Микробиом. То, что убивает, и то, что делает нас сильнее - Игорь Олегович Стома

ее основателей, Гордон Мур, сделал немало для создания современных компьютеров. Скорость обработки данных стала новой технологической гонкой для ведущих стран мира в XX веке. Помните историю времен Второй мировой войны, когда код немецкой шифровальной машины «Энигма» долгое время не могли взломать лучшие специалисты войск союзников. В итоге шифры, созданные этой надежной машиной, немцы передавали чуть ли не в открытую, нисколько не сомневаясь, что человек не сможет разгадать ее код. Человек, возможно, и нет. Но компьютерные системы способны расшифровать практически все, что было зашифровано. Вопрос только в скорости обработки данных и времени на обработку. Если компьютерная разгадка кода займет 150 лет работы машинного времени при имеющейся мощности, то каков ее практический смысл? Как раз в попытке разгадать код «Энигмы» и был создан один из прообразов современного компьютера. Это было в 1936 году, и автором первой модели компьютера общего назначения был талантливый британский математик Алан Тьюринг. Сегодня премия Тьюринга – самая престижная научная награда в мире в области информатики.

А далее все начало ускоряться с развитием индустрии микропроцессоров. Именно количество транзисторов на процессоре определяло скорость обработки больших объемов данных. В 1965 году вышеупомянутый Гордон Мур предложил так называемый «закон Мура», и в актуальном варианте он звучит следующим образом: «количество транзисторов в кристалле микропроцессора удваивается каждые два года».

А какое отношение это имеет к микробам и медицине? Дело в том, что прогресс медицины совершает скачок сразу после прогресса в новых физических, технических или биоинформационных сферах. Сначала новый метод «проходит обкатку» в научных лабораториях, о нем пишутся научные статьи. Стоимость метода в начале пути остается часто неподъемной для рутинной медицины. А потом все быстро меняется, и за пару десятилетий новый метод входит в практику больниц, клинические рекомендации для врачей и ощутимо дешевеет в связи с массовым производством и конкуренцией на рынке. Известным примером является полимеразная цепная реакция (ПЦР), метод диагностики инфекционных болезней, а именно метод выявления ДНК или РНК микробов в образце. Совсем недавно, лет 20 тому назад, это был прорывной, инновационный метод, на тему его использования в диагностике инфекций писались диссертации. Стоимость его использования в расчете на одного пациента была высокая, да и ПЦР-лаборатории с подготовленными сотрудниками были только в крупных научных центрах, а не в каждой больнице. А что сейчас? Стоимость ПЦР-диагностики резко снизилась, реагенты и оборудование стали доступны, появились четкие протоколы и критерии оценки результатов. По итогу, пиком популярности ПЦР стала пандемия COVID-19, когда даже очень далекие от медицины люди узнали, что это такое. Сегодня это рутинный метод диагностики инфекционных болезней для любого серьезного стационара.

Рис. 45. Закон Гордона Мура: количество транзисторов в кристалле микропроцессора удваивается каждые два года.

Системному же изучению микробиома как научного направления пока что всего чуть более десяти лет. И аппаратура (секвенаторы нового поколения), и реагенты, и методы подготовки материала пока сложные, доступные небольшому количеству экспертов, и, главное, дорогие. Но уже на наших глазах, проявляется «закон Гордона Мура» в действии. Стоимость секвенирования, на примере определения полного генома человека, ощутимо снижается, от миллионов долларов к тысячам. На рынок выходят новые аппараты, конкуренция между производителями растет, пополняются базы данных генетической информации. Поэтому и определение состава микробиома сегодня уже стало вполне доступной для многих процедурой, активно идет процесс внедрения в клиническую практику. Да и на платной основе кто же из нас не захочет узнать, что за микробы живут у него внутри, на какие процессы они влияют и, главное, к каким болезням могут привести? Ведь тогда мы сможем более эффективно на это влиять. Да и, честно говоря, поменять свой микробиом в сторону здорового состава, чтобы жить дольше и качественнее, кажется намного безопаснее, чем поменять свой собственный геном. Хотя и генная терапия уже вышла за пределы официальных лабораторий. А любая новая технология, даже если ее использование начинает контролировать орган-регулятор (государственный орган), все равно, как вода, найдет трещину и просочится в окружающий мир. И мы знаем, что наверняка технологии генной терапии и даже профилактики болезней уже используются в ряде стран неофициально, как и другие генетические технологии. Полученное человечеством знание, как ящик Пандоры, уже не закрыть.

Сначала это будет доступно богатым и обличенным властью, а потом всем остальным, но только если человечество будет разумным на уровне общества. Потому что есть и другой прогноз, антиутопический. Великий писатель-фантаст Герберт Уэллс описал его в 1895 году в романе «Машина времени». Суть его идеи в том, что доступ к достижениям научного прогресса в будущем будет распределяться неравномерно, и в результате социального неравенства человечество разделится на два биологических вида: элои и морлоки. Элои – потомки элиты общества, высокоинтеллектуальные, красивые внешне, не приспособлены к физическому труду. Морлоки – потомки рабочих, меньшего размера, чем люди, проживают под землей и обслуживают работу сложных механизмов. А теперь представьте, что с помощью генной инженерии можно «заказать» для своего ребенка определенные качества. И это не только цвет глаз, волос и кожи. Что если с помощью генного вмешательства можно повысить интеллект своего будущего ребенка, коммуникативность, силу, выносливость, волевые качества, устойчивость к инфекциям и раковым заболеваниям, а также запрограммировать продолжительность его жизни на 150 лет? Как вы думаете, те люди, у кого были бы финансовые возможности этим воспользоваться, отказались бы от этого или нет? А те, кто не сможет позволить себе такие технологии, получается, будет жить меньше, болеть чаще, и достигать меньших успехов в жизненных испытаниях. Вот и «элои» и «морлоки» будущего. И такие технологии появляются сегодня на наших глазах. Так что этот научный прогресс идет, хотят этого государства и общественные лидеры или нет. Увидим, история творится на наших глазах.

Рис. 47. Динамика стоимости определения полного генома человека методом секвенирования: закон Гордона Мура в действии в медицине. Адаптировано из Angiuoli SV et al. (2011) Resources and Costs for Microbial Sequence Analysis Evaluated Using Virtual Machines and Cloud Computing. PLOS ONE 6(10): e26624.

Итак, по итогам секвенирования добываются огромные массивы смешанных генетических данных от всех микробов в образце. И дальше этот массив «big data» c помощью методов биоинформатики обрабатывают специалисты. По сути, «ищут иголку в стогу сена», то есть выявляют закономерности в огромном «винегрете» из генетического кода. Здесь, кстати, тоже нужны мощные компьютеры, но гораздо важнее «мощные» мозги у врачей, биологов и биоинформатиков. Похоже, что будущее еще и за искусственным интеллектом и машинным обучением. Возможно, что «тяжелую» работу в будущей науке возьмут на себя эти системы, а исследователю надо будет задавать