Бактерии, эукариоты и археи — три основные домена (главные ветви) биологической жизни на Земле. Первые — одноклеточные микроорганизмы, прокариоты, то есть у них нет ядра. Вторые — домен, в который входят все многоклеточные организмы, включая людей, животных и растения. Их клетки обладают оформленным ядром и мембранными органеллами. Третий домен — одноклеточные существа, как бактерии, и у них тоже нет оформленного ядра. Но при этом археи ближе к эукариотам по ряду внутренних признаков. Существует даже гипотеза, что первые эукариоты появились, когда археи «проглотили» бактерии, превратив их в митохондрии.
Археи выживают в самых экстремальных условиях Земли — в кипящих источниках, кислотных озерах, вечной мерзлоте. Миллионы их живут и внутри нас, в кишечнике, где они помогают пищеварению, поедая побочные продукты работы бактерий и выделяя метан. Но в отличие от бактерий и вирусов, которых давно подозревают в связи с множеством болезней — от рака и диабета до ожирения и проблем с сердцем, — археи оставались в тени.
Археям ученые почти не уделяли внимания. Многие специалисты вообще отфильтровывают их из образцов. Это кажется ошибкой. Авторы некоторых научных работ указывали на связь архей с болезнями. Их замечали у людей с болезнью Паркинсона, с инфекциями мочевых путей, с воспалением десен. И, что особенно важно, с колоректальным раком — одним из самых распространенных и смертоносных видов онкологических заболеваний.
Статья по теме: Сложные экосистемы существовали на Земле уже 3,4 миллиарда лет назад
Международная команда исследователей под руководством Рокси Мохаммадзаде (Roxy Mohammadzadeh) из Медицинского университета Граца в Австрии провела масштабный анализ. Ученые пересмотрели 19 клинических исследований, охвативших более 1800 человек. Они искали генетические следы архей в кишечнике, чтобы понять, какие из них могут быть связаны с болезнями.
Результаты оказались неоднозначными. Связи между археями и различными заболеваниями действительно встречаются, но повторяются не всегда. Однако в случае колоректального рака команда нашла устойчивый и однозначный сигнал — у больных почти всегда присутствует архея под названием Methanobrevibacter smithii.
Этот микроорганизм активно участвует в пищеварении. Он «поедает» продукты бактериального брожения — водород и углекислый газ, а взамен выделяет метан. Раньше считали, что этим все и ограничивается. Но авторы нового исследования показали, что Methanobrevibacter smithii может влиять на другие бактерии, связанные с онкозаболеваниями.
Исследователи смоделировали и воспроизвели в лаборатории взаимодействия M. smithii с тремя видами бактерий: Bacteroides fragilis, Escherichia coli и Fusobacterium nucleatum. Все они уже ассоциировались с развитием рака кишечника. Но особенно ярким оказался эффект в паре с F. nucleatum.
Статья по теме: Ученые открыли противогрибковую молекулу в листьях водяных лилий
В присутствии археи F. nucleatum начинала выделять в больших количествах вещество под названием сукцинат. Это важная сигнальная молекула, связанная с обменом веществ. У здорового человека сукцинат регулирует клеточные процессы. Но при онкозаболевании он действует иначе — усиливает агрессивность опухоли и помогает ей проникать в другие ткани.
Это первое исследование, где ученые не просто нашли архею рядом с опухолью, а объяснили, как она может способствовать развитию болезни. То есть получили прямое доказательство того, что археи могут влиять на состояние человека, в том числе и в контексте онкозаболеваний.
Ранее уже находили следы M. smithii у больных колоректальным раком. Но все эти данные были лишь статистикой. Теперь у исследователей есть конкретный механизм. Это приближает науку к пониманию того, как микробы влияют на развитие опухолевых клеток.
Статья по теме: Как Луи Пастер открыл тайну воздушных микробов
Однако, нужны дополнительные исследования, чтобы точно определить, как M. smithii ведет себя в кишечнике и почему ее становится больше у онкологических больных.
Открытие роли M. smithii в развитии колоректального рака — это не просто еще одна деталь в сложной картине онкологических заболеваний. Это своего рода сдвиг в понимании микробиома человека.
Выводы команды Мохаммадзаде разрушают устоявшийся миф о «безвредности» архей и выталкивают целый третий домен жизни из тени бактерий и вирусов на передний край биомедицинских исследований. Теперь ясно: странные древние микробы, наши незаметные сожители, способны на большее, чем просто помощь в переваривании пищи. Они могут становиться невольными или активными соучастниками тяжелых недугов.
Научная работа опубликована на сайте электронного архива научных статей и их препринтов по биологии bioRxiv.org.