Они в нас живут. Популяции бактерий могут вылечить и убить.

Еще будучи студентом кафедры физико-химической биологии и биотехнологии Физтеха и занимаясь масс-спектрометрией, он задумывался о том, сколько научных данных, полученных в исследовательских лабораториях, остаются необработанными, сколько их нуждается в осмыслении. Сотни институтов во всем мире занимаются тем, что выделяют отдельные виды кишечных бактерий, культивируют их, изучают их геном, описывают свойства. Более тысячи бактерий уже изучено. Но вот как микроорганизмы ведут себя в совокупности, как устроена микробиота? 

Приблизиться к решению проблемы позволило ему хобби — программирование. “Мой отец, тоже выпускник Физтеха, работает в ИT-компании, и со школьной скамьи я подрабатывал у него, — пояснил Дмитрий. — По окончании института я уже вел у отца многомиллионные проекты. Этот опыт очень пригодился в науке. Биоинформатика — то, чем я начал заниматься по окончании вуза”. 

В Институте физико-химической медицины Дмитрий Алексеев создал группу, занимающуюся изучением взаимодействия бактерий между собой и с клетками человека, которая впоследствии стала Лабораторией биоинформатики. Команда молодых ученых, которую объединил Дмитрий, научилась создавать алгоритмы, способные воспроизводить эти сложные симбиотические системы. Помимо этого, более пяти лет Дмитрий преподавал биоинформатику в МФТИ, а этом году в институте было принято решение создать соответствующую лабораторию, которой будет заведовать 32-летний кандидат наук с десятилетним опытом руководства научным коллективом. 

*** 

Один из первых крупных проектов, в работе над которым участвовал Алексеев, был посвящен изучению и сравнительному анализу микробиоты жителей городов и сельчан. 

“Это было большое исследование, — сказал Дмитрий, — в нем участвовали научные организации из Москвы, Санкт-Петербурга, Новосибирска, Томска, а также из Татарстана и Тывы. Мы хотели посмотреть, как питание влияет на микробиоту человека. Было обследовано около 100 человек. Результаты опубликовали в Nature Communications”. 

Оказалось, что российские горожане мало чем отличаются по составу кишечных бактерий от американских или европейских. А вот деревенские жители, напротив, имеют свой, уникальный набор микроорганизмов. То есть бактерии все те же, только их пропорциональный состав кардинально отличается, причем в каждой местности он свой. Ученые объясняют такие различия тем, что пища жителей городов унифицирована, а деревенская, которую люди сами производят в своих хозяйствах, — более разнообразна, не столь насыщена антибиотиками. 

Так микробиологи показали, что известная фраза “Мы то, что мы едим” — не пустые слова.

*** 

“Я микроб и живу в тебе. Нас триллионы, мы твоя микробиота… Все мы отличаемся друг от друга… А залог крепкого здоровья и хорошего самочувствия — баланс микробиоты в организме”, — говорится в видеоролике, созданном в рамках одного из последних проектов Дмитрия. Авторы небольшого фильма сообщают, что от состояния кишечной микрофлоры зависят настроение человека, его иммунитет, сонливость и даже творческий подход к делу. Они предлагают зрителям познакомиться с собственными микробами, сдав анализ на исследование микробиоты по ДНК, и получить рекомендации, корректирующие рацион питания. Новый анализ после двух недель покажет изменения в состоянии здоровья. 

“Это был наш первый опыт краудфандингового научного исследования, — заметил Дмитрий. — Возможно, первый такой опыт в стране. Мы запустили его в феврале этого года и набрали почти полтора миллиона рублей. Двести пятьдесят человек участвовали в исследованиях”. 

Ни о чем подобном мне слышать ранее не доводилось, это действительно экстраординарная форма финансирования научного проекта в России. Для тех, кто не слышал, что такое краудфандинг, привожу пояснение из Википедии: от английского сrowd funding — народное финансирование. В данном контексте значит, что все участники исследования добровольно вложились в него, чтобы поддержать проект. Делал ли кто-нибудь что-то похожее в нашей стране?

***  

Рассматриваю лабораторию, расположенную в свежеотремонтированном цехе Трехгорной мануфактуры: пятиметровые потолки, огромная лофт-студия, наполненная воздухом. Много стекла, стильные кирпичные стены. Здесь, помимо биоинформатиков, трудятся люди и других творческих профессий: айтишники, дизайнеры. Тут же, в этом общем пространстве, — небольшое кафе. Лаборатория — в отделенной от других стеклом небольшой комнатке. Кажется, появилась новая генерация исследователей, подхватившая традиции отцов, но творчески все переосмыслившая. Это новый, необычный мир, где всему есть место: науке, искусству и даже спорту. Здесь же, в лаборатории — гоночный велосипед Дмитрия. На стене — его медали за победу в триатлонных гонках Ironman. 

“Это известная международная гонка, — пояснил Дмитрий. — Австрия, Майорка, Германия… Надо проплыть четыре километра, 180 — проехать на велике и пробежать марафон. Велогонка обычно проходит в горах. Средняя скорость где-то 32-33 километра в час, а максимальная, с горки, до 85, на моем велике не страшно ехать, потом он начинает “укатываться”… В последнее время я все меньше внимания уделяю этим соревнованиям. К сожалению”. 

*** 

Активное отношение к жизни, несомненно, привлекает молодых людей. “Привет, меня зовут Дима Алексеев, я заведующий лабораторией”, — показывает исследователь очередной видеоролик. И поясняет: “Мы стали приманивать ребят. У нас началась борьба за студентов, мы каждый год снимаем для них что-нибудь, чтобы показать, что у нас классно, чтобы они пришли. Первое время, когда я только начинал читать на Физтехе курс по биоинформатике, он был альтернативным. Я рассказывал про технологии секвенирования, алгоритмы. А потом все это вошло в обязательную программу. И мои аспиранты напряглись, придумали новые задачки, на современном научном и технологическом уровне. Теперь я смотрю, как студенты решают их, и вижу, что их это увлекает. Когда моя лаборатория на Физтехе заработает на полную катушку, у нас будет с ними еще больше времени, чтобы сделать что-то интересное в науке. Тогда следующая наша встреча будет уже в Долгопрудном”.

***

“Пребиотики помогают при нарушениях кишечной микрофлоры?” — интересуюсь у исследователя. И совершенно неожиданный ответ. Дмитрий сам иногда оказывается в ситуации, когда ему требуется восстановительное лечение антибиотиками, а потом — восстановление после антибиотиков. 

“У меня было четыре перелома. То с велосипеда падаю, то с мотоцикла. Последний раз это случилось в Парке Горького: поскользнулся на велосипеде на разметке и сломал руку. Это был четвертый перелом, уже не страшно. Подъехал мой друг, я ему говорю: “Так, диагностика: я сломал руку, вот здесь, могу сам на велике ехать в травмпункт”. Там показываю — вот, сломался, почините. А когда я ломал плечо, то мне вставляли металлические штифты. Чтобы не было воспалительного процесса, нужны были антибиотики. Если при воспалительном процессе врачи выписывают антибиотики, которые убивают микрофлору, то после них, как правило, рекомендуется восстановительный курс пребиотиков. 

Мы делали анализ публикаций по пребиотикам и увидели, что в 70% случаев они помогают. Дело в том, что бактерии кишечника приспособились переваривать пищевые волокна. Чем разнообразнее эти волокна, тем разнообразнее бактериальный состав. Это разнообразие делает систему более устойчивой: если бы только один тип бактерий поедал все виды пищи, то при малейшем изменении система могла бы погибнуть. 

Конечно, для большей эффективности восстанавливающих препаратов нужно делать анализ микрофлоры, чтобы понять, какие бактерии остались у пациента, и кормить микробы “правильными” пребиотиками”.

*** 

Казалось бы, уже само изучение микробиоты имеет практическое значение. Однако наука пока не дает четкого ответа на вопрос, чем же отличается микробиота больных людей от здоровых. Довольно много известно о микроорганизмах внутри нас, но еще больше предстоит узнать. В каждом из нас их живет от одного до трех килограммов. Это триллионы микробов. Изучить их взаимодействие между собой, а также с клетками организма, в котором они обитают, — задача не из простых. Научившись это делать, человек, скорее всего, сможет более точно диагностировать и лечить различные заболевания

Существенный шаг в этом направлении сделан еще в одной работе ученых МФТИ и Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики, принятой к публикации в журнале “Oxford. Bioinformatics”. 

Дмитрий Алексеев рассказал об этой публикации: “Мы создали алгоритм, позволяющий анализировать и сравнивать сотни микробиомов друг с другом. Программа собирает последовательности ДНК и выделяет те, что хорошо отличаются друг от друга. Наш алгоритм позволяет обрабатывать большие массивы данных и получать точные результаты. В этом направлении мы будем продолжать работу. 

Ну что, а теперь пойдемте на крышу?”