Інформація призначена тільки для фахівців сфери охорони здоров'я, осіб,
які мають вищу або середню спеціальну медичну освіту.


Підтвердіть, що Ви є фахівцем у сфері охорони здоров'я.

 

"News of medicine and pharmacy" 7 (409) 2012

Back to issue

Кто ты есть, человек?

Authors: И.В. Богадельников, профессор, Крымский государственный медицинский университет им. С.И. Георгиевского, г. Симферополь

print version

С момента становления Homo sapiens как вида человека не перестает интересовать вопроc: «Кто я есть?» Единого философского определения человека и сущности его природы не существует. Но уже само определение «человек разумный» свидетельствует о наличии очевидной и отличающей его от других биологических существ черте. Это различие, начиная с Античности и до наших дней, ласкает слух и поднимает человека в его воображении все выше и выше. Такое восприятие человека как существа, состоящего из материального (тело) и духовного (душа), мы находим еще в работах античных мыслителей Платона и Аристотеля [80, 81, 83, 84]. В дальнейшем, в философии Нового времени Декартом [79, 82] и другими мыслителями уже постулируются такие понятия, как индивидуальность, самосознание, мышление, рассматривающиеся как достоверные свидетельства подтверждения человеческого существования. При этом разум становится главной чертой, определяющей человека: «Я мыслю, значит, я существую» (лат. Cogito еrgo sum).

 

Лечение совсем не ново —
И чтоб сказал ослепший: «Зрю!»,
Опять один слепой другого
Приводит прямо к алтарю.

Проф. Константин Александрович Ефетов
(из книги «Прислушиваясь к великим», 2011)

 

Сущность человека у Аристотеля — это те из его свойств, которые нельзя изменить, чтобы он не перестал быть самим собой [78, 84].

Все попытки причислить к основным характеристикам человека какие-либо другие биологические особенности высмеивались. Существует легенда, согласно которой Диоген Синопский в ответ на определение Платона «Человек есть животное о двух ногах, лишенное перьев», ощипал курицу и принес к нему в школу, объявив: «Вот платоновский человек!» На что Платон к своему определению человека вынужден был добавить «…и с широкими ногтями» [29]. (Я с некоторой тревогой, но и с большим интересом ожидаю реакции возможных оппонентов, дочитавших статью до конца.)

В большинстве философских и толковых словарей, с небольшой долей различия, человек трактуется как существо, воплощающее высшую ступень развития жизни, субъект общественно-исторической деятельности, который наделен сознанием, речью, способностью трудиться, создавать ценности.

При этом сам человек воспринимает себя как единую целостную структуру, в которой составляющие его части (молекулы, хромосомы, геном, клетки, ткани и органы) объединены между собой и не могут существовать одна без другой. Все вместе они представляют собой плотскую часть человеческого организма и могут считаться человеком только условно. Под термином «человек» понимается не просто набор клеток и тканей, отформатированных в виде определенной конфигурации биологического объекта. Он должен быть живым, динамично развиваться, обладать способностями мыслить, говорить и трудиться. Общепризнано, что эти особенности отличают человека от животного [85].

Именно эти качества дали основание человеку считать себя вершиной эволюции живой природы. И если смотреть на мир глазами самого человека, то это действительно так. Подтверждением заслуг человека как Homo sapiens являются огромные технологические, производственные, научные, литературные, художественные и другие достижения, обусловленные прежде всего мыслительными способностями человека. Но тем не менее в этом высокомерном мнении о себе очень много необъективного. Ведь если взглянуть на человека со стороны или сравнить его с представителями животного мира, то в человеческой природе можно увидеть много слабых мест. Так, по сравнению с братьями нашими меньшими зрение и обоняние человека не в состоянии воспринять и сотой доли окружающих нас электромагнитных колебаний, а некоторые сигналы и запахи в природе мы вообще не ощущаем, у человека низкая плодовитость, относительно короткий период жизни (Дж. Уотсон). Еще Гомер по этому поводу говорил, что «меж всевозможных существ, которые дышат и ходят, здесь, на нашей земле, человек наиболее жалок» [40].

Более того, сравнительно недавно оказалось, что человек не может существовать, то есть быть тем, что понимают под термином «человек», без микроорганизмов, несмотря на существенные отличия, имеющиеся между человеком и микроорганизмами. Без мозга быть человеком можно (не в бытовом, а в медицинском значении — рожденные с анэнцефалией, атрофия мозга в результате болезни). Однако до сих пор многие считают, что бактерии — это примитивные одноклеточные организмы и человеческий организм вполне может обходиться без них.

Рассмотрим, насколько верны эти  утверждения.

Прежде всего обратим внимание на ключевой вопрос, касающийся всего живого, — вопрос о продолжительности жизни. Продолжительность жизни человека практически составляет от 50 до 85, а теоретически возможна до 120 — 160 лет. Воспроизводство отдельной особи занимает 9 месяцев, т.е. для смены одного поколения необходимо в среднем 50 лет. Скорость же размножения микроорганизмов велика и составляет в среднем 15–30 минут. Бактерии размножаются делением, вирусы реплицируются, используя ферментный аппарат клетки хозяина. Причем процесс размножения не имеет ограничений ни во времени, ни в пространстве и является, по сути, бесконечным, а микроорганизмы, следовательно, бессмертными.

Методы исследования генного аппарата человека позволили установить, что возраст современного человека равен  200 тыс. лет, отсчитывая с момента его появления в Африке [77, 78], а сегодняшний Homo sapiens насчитывает всего  30 тыс. лет. Тогда как самые древние микроорганизмы насчитывают более  3,4 миллиарда лет [79]. Если учесть скорость их размножения, то трудно даже себе представить, какой большой эволюционный путь прошли микроорганизмы, какой тщательный был отбор и сколько переработано информации.

Еще более поразительны количественные взаимоотношения между человеком и микроорганизмами. На сегодняшний день убедительно доказано, что общая численность микроорганизмов в организме человека достигает 1014–1015 микробных клеток, что на 1–2 порядка больше, чем клеток человеческого организма. Некоторые авторы считают, что на каждую соматическую клетку приходится даже до 1000 клеток-симбионтов [33].

Вся нормальная микрофлора организма человека подразделена на резидентную (постоянную), составляющую почти 90 % от присутствующих в организме микробов, факультативную, которая составляет около 9,5 %, и транзиторную (случайную) — ее количество не превышает 0,5 % [7].

Распределение в организме этого огромного количества микробов неравномерно. Выделяют несколько основных биотопов (мест жизни и наибольшего скопления бактерий).

Наиболее заселенным биотопом является желудочно-кишечный тракт, особенно толстая кишка, на долю которой приходится до 60 % всей микрофлоры, 15–16 % обитает в верхних дыхательных путях, 15–20 % микробов заселяют кожные покровы, в вагинальном биотопе у женщин содержится 9–10 % микроорганизмов [50]. Эти количества, по данным отдельных авторов, могут незначительно колебаться, но общая структура остается постоянной. Сегодня общепринято все микробное сообщество называть микробиотой.

На рубеже XХI века были установлены многочисленные взаимосвязи между различными функциями организма и микробами, а также системные и локальные реакции, вызываемые как самими микробами, так и их метаболитами [5, 47, 49, 56]. Эти взаимосвязи включают в себя, по сути, все реакции, обеспечивающие жизнь человека.

Подтверждением этих данных явились результаты исследований гнобиотических животных. Так, оказалось, что у безмикробных животных в кишечнике истончена собственная пластинка (Lamina propria), снижена митотическая активность энтероцитов и скорость их миграции по микроворсинкам, что значительно снижает обменные процессы и уменьшает основной обмен на 25 %. Кроме того, у таких животных под воздействием катехоламинов развивается ареактивность гладкой мускулатуры сосудов и кишечника, возникает мышечная гипотония, снижается ударный объем сердца, уменьшается количество лейкоцитов и лимфоцитов в периферической крови, нарушаются функции гипофиза, надпочечников, созревание ретикулоэндотелиальной ткани, снижаются фагоцитарная активность лейкоцитов, а также активность лизоцима, системы комплемента [2].

В итоге все эти изменения приводят к нежизнеспособности безмикробных животных и их гибели. Да и человек не может жить без эндогенной микрофлоры, тогда как микроорганизмы существовали миллиарды лет до появления человека и могут легко обходиться без него за счет своей способности быстро осваивать новые экологические ниши [50].

Вместе с тем невозможность жизни без бактерий, их огромная масса, образуемая ежедневно, связь с многочисленными функциями организма, участие в обменных и других процессах, происходящих в организме с обязательным участием микробов, заставили изменить традиционные представления о бактериях как о строго одноклеточных организмах. Оказалось, что в природных местах обитания микробы существуют в виде биопленок, цепочек, матов и микроколоний и при этом ведут себя не так, как каждый микроб по отдельности в культуральной среде [22, 48, 50, 52]. Особенно интенсивно эти представления стали изучаться, когда было выявлено, что микробные колонии (сообщества) представляют собой целостные структуры, обладающие новыми свойствами и способные не только обеспечивать жизнедеятельность и выступать как невидимый орган человеческого организма [9, 41, 45], но и регулировать свои поведенческие реакции [12, 22].

Так, еще И.Д. Иерусалимский (1952), а позже и другие ученые стали рассматривать микробные колонии как «пространственно-временной континуум», который предоставляет составляющим его клеткам ряд преимуществ: повышенную устойчивость к антибактериальным препаратам, более эффективное использование питательных субстратов [36, 69].

Дальнейшие исследования показали, что микробное сообщество имеет не только свою форму и структуру, но и возможность влиять на организованное поступление питательных веществ, создавать благоприятные условия для эффективного протекания обменных процессов, обмениваться информацией и другими функциями, что свидетельствует о сложной организации микробиоты.

Состав, форма и структура микробных колоний также неоднозначны. Анализируя видовой, численный состав и инфраструктуру микроорганизмов, населяющих кишечник, исследователи сформулировали три основных положения [2, 3]:

 

1. Общее число видов микроорганизмов составляет более 600 (некоторые авторы указывают цифру более 1000).

2. К основным микроорганизмам, по их патогенетической сущности, следует отнести род бифидобактерий и семейство бактероидов.

3. Отношение анаэробов к аэробам в норме постоянно и составляет 10 : 1, в зависимости от биотопа.

 

Причем облигатных и факультативных анаэробов всегда на порядок больше, чем аэробов, как в анаэробных органах (толстая кишка), так и на кожных покровах. Это связано с тем, что в области, непосредственно прилегающей к эпителию, всегда поддерживается отрицательный потенциал, а кислород и его токсические метаболиты в этой зоне в норме отсутствуют.

Именно этим объясняется и «этажность» расселения различных видов бактерий: в непосредственном адгезивном контакте с эпителием находятся строгие анаэробы (бифидобактерии, бактероиды), далее располагаются факультативные анаэробы и еще дальше — аэробы.

Но все эти микробы существуют не сами по себе, а вместе с эпителиоцитами кишечной стенки составляют единый микробно-тканевый комплекс, в который входят микроколонии бактерий и их метаболитов, слизь (муцин), эпителиальные клетки слизистой оболочки и гликокаликс, клетки стромы слизистой оболочки (фибробласты, лейкоциты, нейроэндокринные клетки и др.). Этот комплекс и представляет собой биопленку, которая не только имеет огромную площадь, но и характеризуется удивительной многофункциональностью [21, 26, 27, 48, 52, 59]. Не менее важным является положение о том, что особую прочность системе «микробиота — человек» придает то обстоятельство, что, по данным молекулярно-генетических исследований, состав микрофлоры генетически связан внутри биопленки и строго специфичен на штаммовом уровне для каждого индивидуума. Это очень прочная система, в которую нельзя внедрить чужеродный штамм [26]. Считают, что микробиота каждого конкретного человека индивидуально специ- фична, генетически детерминирована и, видимо, наследуема [46].

Кроме указанной выше микрофлоры выделяют еще полостную, состав которой очень изменчив и зависит от скорости поступления пищевых субстратов. Именно эта микрофлора и формирует фекальную массу. К сожалению, большинство врачей и научных работников отождествляют с микробиотой не строгое и сложнообразованное структурное сообщество микро- организмов, соединенное между собой и покрывающее все слизистые и кожу (как рука в перчатке), весь человеческий организм, а то, от чего ежедневно освобождается человек (отходы, шлаки, в том числе и отработанные, потерявшие свою активность и значимость для организма различные фекальные микро- организмы), носящее суммарное название «фекалии». Бактериологическое исследование фекальной микрофлоры и в малой степени не отражает процессов, происходящих не только в биопленке, но и в самих фекалиях [4, 18, 48], а сами бактериологические исследования кала, по мнению авторитетных ученых, представляют собой «дорогостоящее… трудоемкое исследование с невысокой (если не с нулевой) отдачей» [18] (выделено мною. —  И.Б.). Но, извращенная и устойчивая микробиологическая эйфория в нашем сообществе, относительная простота метода бактериологического исследования фекалий и мода на этот вид обследования, его прибыльность (еще Веспасиан считал, что деньги не пахнут), несмотря на низкую информативность (из более чем 600 видов определяют только 10–15), заставляют повсеместно искать именно в фекалиях причину всех бед человечества. И это происходит, несмотря на наличие разработанных современных методов исследования пристеночной микрофлоры (метод газовой хроматографии в сочетании с масс-спектрометрией [27, 28].

Что касается колонии микроорганизмов, то для нее характерна морфологическая и физиологическая гетерогенность входящих в ее состав клеток, в результате чего она выглядит сложенной как бы из нескольких слоев (тканей). Это показано, в частности, у шигелл и у голодавших в течение 3–6 месяцев бактерий Micrococcus luteus, что проявлялось одновременным наличием в популяции живых (активно делящихся), покоящихся и нежизнеспособных клеток [36, 42].

Помимо гетерогенности, в микробной колонии имеет место вертикальная слоистость и горизонтальное разделение на зоны (секторальные и концентрические). Вертикальная слоистость в три слоя была выявлена в колонии Esсherichia coli [70] и Shigella flexeri [16], причем клетки в слоях различались между собой как по морфологическим, так и по биохимическим признакам [70]. Помимо слоев, в колониях установлены воздухоносные микрополости, частично пересеченные «балками» из клеточных тканей, открытыми каналами, часто заполненными водой. Наличие таких структур напоминает «циркуляторные системы», по которым в колонию поступают питательные субстраты и удаляются продукты метаболизма [55].

В некоторых колониях бактерий (Alcaligenes sp., штамм d2) обнаружены аналоги дыхательной системы [13] в виде «газовых баллонов», окруженных свое- образной «мембраной» и содержащих внеклеточные гемопротеины.

Выше уже говорилось о делении колоний на концентрические секторы, содержащие генетически различающиеся клоны, что подтверждается их разной окраской, концентрацией, формой, скоростью роста, активностью ферментов и другими параметрами. Концентрические зоны соответствуют различным этапам программ индивидуального развития клеток и выявлены у E.сoli [8].

Интересной оказалась реакция колонии и на возможные препятствия. Так, если на пути распространяющейся бактериальной колонии создать механическое препятствие (были установлены стеклянные волокна), то происходит лишь локальное изменение в соответствующих концентрических кольцах, которые не теряют своей непрерывности [72].

В то же время немеханическое препятствие (помещение E.сoli с поврежденным геном, например, ДНК-полимеразы) приводит к тому, что через 2–4 дня колонии-мутанты становятся морфологически не отличимы от нормальных колоний [70].

То есть по мере развития колонии имеется тенденция к все большей синхронизации поведения отдельных клеток со все более совершенной циркулярной симметрией колонии в целом, вопреки возникновению препятствующих факторов [74]. Причем более старым клеткам колонии в этом отводится ведущая роль [36].

Важным моментом функционирования микробной колонии является также образование единого биополимерного матрикса. Это происходит путем слияния индивидуальных наружных клеточных покровов (капсул, экстрацеллюлярной слизи и др.), а также кислых полисахаридов, гликозилфосфатсодержащих биополимеров, гликопротеинов и др. [59]. Такой матрикс включает в себя фибриллярные элементы и сиаловые кислоты [35].

Роль матрикса заключается прежде всего в структурообразующей функции (известно, что колония состоит не из отдельных клеток, а из субколониальных ассоциаций, включая и другие образования, например полые трубочки из внеклеточных полисахаридов и других биополимеров) [30], а также в защитной (протекторной) функции, которая состоит в том, что матрикс выступает как буферная внутренняя среда колонии, предохраняющая ее от неблагоприятных воздействий (физических — высыхание, нагревание, охлаждение; химических — гидролитические ферменты и др.), и коммуникативной функции, которая проявляется способностью экзометаболитов, продуктов распада клеток, химических сигнальных веществ распространяться по нему [43].


Микрофлора организма человека является еще одним, но невидимым органом, покрывающим в виде «чулка» кишечную стенку, другие слизистые оболочки и кожу человека. Для полного понимания функционирования человеческого организма недопустимо пренебрежительное отношение к симбиотической/паразитической микробиоте человека. Ее масса, генетический запас, скорость размножения, тонкая структурная организация, наличие факторов межклеточной коммуникации и многое другое позволяют рассматривать микробиоту как орган, оказывающий определяющее влияние на человека, без которого жизнь невозможна.


Поэтому, несмотря на то, что микробы хотя и представляют собой одноклеточные организмы, но при объединении их в многоклеточные ассоциации они приобретают свойства многоклеточного организма, которому присуща и сложная многоуровневая социальная организация, когда «воля индивида» (одной клетки) подчиняется «воле коллектива» (колонии) [58].

Важным моментом для понимания функционирования микробных колоний было обнаружение факторов межклеточной коммуникации.

Еще в 1994 году для характеристики многоклеточной организации микробов было предложено такое понятие, как «ощущение кворума» (Quorum sensing). Под ним понимают прежде всего способность клеток, при достижении определенной пороговой численности, не только воспринимать изменения среды, но и реагировать на эти изменения [13, 76]. То есть с помощью этих сигналов, которые передаются от клетки к клетке, у них появилась возможность координировать свои действия, превращая сообщества, кажущиеся стихийными и разобщенными, в многоклеточный, многомиллионный организм [7, 62]. Причем механизмы реакции кворум-сенсинга у грамположительных и грамотрицательных бактерий оказались различными [13].

Кроме того, реализация реакций кворум-сенсинга невозможна без передачи информации внутри биопленок. На сегодняшний день наиболее значимыми каналами передачи информации являются три, самые эволюционно консервативные [63, 69]. Первый канал необходим для осуществления непосредственного (физического) контакта между организмами; второй — для выработки диффундирующих в среде химических элементов; третий — для генерации тех или иных физических полей.

Физический контакт между клетками для передачи информации происходит несколькими путями. Прежде всего за счет недиффундирующих химических факторов, расположенных на мембране клетки, а также посредством межклеточного контакта через восприимчивые рецепторы другой клетки [53, 66].

Физический контакт необходим в тех случаях, когда передача информации осуществляется посредством поверхностных органелл. Эти поверхностные клеточные структуры синтезируются с помощью так называемых S-генов (social), ответственных за коллективные и координированные перемещения клеток и формирование структур надклеточного уровня [13, 65].

Химические коммуникации в настоящее время представлены следующими классами соединений: ацилированными лактонами гомосерина; различными пептидами; аминокислотами и сходными с ними аминными соединениями, регулирующими агрегацию бактериальных клеток.

Несмотря на то, что возможность дистантной коммуникации микробных клеток находится в стадии накопления эмпирических данных, уже имеются интересные результаты. Так, гибнущая под воздействием хлорамфеникола культура Vibrio costicola посылает сигнал, стимулирующий рост другой культуры, отделенной от нее слоем стекла [17]. Имеются и другие результаты, которые свидетельствуют как о наличии, так и о сложности этого вида коммуникативной связи.

Приведенные научные данные свидетельствуют о том, что микрофлора организма человека является еще одним, но невидимым органом, покрывающим в виде «чулка» кишечную стенку, другие слизистые оболочки и кожу человека. Для полного понимания функционирования человеческого организма недопустимо пренебрежительное отношение к симбиотической/паразитической микробиоте человека. Ее масса, генетический запас, скорость размножения, тонкая структурная организация, наличие факторов межклеточной коммуникации и многое другое позволяют рассматривать микробиоту как орган, оказывающий определяющее влияние на человека, без которого жизнь невозможна.

Но даже рассмотрение микробной колонии только с позиции многоклеточного организма (примитивный органицизм) тоже не может объяснить всего многообразия и особенностей проявлений микробной жизни. В определенной степени помогает оценить всю значимость микробиоты для организма человека рассмотрение микробных колоний как биосоциальной системы, что предлагал еще И.Д. Иерусалимский (1952).

В пользу такого подхода свидетельствуют установление факта синхронизации поведения отдельных клеток вопреки возмущающим факторам, координация поведения клеток в масштабе каждой группы, способность более старых колоний заставлять молодые колонии подстраивать свой возраст под возраст старых [71].

Убедительным примером «социального» в жизни колонии является бактериальный альтруизм, когда происходит апоптоз (программированная гибель) отдельных клеток в интересах всей популяции. Это явление наблюдалось у колонии E.сoli, когда в условиях недостатка питательных веществ часть голодающих E.сoli лизировалась, давая возможность остальным микробам за счет использования продуктов аутолиза части клеток питаться, размножаться и вновь пополнять колонию [1]. Правда, от человеческого альтруизма этот процесс отличается тем, что он не предполагает осознанную жертву, а отражает механизм естественного отбора генов [32].

Имеющиеся научные данные позволяют рассматривать микробиоту как аналог нервной системы по следующим критериям [10]:

Стуктурное сходство микробных колоний (биопленок) с нервной системой. Сложное строение нервной системы общеизвестно. Что касается строения биопленки, то оно отражено в целом ряде работ [2, 3, 19, 51, 72]. Структурным сходством оказался и факт способности клеток в микробной колонии формировать контакты, напоминающие синапсы нервных клеток. При этом некоторые клетки отличаются необычной длиной, что делает их похожими на аксоны нервных клеток [44]. Так, в частности, было установлено, что микромолярные концентрации серотонина стимулируют формирование необычно длинных клеток E.сoli, по которым и осуществляется передача информации как внутри, так и между различными колониями микробных клеток [24].

Количественное соответствие. Как известно, мозг представляет собой огромное количество нервных клеток, составляющих 1010 клеток, другими словами, 10 миллиардов. Учитывая наличие у каждой клетки многочисленных отростков, количество возможно активных контактов увеличивается в несколько раз. Какой другой орган в организме человека может «удовлетворить» контактную потребность мозга и соответствовать ему в информационном плане? Только микробиота с ее миллиардами различных клеток.

Наличие гомологичных рецепторов. Оказалось, что микроорганизмы и нервные клетки имеют специфические рецепторы, обладающие большим сродством к сигнальным молекулам (гормонам) друг друга. Так, установлена способность прогестерона подавлять, а инсулина, напротив, стимулировать рост штаммов микроскопического грибка Blakeslea trispora [43].

Наличие общих малых молекул. У мозга и микробиоты оказались единые информационные агенты, влияющие как на бактериальные клетки (колонии), так и на нейроны головного мозга [20, 67]. Речь идет о нейротрансмиттерах, которые делятся на нейромедиаторы (прямые передатчики нервного импульса, определяющие функциональное состояние большинства постсинаптических клеток) и нейромодуляторы (модифицирующие эффект нейромедиаторов, действующих локально, в определенных зонах мозга). Основными нейромедиаторами являются аминокислоты (глутамат, аспартат, глицин), ацетилхолин, гамма-оксимасляная кислота, а к нейромодуляторам относят все нейромедиаторы, а также нейростероиды, моноамины, катехоламины (дофамин, норадреналин, адреналин). Доказано, что такие классические передатчики импульсов в нервной системе, как серотонин, нор- адреналин, дофамин, окись азота, ацетилхолин, аспарагиновая и гамма-аминомасляная кислоты, участвуют в реализации взаимодействия макро- и микроорганизма при развитии инфекционного процесса [11, 67]. Оказалось, что E.сoli может синтезировать серотонин, норадреналин, гистамин, аспарагиновую и глутаминовую кислоты, инсулин; а симбиотическая микрофлора человека синтезирует серотонин, гистамин, окись азота, метаболизированные производные желчных кислот, неорганические соединения, аминокислоты. Способностью синтезировать амины и пептиды обладают также дрожжи кандида, сине-зеленые бактерии, инфузории, грибы, туберкулезная палочка, стрептококки и др. [6, 24, 67].

Стимуляция роста бактерий под влиянием нейромедиаторов человеческого происхождения. Установлено, что серотонин, окись азота, аспарагиновая кислота, норадреналин ускоряют рост таких микроорганизмов, как дрожжи C.guillermondii, Streрtococcus faecalis, E.сoli [23, 37, 54, 67]. Интересные свойства были обнаружены у норадреналина. Он не только стимулирует рост бактерий семейства Enterobacteriaceae и Pseudomonadaceae, но у патогенных штаммов E.сoli стимулирует синтез адгезина К99 и шигаподобных токсинов I и II [67]. В литературе это интерпретируется как свидетельство эволюционной адаптации, когда патогенные штаммы бактерий для своего более быстрого развития приспособились использовать продукт защитной реакции макроорганизма [67], в данном случае норадреналин, закономерно повышающийся в организме в ответ на инфекцию.

Влияние биологических факторов на социальное поведение человека [20, 24]. Установлена зависимость между концентрацией серотонина в крови и социальным рангом человека [68]. Оказалось, что у амбициозных и энергичных людей серотонин в крови повышается по мере социального роста, а у «уступчивых моралистов» его уровень убывает по мере повышения социального статуса. Поведение человека находится в зависимости от норадреналина (зависимость поведения от вознаграждения) и дофамина (стимулирующего «поиск новизны») [68]. Подобные исследования продвинулись так далеко, что для снятия депрессий предполагается введение людям серотонина (всеобщего «фактора социальности»). Оказалось, что оксид азота, вырабатываемый кожей при взаимных ласках, легко проникает в мозг, значительно улучшая настроение, тогда как его отсутствие приводило в опытах на мышах к появлению мышей-садистов [15].

Осмысленные поведенческие реакции. «Социальные» свойства бактерий многообразны. Так, при встрече двух клеток Myxococcus virescens «они совершают характерный ритуал: слипаются своими боками, а затем либо разбегаются, двигаясь в одном направлении, либо трутся одна об другую до тех пор, пока не разделятся» [44]. Такие свойства микроорганизмов, как способность воспринимать внешние сигналы, обрабатывать полученную информацию, осмысленно реагировать на нее, что проявляется в способности преодолевать механические и живые препятствия, создавать наиболее жизнеспособные формы колоний и др., позволили А. Флемингу (создателю пенициллина) еще в 1944 году, не имея данных о сигнальных молекулах, альтруизме и других фактах из жизни бактерий, высказать в печати гипотезу о наличии у Proteus аналогов нервной системы [44].

Снабжение организма энергией является еще одним из важнейших аспектов взаимодействия микробиоты с головным мозгом. Мозг — самый энергоемкий орган человеческого организма (потребляет до 20 % всей вырабатываемой энергии в организме). Более того, сам он энергию не вырабатывает, практически не имеет ее запасов и вряд ли надеется на помощь других органов, которым энергия необходима самим. Естественно предположить, что наличие посредников для обеспечения мозга энергией сомнительно. Гораздо целесо- образнее напрямую иметь связь с местом производства и трансформации одного вида энергии в другой, то есть с микробиотой кишечника. Однако в настоящей статье эти вопросы не рассматриваются.

Примером «родственного альтруизма» является способность некоторых штаммов E.сoli гибнуть после внедрения в колонию бактериофага Т4 [31], что прекращает синтез бактериофагов и останавливает агрессию их против E.сoli. Однако оказалось, что гены, которые отвечают за гибель E.сoli, в ответ на внедрение бактериофага нестабильно встраиваются в хромосому. Поэтому так называемые альтруистические гены, будучи подвижными и легко теряемыми, функционируют только у части бактериальной популяции. То есть имеются клетки, которые способны пожертвовать собой, а есть клетки, которые этого сделать не могут. А может быть, не хотят? (Как это похоже на людей!) Это дает основание рассматривать бактериальную колонию как сообщество, в котором есть как «альтруисты», так и «эгоисты». Такой смешанный состав микробного сообщества характерен для высших животных и человека [73].

Таким образом, уникальная структурная, многофункциональная организация микробов в организме человека позволяет рассматривать их как полноценный жизненно необходимый, но невидимый орган человеческого организма. Принципиальным его отличием от других органов является наличие не менее сложной многоуровневой их социальной организации, в которой четко прослеживаются коллективные, обязательные для всей колонии формы поведения. При этом «воля индивида» — отдельной микробной клетки (как в случае с возрастом) подчиняется «воле коллектива» (всей популяции). И это позволяет рассматривать одноклеточные микробы как социальные существа [58].

Но всякое «социальное» требует, по определению, наличия организующего момента, какого-нибудь центра, лидера. В человеческом обществе таких примеров много и они общеизвестны, а в человеческом организме эту функцию выполняет головной мозг.

Возникает вопрос: если органами и клетками человеческого организма управляет мозг, то кто же тогда управляет микробиотой? Есть ли такой центр, или микробиота осуществляет это в содружестве с головным мозгом, или она сама настолько самодостаточна, что не нуждается в таком центре?

Таким образом, приведенные данные свидетельствуют о том, что микробиота, в соответствии со своей структурной организацией, выполняемыми функциями, способностью самой синтезировать нейромедиаторы и активно реагировать на них, может рассматриваться как некий аналог нервной системы. В пользу этого свидетельствует и факт наличия причинно-следственных связей между сигнальными молекулами бактерий и мозгом. И чье влияние оказывает на организм более весомое действие, сказать трудно. Это подтверждается тем, что малые молекулы, аминокислоты, нейромедиаторы могут выступать как факторы социальности, формируя Homo sapiens как личность. При этом источником этих веществ в организме могут быть как клетки мозга, так и сами микроорганизмы.

Представляя образно количество сморщенных носов при чтении этих данных, приведу еще одно свидетельство главенствующей роли микроорганизмов не только в возникновении и эволюции, но и в обеспечении человеческой жизни. Речь пойдет о самой жизнеопределяющей структуре человеческого организма — его геноме, относительно исчерпывающие сведения о котором были получены сравнительно недавно. В 1988 г. по инициативе ученых США (У. Гилберт, Дж. Уотсон и др.) была создана международная организация «Геном человека», ставящая целью координацию работ по определению полной нуклеотидной последовательности всей ДНК человека [60, 61].

Огромная работа, проводимая одновременно в двух десятках стран мира, включая США, Россию, Англию, Францию, Германию, Японию, Китай, была осуществлена за срок чуть более 10 лет.

Известно, что под геномом понимают всю совокупность последовательностей ДНК, представленных в хромосомах ядер клеток человека. Основная его функция заключается в обеспечении жизнедеятельности клеток, тканей, органов и способности передавать информацию о наследственных свойствах организма (структурных и функциональных) следующему поколению. Помимо ядра, генетическая информация, необходимая для функционирования организма, присутствует также в органеллах клетки, образуя митохондриальный геном, в котором молекулы ДНК расположены в хромосомах [34, 40, 60, 61].

Полученные результаты удивили исследователей. Как было установлено, доля человеческих генов в совокупном геноме человека и микроорганизмов составляет не более 1 % [57, 75]. Но самое интересное оказалось в самом человеческом геноме. Обнаружено, что человеческий геном содержит значительно меньшее число генов, нежели ожидалось в начале проекта, и только для 1,5 % всего геномного материала удалось выяснить его функцию. Помимо расшифрованной части генома, существует большая, не расшифрованная часть генома, называемая теневой или «мусорной» [40, 60, 61].

При ее изучении выявились самые большие неожиданности. Оказалось, что почти половину генома человека составляют различные транспозируемые элементы, которые делятся на два основных класса: ДНК-транспозоны и ретроэлементы, и это не может быть ни случайностью, ни рудиментом генетических структур прошлого [38, 39]. На заре становления жизни первой молекулой, способной к репликации, был полимер РНК. Выживаемость эндогенных ретроэлементов обеспечивалась за счет способности постепенного наращивания генома вида-хозяина путем образования новых собственных копий; его усложнения путем образования новых экзонов (часть гена, образующая зрелую информационную РНК) из интронов (часть гена, которая не кодирует белок) и/или увеличения количества генов, подвергающихся альтернативному сплайсингу (соединение экзонов в разных комбинациях с образованием зрелых мРНК). Ретроэлементы придают виду способность к многовариантности эволюционных ответов на изменения окружающей среды. Кроме того, благодаря избыточности создаваемого эндогенными ретроэлементами генетического материала под давлением естественного отбора происходит усложнение вида (анагенез) и/или его «расщепление» на дочерние виды (кладогенез). Исходные виды, ставшие в изменившихся условиях среды неадаптивными, вымирают [38, 39].

Так, в результате эволюции и «разрастания» ДНК-генома клеток за счет ретроэлементов появились ретровирусы. О том, что этот процесс носит эволюционный характер, растянутый во времени, свидетельствует и тот факт, что эндогенизация отдельных ретровирусов имела место и после формирования вида Homo sapiens, что произошло приблизительно 179 тыс. лет назад [25].

Роль экзогенных ретровирусов в эволюции жизни заключается в следующем: 1) осуществлении генетического обмена между видами; 2) наращивании и усложнении генома той части инфицированного вида, у которой оказалась возможной их эндогенизация; 3) терминации существования неспособных к эволюции видов. К последним относятся вид или какая-то его часть, у которых эндогенизации экзогенных ретровирусов не произошло [38, 39]. Экзогенные ретровирусы широко представлены в природе и пронизывают жизнь многих существующих на Земле видов, начиная от дрожжей и дрозофил до приматов и человека. Это вирусы, которые, как и другие вирусы, для собственного размножения используют сложную молекулярную и надмолекулярную систему жизнеобеспечения клетки, заставляя ее подчиняться своим законам, закономерно встраиваясь в хозяйскую ДНК. Экзогенные и эндогенные ретровирусы постоянно взаимодействуют между собой.

По мнению М.В. Супотницкого (2007), пандемии ретровирусных инфекций можно сопоставить со «слоеным пирогом», верхний слой которого составляют ретровирусы, активно размножающиеся в цитоплазме клеток хозяина (в настоящее время примером этого может быть семейство ВИЧ), а нижний слой представлен репликационно-активными формами эндогенных ретровирусов (семейство HERV-K-К113). «Слои» этого «пирога» «переложены» экзонами и интронами генов, ретротранспозируемыми и регуляторными элементами, псевдогенами и другими последовательностями генома хозяина. Все эти данные свидетельствуют о том, что геномная регуляция с участием ретровирусов играет основную роль как в эволюции человека, так и в повседневной жизни. Все вышеизложенное касается ретровирусов. Однако их существование в природе (распространенность, пути передачи, механизмы поражения человека  и т.д.) принципиально мало чем отличается от поведения других микроорганизмов с внутриклеточным механизмом существования в организме человека. А это значит, что и они, возможно, могут оказывать регулирующее влияние на геном человека, но об этом на сегодняшний день науке почти ничего неизвестно.

 

Заключение

Приведенные данные свидетельствуют о том, что материальная основа возникновения человека (плотская, мыслительная, речевая), с момента зарождения жизни, формирования многоклеточности, эволюционного становления Homo sapiens, образовалась с участием микроорганизмов. Роль и значение микроорганизмов демонстрируются не только самим фактом наличия в геноме человека предшественников эндогенных ретровирусов (больше половины всей ДНК в геноме), возможностью обмениваться с экзогенными ретровирусами, наличием «теневой» части генома как возможного хранилища других вирусов (патогенов), но и прямым участием микроорганизмов во всех сторонах жизни человека: от обменных, метаболических и пластических до нейрогуморальных, психологических и социальных. Да, для человека разумного характерны мыслительная деятельность, речь, мораль и гуманизм, культура и много других качеств, отличающих его от животных. Все эти отличительные признаки связаны с мозгом и мозговой деятельностью. Но кто же поставляет мозгу энергию, информацию, кто дает сигнал к реализации того или иного поведения? В свете имеющихся данных о несовершенстве (по сравнению с животным миром) большинства наших анализаторов, скудности информационного восприятия окружающей биологической жизни такую роль могут выполнить только микроорганизмы. Возможно, что именно они являются тем регулятором, который не только управляет соматическими реакциями, но и, по-видимому, через мозг управляет всей жизнедеятельностью организма человека. И то, что воспринимается нами как «Я хочу!», на самом деле является желанием какого-нибудь клона бактерий, отвечающего за определенный участок жизнеобеспечения человека. Если это так, то очевидно, что небольшие размеры и кажущуюся простоту строения бактерий и вирусов следует рассматривать как проявление сложности и одновременно утонченного совершенства. В качестве аналогии, имеющейся в природе, можно назвать кристаллы, использование которых, несмотря на простоту в их строении, привело к революционным изменениям в науке и технике. Не являются ли одноклеточные микроорганизмы «кристаллами» человеческого организма и мы пока не осознаем этого? Сегодня информация о микроорганизмах и их роли для человека полностью доступна, но не востребована, большинство медицинских и научных работников видят в ней только негативную сторону. Об этом большинстве писал В. Высоцкий: «Кто в океане видит только воду, тот на земле не замечает гор».

А может быть, стоит взглянуть на весь этот процесс по-другому? Давайте прекратим бесконечные попытки примирить микроорганизмы и человека, всегда оставляя при этом за последним главенствующую роль. Ведь можно предположить и такой сценарий. Микроорганизмы, возникшие 3,4 миллиарда лет назад, в результате своей эволюции, непрекращающегося размножения, селекции (выживает сильнейший, то есть более приспособленный) и отбора лучших все это время, обитая в природе, в организмах животных и ранних людей, наконец, создали идеальную для себя среду обитания в виде Homo sapiens. И действительно, ведь был австралопитек (эта тупиковая ветвь разума выродилась около 2 млн лет назад), был человек умелый (вымер 1,5 млн лет назад), одновременно с ним сосуществовал человек прямостоящий, который еще не исчез, когда появился человек ра- зумный (200 тыс. лет назад). Наши предки сосуществовали с разновидностью прямостоящего человека — неандертальцем, вымершим только 25 тыс. лет назад. Одновременно происходило и совершенствование человека: 60 тыс. лет назад появилась популяция, имеющая религию, 30 тыс. лет назад — владеющая искусством и мастерством охоты на крупных животных [77].

Кем и как направлялся этот процесс эволюционного отбора Homo sapiens, какие механизмы были задействованы? О возможности такого развития событий свидетельствуют имеющиеся данные о количестве ретроэлементов в человеческом геноме, которые, как доказывает известный российский ученый М.В. Супотницкий [38, 39], придают виду способность к многовариантности эволюционных ответов на изменения окружающей среды. Кроме того, благодаря избыточности создаваемого эндогенными ретроэлементами генетического материала, под давлением естественного отбора происходило усложнение вида (анагенез) и/или его «расщепление» на дочерние виды (кладогенез). Исходные виды, ставшие в изменившихся условиях среды неадаптивными, вымерли. Потребовалось 3,4 млрд лет для создания оптимальной среды обитания для микроорганизмов. Сегодня такой средой оказался современный Homo sapiens (сформировавшийся приблизительно 30 тысяч лет назад), нацеленный прежде всего на активное добывание пищи, обеспечивающий ее разнообразие, динамично передвигающийся, создающий комфортный температурный режим проживания для микроорганизмов. Придание этой среде (Homo sapiens) способности мыслить, думать, трудиться, общаться и так далее было тем эволюционным шагом, которым его наделили микроорганизмы, но не в награду, а для своего «спокойного» существования, предопределяя его преимущество в природе на последующие столетия над всеми другими биологическими организмами. А то, что исходя из этих особенностей человек возомнил себя венцом природы, разделил себя на классы и сословия (рабочие, крестьяне, президенты, бизнесмены, артисты и т.д.), для микробиоты не имеет никакого значения. Истинная микробиота, существующая в человеческом организме в виде биопленки, везде одинаковая, да и то, что подразумевают большинство людей под ней, тоже, по сути, ничем не отличается не только у отдельных людей (ученых, рабочих, полицейских и т.д.), но и у разных народов. Микробиоте безразличны людские революции, заговоры, интриги или семейная идиллия. Это все игры человеческого разума. Но тот факт, что сегодня продолжительность жизни человека значительно не дотягивает не только до библейского (120 лет), но и до медицинского возраста (120–160 лет), что тенденция увеличения продолжительности жизни остановилась даже в тех местах на Земле, где нет революций, дефолтов, где в сыр не подкладывают пальмовое масло, где не ожидают снегопада и т.д., должен насторожить людей. Более того, появился целый ряд заболеваний, которые мировое сообщество не может не только эффективно лечить, но и предотвратить (вирусные гепатиты, ВИЧ/СПИД, герпесвирусные инфекции и другие). Не является ли это начальным и уже видимым витком начинающейся (правильнее — продолжающейся) эволюции человека, свидетельством того, что имеющаяся сегодня среда обитания по каким-то параметрам не удовлетворяет сегодняшнюю микробиоту?

 

Большинство из нас пока еще являются свидетелями, а некоторые уже и участниками «ретровирусной революции», что строго аргументированно доказывает М.В. Супотницкий (2009) в теории, объясняющий отсутствие успеха в борьбе с эпидемией ВИЧ/СПИДа непониманием сути происходящего явления, которое, по мнению автора, есть проявление эволюционного процесса, имеющего маску инфекционного. Если это так, то реализация этого процесса уже стартовала и набирает обороты. И если кто-то надеется избежать участия в эволюционном процессе с помощью презервативов, при всеобщем падении нравственности, нежелании взглянуть правде в глаза, то такой человек действительно жалок, как писал Гомер. Сегодняшнее состояние дел (сокращение продолжительности жизни, наличие неуправляемых инфекционных заболеваний и эпидемий, охватывающих все большее количество населения Земли и т.д.) требует не только широкого обсуждения имеющейся проблемы и рассмотрения выдвинутых теорий, но и принятия адекватных научных, методических и социальных решений, далеко выходящих за рамки всепоглощающего желания сегодняшнего медицинского истеблишмента, да и простых смертных побыстрее и повыгоднее продать все увеличивающееся количество фармакологических препаратов. Как бы там ни было, уже сегодня можно не считать ошибкой выражение «О, микроорганизм, царь мой!». Но этого явно недостаточно, потому что инициированные микроорганизмами процессы, как мне кажется, уже сказали человечеству: «Выходи строиться!»


Bibliography

Список литературы находится в редакции

Similar articles

Authors: И.В. Богадельников, д.м.н., профессор, Н.И. Мужецкая, к.м.н. Крымский государственный медицинский университет им. С.И. Георгиевского, г. Симферополь
"News of medicine and pharmacy" 11-12 (371-372) 2011
Date: 2011.07.11
Микробиота —  невидимый орган человеческого организма
Authors: Богадельников И.В., Мужецкая Н.И., Вяльцева Ю.В. Крымский государственный медицинский университет имени С.И. Георгиевского, г. Симферополь
"Child`s Health" 8 (35) 2011
Date: 2012.12.29
Categories: Pediatrics/Neonatology
Медицинское чудо
Authors: И.В. Богадельников, Г.И. Смирнов, Крымский государственный медицинский университет им. С.И. Георгиевского, г. Симферополь
"News of medicine and pharmacy" 19 (436) 2012
Date: 2013.01.30
Sections: Medicine. Doctors. Society

Back to issue