Тёмные лошадки в мире человеческого микробиома
Первое, за что взялись микробиологи, заполучив в свои руки молекулярные методы, — это исследование разнообразия микробов, населяющих человеческое тело. До этого учёные были ограничены прихотливостью большинства микроорганизмов, многие из которых просто не желали расти в условиях, которые могли для них создать. После того как биологи стали обнаруживать не принадлежащие к известным видам последовательности ДНК в образцах, стало ясно, что в лабораторных условиях удаётся выращивать лишь 1% всех микроорганизмов. Новые методы, не привязанные к получению культур, позволили глубже изучить «внутренний мир» человека: так, в нашем организме обнаружили необычных обитателей — архей, которых прежде исследователи встречали лишь в экстремальных природных условиях.
Человек, далёкий от биологии, скорее всего, знает о существовании бактерий, но вряд ли слышал об археях. А между тем наряду с бактериями и эукариотами археи представляют собой третий домен жизни, третью самую крупную группировку живых организмов. Внешне они во многом напоминают бактерий, но некоторые черты роднят их с эукариотами или же вовсе уникальны. На молекулярном уровне археи отличаются от бактерий так же сильно, как бактерии — от нас. Само их название намекает на раннее происхождение. Это самые древние из ныне живущих организмов, но в отдельную группу они были выделены последними — всего 40 лет назад. Прежде представителей архей относили к бактериям, и лишь американский биофизик Карл Вёзе смог убедительно показать, что они достаточно далеко эволюционно отстоят друг от друга.
Впервые архей обнаружили в вулканических горячих источниках, и долгое время считалось, что они могут существовать только в экстремальных средах обитания с высокой температурой и повышенной кислотностью. Сегодня они известны как большая и разнообразная группа, широко распространённая в природе, — их стали обнаруживать во многих местах, например, в почве или на коже человека. Метанобразующие археи (они же метаногены) населяют желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) травоядных животных. В рубце жвачных или в кишечнике термитов различные бактерии разлагают целлюлозу, образуя водород в качестве побочного продукта, а метаногены превращают водород и углекислый газ в метан, который затем выделяется из пищеварительного тракта их хозяев. Есть гипотеза, что если бы этого процесса не было, накопление водорода в пищеварительном тракте влияло бы на равновесие в реакции разложения целлюлозы и она разлагалась бы медленнее. В последнее время метаногенных архей находят во всё большем числе видов животных.
Однако это не единственный пример архей, сожительствующих с животными. Например, архей также удалось обнаружить внутри морских губок. Причём один и тот же вид архей находили во многих образцах губок, то есть такая ассоциация довольно устойчива, хотя на данный момент их роль в этом союзе не совсем ясна. Архей разных групп удалось определить и на нескольких видах кораллов. Но несмотря на то, что этим открытиям уже больше десятка лет, роль данных организмов в большинстве симбиозов неясна. Тот факт, что они составляют значительную часть микробного сообщества внутри организма хозяина, указывает на их важную роль, но подробности таких союзов пока неизвестны.
Как же обстоят дела с изучением архей, обитающих в человеческом теле?
В 2007 году стартовал проект «Микробиом человека», который был создан, чтобы охарактеризовать все микробные сообщества в человеческом теле и прояснить роль бактерий, грибов и простейших в различных патологических состояниях.
И вот, когда исследователи принялись за метагеном различных сообществ тела человека, оказалось, что большое разнообразие архей можно обнаружить и там. Но какова же их роль? Это случайные пассажиры или для архей тело человека действительно одно из их местообитаний? На этот вопрос однозначного ответа нет до сих пор. Да, учёным достоверно известно, что археи составляют значительную часть нашего микробиома, но их почти всегда упускают из виду при изучении различных патологий. Дело в том, что на данный момент нет стандартных протоколов обнаружения архей, поэтому справочные базы данных по ним не полны, и выделение и установление последовательности ДНК происходят с большими трудностями.