Новый лексикон в эпоху исследований микробиома

За последние 20 лет наука о жизни осознала, что все живые существа — от простейших животных и растений до человека — тесно связаны с огромным количеством микроорганизмов. Вместе с многоклеточным организмом-хозяином эти симбиотические бактерии, вирусы и грибы, колонизирующие ткани и формирующие так называемый микробиом, составляют в основном полезное сообщество — метаорганизм.

Многие жизненные процессы, включая здоровье и болезни организма в целом, можно понять только в контексте функционального взаимодействия хозяина и микроорганизмов, например, при усвоении питательных веществ, работе иммунитета или нейронных процессах. В Кильском университете эти взаимодействия подробно исследуются в рамках Коллаборативного исследовательского центра (CRC) 1182 "Происхождение и функция метаорганизмов".

Новый взгляд на жизнь как на функциональный симбиоз микроорганизмов и многоклеточного хозяина пробивал себе дорогу против серьёзного сопротивления. Это связано с долгой историей восприятия микробов в основном как вредоносных агентов. Раньше их видели почти исключительно как патогены, с которыми медицина и общество должны бороться.

Эта перспектива повлияла и на науку о жизни, которая, например, определяла иммунную систему прежде всего как механизм защиты от патогенов. Хотя принцип метаорганизма сегодня в целом принят научным сообществом, многие биологические термины всё ещё характеризуются этим патологическим взглядом, а не пониманием микробов как жизненно важных партнёров.

Поэтому группа всемирно известных учёных, включая профессора Мартина Блейзера из Университета Рутгерса, профессора Маргарет Макфолл-Нгай из Калифорнийского технологического института и члена правления CRC 1182, профессора Томаса Боша из Кильского университета, предлагает новую терминологию для биологии и медицины. Она призвана сместить парадигму в сторону восприятия микроорганизмов как в основном нейтральных или полезных, создав модифицированный биологический и медицинский язык.

Их "Новый лексикон для эпохи исследований микробиома", который переопределяет множество фундаментальных терминов и предназначен для использования в академическом преподавании и популяризации, был опубликован в журнале Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences.

Микробы как патогены: как история сформировала науку и медицину

Уже с XIX века исследователям было известно о "нормальной" микробной колонизации здорового организма. Однако с 1850-х годов фокус сместился в первую очередь на патогенный эффект микроорганизмов. Луи Пастер и Роберт Кох впервые смогли связать ряд инфекционных заболеваний с определёнными микробами в рамках "микробной теории".

Долгое время инфекционные болезни были основной причиной смерти. Только к концу XIX века новые научные знания привели к введению обширных гигиенических мер, появлению первых вакцин, а с середины XX века — к широкому применению антибиотиков, что позволило взять под контроль большинство инфекций.

Соответственно, в ту эпоху сформировался взгляд на микроорганизмы как на угрожающих, вызывающих болезни патогенов. "Задачей науки и медицины было победить эту угрозу и выиграть битву с микроорганизмами. Этот образ мышления до сих пор влияет на биологию и медицину и сформировал их терминологию", — говорит Бош.

Выражения вроде "патоген", "инфекция" или "антимикробный пептид" до сих пор являются стандартным научным инструментарием для описания взаимодействий хозяина и микробов.

Обновлённый лексикон предлагает новые термины для нового взгляда на биологию

Однако систематическое подавление микроорганизмов неожиданно привело к новым проблемам со здоровьем: резкий рост так называемых средовых заболеваний напрямую связан с нарушением и истощением человеческого микробиома из-за неправильного и чрезмерного использования антибиотиков или ошибочных гигиенических мер.

Эта связь стала ясна благодаря новой технологии высокопроизводительного секвенирования генома, позволившей детально анализировать состав и баланс микробной колонизации. Понимание взаимодействий хозяина с этим множеством микробов позволило признать нарушенный микробиом причиной некоторых средовых заболеваний.

"Стало ясно, что настоящих микробных патогенов очень мало. В то же время существует подавляющее большинство микроорганизмов, которые ведут себя либо нейтрально, либо благотворно, чья функция зависит от общего контекста 'нормального' микробиома и которые лишь в исключительных случаях могут стать оппортунистическими патогенами", — резюмирует Бош.

"Это знание о решающей важности нормального, здорового микробиома для функций и здоровья организма-хозяина должно в будущем выражаться в адаптированном языке, постепенно способствуя более позитивному восприятию микроорганизмов", — говорит Бош.

Соответствующее переопределение научного языка потребует отказа от "военной метафоры", характеризующей непрекращающуюся борьбу с микробами, и языка, сведённого к их вредоносности.

"Если мы начнём использовать и развивать этот новый лексикон, мы сможем лучше описывать сложные взаимодействия хозяев и их микробов такими, какие они есть на самом деле: основой жизни", — говорит Бош.

Несколько примеров показывают, как исторически унаследованный болезнецентричный взгляд на микроорганизмы всё ещё преобладает сегодня, и как предложенные авторами обновлённые термины могли бы заменить его в будущем:

• "Инфекция" сегодня всё ещё означает вторжение и размножение микроорганизма и его влияние на ткани хозяина. Вместо этого термин "колонизация" нейтрально описывает факт заселения тканей хозяина микробами, которые могут оказывать полезное, нейтральное или вредное действие в зависимости от контекста.
• Термин "антимикробный пептид (AMP)" ранее описывал белок организма-хозяина, способный убивать или подавлять патогены. С сегодняшней точки зрения более уместен термин "микробиота-регулирующий пептид (MRP)" — белок хозяина, который в зависимости от обстоятельств может способствовать или подавлять колонизацию полезными, нейтральными или вредными микроорганизмами.
• Распространённый термин "патоген" относится к вызывающему болезнь микроорганизму, который вторгается извне в нормальную микробную колонизацию. Более нейтральный термин "амфибионт" описывает микроорганизм, чьи отношения с хозяином могут меняться от полезных к вредным и обратно в зависимости от условий окружающей среды.