Местоимение "я" устаревает

Новые микробиологические исследования показывают, что восприятие растений и животных, включая человека, как автономных индивидов — серьёзное упрощение.

Серия передовых исследований показала, что то, что мы всегда считали индивидами, на самом деле является "биомолекулярными сетями". Они состоят из видимого хозяина и миллионов невидимых микробов, которые значительно влияют на развитие хозяина, его болезни, поведение и, возможно, даже социальные взаимодействия.

"Это случай, когда целое больше суммы своих частей", — говорит Сет Борденштейн, доцент биологических наук в Университете Вандербильта. Он внёс вклад в научное знание, указывающее на то, что симбиотические микробы играют фундаментальную роль практически во всех аспектах биологии растений и животных, включая происхождение новых видов.

Частями здесь являются хозяин и его геном, плюс тысячи различных видов бактерий, живущих в хозяине или на нём, вместе со всеми их геномами. Это коллективно известно как микробиом.

• Хозяин похож на вершину айсберга, а бактерии — на подводную часть: 9 из 10 клеток в телах растений и животных являются бактериальными. Но бактериальные клетки настолько меньше клеток хозяина, что обычно оставались незамеченными.

Микробиологи ввели новые термины для этих коллективных сущностей — голобионт — и для их геномов — гологеном. "Эти термины нужны, чтобы определить совокупность организмов, которая составляет так называемую особь", — говорит Борденштейн.

В статье Host Biology in Light of the Microbiome: Ten Principles of Holobionts and Hologenomes, опубликованной 18 августа в открытом журнале PLOS Biology, Борденштейн и его коллега Кевин Тейс из Мичиганского университета разбирают общие концепции этой новой парадигмы на основные принципы, применимые ко всей области биологии.

Они делают конкретные и опровержимые прогнозы на основе этих принципов и призывают других биологов проверить их теоретически и экспериментально.

"Одно из базовых ожиданий от этой концептуальной структуры — что эксперименты на животных и растениях, не учитывающие то, что происходит на микробиологическом уровне, будут неполными, а в некоторых случаях — и вводящими в заблуждение", — говорит Борденштейн.

Первый принцип, который они выдвигают: голобионты и гологеномы являются фундаментальными единицами биологической организации.

Другой принцип: эволюционные силы, такие как естественный отбор и дрейф, могут действовать на гологеном, а не только на геном хозяина. Так, мутации в микробиоме, влияющие на приспособленность голобионта, так же важны, как и мутации в геноме хозяина. Однако они утверждают, что это не меняет базовых правил эволюции, а просто обновляет типы биологических единиц, на которые эти правила могут действовать.

Хотя это и не меняет базовых правил эволюции, у голобионтов есть способ реагировать на вызовы среды, недоступный отдельным организмам: они могут изменять состав своих бактериальных сообществ. Например, если на голобионта нападает патоген, против которого хозяин не может защититься, другой симбионт может выполнить эту работу, производя токсин, способный убить захватчика. В этом свете микробы являются такой же частью иммунной системы голобионта, как и гены иммунитета самого хозяина.

По словам Борденштейна, эти идеи находят признание в микробиологическом сообществе. На общем собрании Американского общества микробиологии (ASM) в июне он провёл первую сессию по "Голобионтам и их гологеномам", а флагманский журнал ASM mBio планирует опубликовать специальный выпуск на эту тему в следующем году. Однако в других областях принятие этих идей идёт медленнее.

"В настоящее время область биологии достигла переломного момента. Разобщённость микробиологии, зоологии и ботаники рушится, и мы надеемся, что эта концепция поможет дальше объединить эти области", — говорит Борденштейн.

Этот мощный холистический подход повлияет не только на фундаментальные биологические науки, но и, вероятно, на практику персонализированной медицины, отмечает Борденштейн.

Возьмём, к примеру, проблему недостающей наследуемости. Хотя полногеномные исследования дали ценную информацию о генетической основе ряда простых заболеваний, они нашли лишь небольшую часть генетических причин ряда более сложных состояний, таких как аутоиммунные и метаболические заболевания. Они могут быть частично "недостающими", потому что генетические факторы, вызывающие их, находятся в микробиоме.

"Вместо того чтобы быть такими 'гермофобами', нам нужно принять тот факт, что мы живём в микробном мире и получаем от него пользу. Мы в такой же степени среда для микробов, как и микробы для нас", — заключает Борденштейн.