Человеческий геном, содержащий без малого 21 тысячу генов, оказался едва ли больше, чем геном упомянутого круглого червя. Он вдвое меньше генома риса, он значительно уступает даже геному скромной «водяной блохи» — дафнии, в котором 31 тысяча генов. Ни один из этих видов не умеет разговаривать, творить или сложно мыслить. Наверняка вы бы тоже — вслед за учеными, затеявшими игру на «генном тотализаторе», — решили, что у человека обнаружится гораздо больше генов, чем у травянистых растений, червяков и блох: ведь гены отвечают за производство белков, а из белков строится тело. Наверняка такому сложному и хитро устроенному телу, как человеческое, требуется больше белков, а значит, и больше генов, чем какому-то червяку?
Но в эту 21 тысячу входят не все гены, которые управляют нашим телом. Мы не одни: каждый из нас является суперорганизмом — симбиотической совокупностью видов, которые живут вместе и сообща управляют нашим общим телом. Наши собственные клетки, хоть и имеют гораздо больший размер и вес, уступают в численности — в соотношении один к десяти — клеткам живущих на нас и внутри нас микробов. Эти 100 триллионов микробов (их еще называют микрофлорой) — преимущественно бактерии — микроскопические существа, каждое из которых состоит из одной-единственной клетки. Помимо бактерий, есть и другие микробы — вирусы, грибы и археи. Вирусы настолько малы и примитивны, что полностью зависят от клеток других организмов и без них не способны воспроизводиться. Живущие в нас грибы в основном относятся к дрожжевым; они сложнее бактерий, но тоже представляют собой совсем крошечные одноклеточные организмы. Археи — это группа, близкая к бактериям, однако в эволюционном отношении они так же сильно отличаются от бактерий, как сами бактерии — от растений или животных. В общей сложности микробы, живущие на человеческом теле и внутри его, содержат 4,4 миллиона генов. Это так называемый микробиом — совокупность геномов всей нашей микрофлоры. Наряду с 21 тысячей человеческих генов они тоже участвуют в управлении нашим организмом. Если отталкиваться от этих цифр, то можно сказать, что мы являемся людьми лишь на полпроцента.
Упрощенное филогенетическое дерево, на котором показаны три надцарства и четыре царства домена эукариотов
Теперь мы знаем, что человеческий геном обязан своей сложностью не только тому количеству генов, которые содержит сам, но и множеству комбинаций белков, которые эти гены способны порождать. Мы, как и другие животные, в состоянии извлекать больше функциональной пользы из наших геномов, чем, казалось бы, в них закодировано. Однако благодаря генам наших микробов уровень общей сложности дополнительно повышается: эти примитивные организмы оказывают человеческому телу ценные услуги, позволяя ему развиваться быстрее и легче.
До недавних пор изучение микробов зависело исключительно от возможности культивировать их в чашках Петри, наполненных «бульоном» из крови, костного мозга или сахаров в желеобразной взвеси. Это сложная задача: большинство видов, живущих в человеческом кишечнике, погибают от контакта с кислородом: они так устроены, что не переносят его. Кроме того, выращивая микробов в этих емкостях, необходимо угадывать, какие именно питательные вещества, температурный режим и газовый состав необходимы им для выживания; если угадать не получится, ученые лишатся и шанса узнать что-либо о том или ином виде. Культивирование микробов можно сравнить с попыткой выяснить, кто пришел на урок, просто вызывая учеников по списку из классного журнала: если вы не назовете какого-нибудь ученика по имени, вы не узнаете, есть он в классе или нет. Современная технология секвенирования ДНК стала дешевле и оперативнее именно благодаря стараниям ученых, работающих над проектом «Геном человека». Она представляет собой принципиально иной метод проверки: каждого входящего в класс просят назвать себя. В этом случае можно учесть всех без исключения — даже тех, чьего появления вы не ожидали.
На проект «Геном человека» возлагались огромные надежды. Достигнутый результат сочли ключом к разгадке человеческой сущности, к этому величайшему божественному творению, к священной библиотеке, в которой хранятся тайны болезней. Ученые уложились в бюджет в 2,7 миллиарда долларов и подготовили черновой вариант расшифровки на несколько лет раньше запланированного — в июне 2000 года. Тогдашний президент США Билл Клинтон прокомментировал это так:
Сегодня мы начинаем понимать язык, на котором Господь создал жизнь. И от этого испытываем еще большее благоговение перед сложностью, красотой и чудом этого святого, священного дара, которым наградил нас Господь. Это фундаментальное новое знание даст человечеству новые возможности для лечения болезней. Достижения генетики в корне изменят всю нашу жизнь — а главное, жизнь наших детей. Это будет революция в области диагностики, профилактики и лечения большинства — если не всех — человеческих болезней.
Однако в последовавшие за этим годы научные журналисты по всему миру начали писать о разочаровании тем, что определение нашей полной последовательности ДНК недостаточно повлияло на развитие медицины. Хотя расшифровка «руководства по эксплуатации» человеческого организма стала бесспорным достижением, которое позволило существенно улучшить методы лечения нескольких серьезных болезней, она действительно не оправдала всеобщих надежд на то, что теперь удастся понять причины многих распространенных заболеваний. Поиск генетических отклонений, общих для людей, страдающих той или иной болезнью, вопреки ожиданиям, не помог установить происхождение многочисленных патологий и расстройств. Обнаруживалось множество слабых связей между различными сбоями в работе организма и десятками (а то и сотнями) вариантов генов (так называемых аллелей), но крайне редко можно было утверждать, что наличие конкретного аллеля непосредственно приводит к тому или иному заболеванию.
Но тогда, на рубеже веков и тысячелетий, мы совершенно упустили из виду, что 21 тысяча человеческих генов — это еще далеко не все. Технология секвенирования ДНК, разработанная в рамках проекта «Геном человека», сделала возможной другую важную программу, тоже связанную с секвенированием генома, — проект «Микробиом человека» (ПМЧ). Вокруг этого проекта было гораздо меньше ажиотажа. В отличие от проекта «Геном человека» ПМЧ предполагал изучение геномов тех микробов, которые живут на человеке и в человеке, то есть нашей микрофлоры. Цель проекта заключалась в том, чтобы выяснить, какие виды нас населяют.
Теперь ни зависимость от чашек Петри, ни избыток кислорода не могли помешать изучению наших микроскопических сожителей. Имея бюджет