Как микробы управляют нами

Некоторые животные используют гены, приобретенные путем горизонтального переноса, для защиты от паразитов. Это вполне логично – в конце концов, антибиотики мы получаем именно из бактерий. Микроорганизмы воюют друг с другом на протяжении миллиардов лет, а их генетическому оружию, изобретенному за все это время, можно только позавидовать. Семейство генов tae, к примеру, вырабатывает белки, которые протыкают внешние оболочки бактерий и тем самым вызывают смертельные протечки. Эти гены были разработаны микробами для борьбы с другими микробами, но потом они появились и у животных – например, у скорпионов и клещей. Также этими генами могут похвастаться актинии, устрицы, дафнии, морские блюдечки и даже ланцетники – близкие родственники позвоночных, в том числе и нас с вами[327].

Гены семейства tae легко поддаются горизонтальному переносу. Они вполне самодостаточны и не нуждаются в помощи других генов для нормальной работы. А еще они полезны, потому что производят антибиотики. Бороться с бактериями приходится всем живым организмам, так что любые гены, способные в этом помочь, жаловаться на безработицу не будут точно. Если такой ген попадет в иной организм, у него будут все шансы занять высокую позицию в геноме нового носителя. Эти генные прыжки впечатляют еще и потому, что, несмотря на весь наш хваленый интеллект и технологии, мы с большим трудом создаем новые антибиотики – ничего принципиально нового мы не открывали уже несколько десятилетий. А вот животные попроще, такие как клещи и актинии, производят свои: нам требуются годы исследований и экспериментов, а у них раз – и готово, все благодаря горизонтальному переносу генов.

Вы можете решить, что горизонтальный перенос – это некое волшебство, дарующее микробам и животным невиданную мощь, но на деле все может оказаться совсем наоборот. Процесс, который наделяет животное микробными способностями, самих микробов может уничтожить – да так, что останутся от них только гены.

На своем примере нам это покажет существо, которое обитает на полях и в теплицах по всему свету и дико злит фермеров и садовников своим присутствием. Это цитрусовый червец: мелкое насекомое с хоботком, напоминающее перхоть с лапками или мокрицу, побывавшую в мешке с мукой. Пауль Бухнер, известный своими работами о симбиозе, навестил этих прелестных созданий во время своего путешествия по миру насекомых. То, что он нашел в их клетках бактерий, никого не удивило, а вот «округлые или овальные слизистые глобулы, в обильных количествах содержащие симбионтов», выглядели необычно. Этим глобулам пришлось ждать своего звездного часа аж до 2001 года – именно тогда ученые выяснили, что это не просто домики для бактерий. Это и есть бактерии.

Цитрусовый червец – это самая настоящая матрешка. В его клетках живут бактерии, а в этих бактериях тоже живут бактерии[328]. Тех, что побольше, назвали Tremblaya – в честь итальянского энтомолога Эрменеджильдо Тремблэ, ученика Бухнера. Тех, что поменьше, – Moranella, в честь специалиста по тлям Нэнси Моран. («То чувство, когда в твою честь называют жалкую букашку», – смеясь, сказала мне Нэнси.)

Джон Маккатчен выяснил истоки столь странного сосуществования, и сюжет у этой истории просто удивителен. Для начала Tremblaya попадает в организм цитрусового червеца, остается там жить и, как и многие другие симбионты, со временем теряет необходимые для самостоятельной жизни гены. В новом удобном домике эти гены ей все равно не нужны. Когда к ней присоединяется Moranella, Tremblaya может позволить себе избавиться еще от некоторых генов – в полной уверенности, что работу, для которой они нужны, возьмет на себя новичок. Покуда ген есть у одного партнера, другой спокойно от него избавляется. И здесь горизонтальный перенос тоже может иметь место, только теперь он не похож на тот, что превратил нематод в растительноядных паразитов, или на тот, что добавил в геном клеща гены-антибиотики. В данном случае никто никаких новых полезных навыков не получает. Горизонтальный перенос выполняет другую функцию – он словно спасает гены с тонущего корабля: благодаря ему сохраняются те гены, которых ждало неизбежное разрушение из-за симбиоза.

Представим, как эти три товарища вместе создают питательные вещества. Для производства аминокислоты фенилаланина им потребуется 9 ферментов. Tremblayaможет изготовить первый, второй и с пятого по восьмой, Moranella – с третьего по пятый, а цитрусовый червец – девятый. Ни сам червец, ни бактерии не способны сами построить аминокислоту, так что они могут полагаться лишь друг на друга. Они напоминают мне о Грайях, сестрах из греческих мифов: у них был один глаз и один зуб на троих, и этого им хватало, чтобы видеть и жевать, никаких излишеств. Так же и у червеца с его симбионтами. У них на троих один метаболизм, распределенный между тремя комплементарными геномами. В арифметике симбиоза 1+1+1 может равняться единице[329].