериментаторов, противопоставляя их «сухим» биологам — теоретикам и биоинформатикам, которые работают с готовыми данными.

Чайники для полимеразной цепной реакции, презервативы и ультрафиолетовые лампы — это далеко не все подручные средства, помогающие двигать науку вперед. Рассмотрим способ выделения ДНК, для использования на кухне или в баре, в процессе которого получается неплохой побочный продукт — съедобный алкогольный коктейль. Выделять ДНК мы будем из клубники. Культивируемая клубника Fragana ananassa приятна на вкус, и в то же время в ней немало ДНК. Размер генома клубники составляет 720 миллионов нуклеотидов [299] , при этом Fragana ananassa октоплоидная: каждая из семи хромосом представлена в клетках восемью копиями. Клубнику нужно поместить в морозилку, чтобы кристаллизация воды при образовании льда привела к разрушению клеток, а затем разморозить, чтобы содержимое клеток вытекло наружу.