Гены всего живого на Земле – один гигантский комплекс

Профессор Виктор Тец, заведующий кафедрой микробиологии, вирусологии и иммунологии Санкт-Петербургского государственного медицинского университета им. академика И.П. Павлова, – один из ведущих российских специалистов в области микробиологии и молекулярной генетики. Вдвоем с сыном они разработали теорию пангенома, которая способна помочь совершить революцию в медицине.

– Виктор Вениаминович, бактерии играют огромную роль в жизни ноосферы. А какова их роль в жизни человека?

– Все живые существа образовались из бактерий. Археи (организмы, внешне похожие на бактерии) и бактерии, объединившись, создали клетки, которые мы сегодня называем клетками животных и человека. В ходе эволюции микробы не только создали другие живые существа, но и поставили их в полную зависимость от себя. Все живые существа имеют свою микрофлору. Например, жвачные могут переваривать клетчатку только с помощью определенных микробов, живущих у них в желудке. Человек, глядя на себя в зеркало, не задумывается, как выглядит его микрофлора, а зря. Ведь примерно от 3 до 5 килограммов массы нашего тела – нормальная микрофлора. Если ее убрать, человек погибнет. Без нее у нас не будет ни витаминов, ни иммунитета, ни защиты от собственных раковых клеток и от микробов внешнего мира. Пока еще степень зависимости человека от микробов науке не вполне понятна. Известно, что наши бактерии сами вырабатывают гормоны, витамины, факторы роста, мутагены, антибиотики, которыми мы пользуемся. С другой стороны, сами микробы пользуются нашими гормонами, которые включают и выключают у них гены…

– Почему же тогда нас то и дело призывают лечить дисбактериоз?

– Это рекламный трюк. В широком бытовом смысле дисбактериоз не распространен. Наша микрофлора чрезвычайно устойчива. Все наши микробы находятся в особых сообществах – биопленках, куда почти не проникают лекарства. После 10-дневного лечения антибиотиками нормальная микрофлора человека через три дня восстанавливается сама. Чужими микробами свою не заменишь. Кстати, нашу микрофлору мы получаем от родителей, и она находится с нами всю жизнь. У каждого есть генетическая предрасположенность к тому, чтобы в нас жили определенные микробы. То есть наша микрофлора – это родовая, генетическая черта, и по ней со временем можно будет выявлять родственников и строить генеалогическое древо.

– Наша микрофлора меняется, когда мы вступаем в контакт с другими людьми?

– Да, но только в малой части. В основном между бактериями происходит генетическая рекомбинация. В результате что-то меняется, но суть остается прежней. Например, уже сейчас по генам геликобактерий определяют, откуда человек родом на протяжении более 50 тысяч лет! Так и существуют вместе два вроде бы противоположных процесса: сохранение постоянства и изменчивость. Природа пытается сохранять виды живых существ и в то же время дает им возможность приспособиться к изменяющемуся миру. Свойств, которые микробы приобрели в ходе эволюции, огромное количество. Всю информацию о них микробы сохраняют, постоянно совершенствуют и распространяют. А спорообразующие микробы и фактически «неживые» вирусы являются аккумуляторами самого длительного хранения генетической информации.

Для систематизации и удобства изучения изменчивости мы вместе с Георгием – специалистом в области генетики микроорганизмов – сформулировали теорию пангенома, которая рассматривает гены всех живых существ на Земле как один гигантский комплекс, части которого существуют и изменяются в разных условиях, но тем не менее связаны между собой. Действительно, жизнь даже у долгоживущих организмов конечна. Все рано или поздно погибают, клетки распадаются, и их ДНК становится добычей микробов. При этом некоторые из микробов могут встраивать захваченные гены в свои хромосомы и сохранять. Они эволюционируют сами, хранят и используют эти чужие гены, закладывают их в споры и передают многоклеточным организмам.

Уже доказано, что бактерии могут передавать свои гены сложноустроенным организмам животных и растений. Иногда это приводит к болезням или, наоборот, к эволюции. Кроме того, вирусы непрерывно передают гены между организмами. То есть реально мы существуем в потоке генов. Гены постоянно передаются между бактериями, растениями, животными, людьми. Мы постепенно распространяем свои гены в окружающую среду, она, в свою очередь, какие-то предоставляет нам. Иногда складывается впечатление, что все живые существа на Земле – это оболочки для выработки новых генов.

– Какие выводы позволила вам сделать теория пангенома?

– Эта теория дала нам возможность понять, что, если в определенных условиях вмешаться в передачу генетической информации, то можно повлиять на болезни человека и даже найти новые способы продления жизни. Мы сформулировали идею направленного воздействия на ДНК. Например, разрушая внеклеточную ДНК в организме человека больного раком, можно затормозить развитие опухоли, образование метастазов и улучшить общее состояние пациента. Кроме того, можно нарушить контакты между бактериями и лечить инфекции, с которыми пока не удается справиться. Дело в том, что бактерии и грибы образуют биопленки, куда антибиотики не способны проникнуть. Когда мы воздействуем на внеклеточную ДНК, эти биопленки становятся «прозрачными» для антибиотиков.

Теория пангенома прослеживает связь изменчивости и продолжительности жизни каждого организма. Например, если считать, что главная биологическая цель любого организма совершенствовать геном, создавать новые комбинации генов, тогда понятно, почему распространены онкологические заболевания и почему они чаще всего смертельны.

– Какое же это совершенствование, если оно ведет к смерти организма?

– Это с точки зрения человека, а с позиции пангенома все не так: организм создал какой-то особый ген, выполнил свою биологическую функцию и теперь ему надо быстро погибнуть и отправить эту информацию в окружающий мир, с тем чтобы там ее попробовали усвоить, растиражировать и передать другим организмам.

Оказалось, живые и погибшие организмы освобождают в окружающий мир огромное количество внеклеточной ДНК – молекулы, на которой записано, как устроена жизнь. Только в донных отложениях океана количество свободной ДНК измеряется гигатоннами. Одна из основных целей ДНК, выделившейся в окружающий мир, – перераспределение генетической информации. Нарушая передачу генетической информации, можно влиять на какие-то процессы. Этим мы сейчас и занимаемся.

– Значит, стоит научиться управлять бактериями и ни одна болезнь человеку станет не страшна?

– Похоже, что так. Уже доказано, что подавляющее число болезней вызвано микробами, в том числе атеросклероз, психозы, шизофрения, рак и даже скорость старения. Если есть болезнь, причина которой неизвестна, то просто пока не выявлен нужный микроб.

Понятно, что у каждого человека своя генетически определенная микрофлора и своя предрасположенность к болезням. И это тоже путь для индивидуальных способов профилактики и лечения людей. К сожалению, пока мы умеем выращивать из нормальной микрофлоры не более 5 процентов микробов. Классическая микробиология строилась на выделении чистой культуры, то есть попытке получить один микроб. Однако оказалось, что большая часть микробов зависят друг от друга, и они могут жить только вместе, а мы не можем им предложить подходящих условий для жизни и роста в лабораторных условиях. На вопрос, как выращивать и изучать такие бактерии, ответ пока не найден. Думаю, в обозримом будущем мы научимся выявлять вредные гены внутри бактерий и во внеклеточной ДНК, а значит, и лечить опасные болезни. Дальше – дело техники. Специалисты разных стран придумают аппаратуру и технические условия для этого. Наука интернациональна, и это тоже своего рода пангеном – все перераспределяется.

СПРАВКА
Микробы живут в земле и размножаются даже на 10-километровой глубине. Правда, некоторые размножаются очень медленно. Делятся они раз в 1500 лет и живут до 75 тысяч лет. Если вспомнить, что человек появился на Земле около 100 тысяч лет назад, то выходит, что иные сейчас живые бактерии появились на свет еще на заре человечества.

Микробы живут при давлении в тысячи атмосфер, температуре выше 300°С, в условиях высокой радиации. Число бактерий на Земле не поддается реальной оценке. Биомасса всех живых существ на суше и в воде составляет лишь третью часть биомассы микробов, живущих в толще нашей планеты.

Не нашли подходящую информацию? Не беда! Воспользуйтесь поиском на сайте в верхнем правом углу.