Общество
«Гены всего живого на Земле – один гигантский комплекс»
18 ноября
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 – 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.
Интервью взяла Ольга Медведева
– 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 – 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.
Интервью взяла Ольга Медведева
