Mikrobiom. Najmniejsze organizmy, które rządzą światem ebook

Seria #nauka

Wydawca dziękuje Pani Monice Grzebyk, doktorantce w Katedrze Mikrobiologii UJ CM, za konsultację merytoryczną.

Projekt serii Marta Jaszczuk

Projekt okładki Sebastian Wojnowski

Tytuł oryginału I Contain Multitudes. The Microbes Within Us and a Grander View of Life

Copyright © Ed Yong 2016

© Copyright for Polish Translation and Edition by Wydawnictwo Uniwersytetu Jagiellońskiego Wydanie I, Kraków 2018 All rights reserved

Niniejszy utwór ani żaden jego fragment nie może być reprodukowany, przetwarzany i rozpowszechniany w jakikolwiek sposób za pomocą urządzeń elektronicznych, mechanicznych, kopiujących, nagrywających i innych oraz nie może być przechowywany w żadnym systemie informatycznym bez uprzedniej pisemnej zgody Wydawcy.

ISBN 978-83-233-4358-5

www.wuj.pl

Wydawnictwo Uniwersytetu Jagiellońskiego Redakcja: ul. Michałowskiego 9/2, 31-126 Kraków tel. 12-663-23-80, 12-663-23-82, tel./fax 12-663-23-83 Dystrybucja: tel. 12-631-01-97, tel./fax 12-631-01-98 tel. kom. 506-006-674, e-mail: [email protected] Konto: PEKAO SA, nr 80 1240 4722 1111 0000 4856 3325

DlaMamy

Prolog – wycieczka do zoo

Baba ani drgnie. Nie przejmuje się chmarą zgromadzonych wokół niego podekscytowanych dzieciaków. Nie robi na nim wrażenia upał kalifornijskiego lata. Nie przeszkadzają mu patyczki higieniczne, którymi pocierane są jego pyszczek, ciało iłapki. Ta nonszalancja jest uzasadniona, ponieważ Baba prowadzi bezpieczne iwygodne życie. Mieszka wogrodzie zoologicznym wSan Diego, ma pancerną zbroję iwtej chwili jest owinięty wokół talii swojego opiekuna. Baba to łuskowiec nadrzewny – absolutnie ujmujące zwierzę, które wygląda jak skrzyżowanie mrówkojada iszyszki sosnowej. Jest wielkości niedużego kota. Jego czarne oczka wydają się przepełnione smutkiem, asierść obramowująca policzki przypomina niezdyscyplinowane bokobrody. Różowa mordka zwęża się wbezzębny ryjek, dobrze przystosowany do siorbania mrówek itermitów. Krótkie imasywne przednie łapy są zakończone długimi, zakrzywionymi pazurami służącymi do uczepiania się pni drzew oraz atakowania owadzich gniazd, adługi ogon przydaje się do zwisania zgałęzi (lub zaprzyjaźnionych opiekunów wzoo).

Najbardziej charakterystyczną cechą tego zwierzęcia są jednak łuski. Pokrywają jego głowę, ciało, kończyny iogon: bladopomarańczowe, nachodzące na siebie płytki tworzą wyjątkowo wytrzymałą warstwę ochronną. Są ztego samego materiału co nasze paznokcie – zkeratyny. Izwyglądu iwdotyku rzeczywiście przypominają paznokcie, tyle że duże, polakierowane iokropnie poobgryzane. Każda łuska jest elastycznie, ale mocno przymocowana do ciała, więc gdy przesuwam dłonią po grzbiecie zwierzątka, opadają izpowrotem się podnoszą. Gdybym pogłaskał go wprzeciwnym kierunku, prawdopodobnie bym się zaciął – wiele ztych łusek ma ostre krawędzie. Tylko mordka, brzuch iłapki Baby nie są chronione, ale wrazie potrzeby mógłby je złatwością osłonić, zwijając się wkulkę. To właśnie od tej umiejętności wzięła się jego angielska nazwa: pangolin pochodzi od malajskiego słowa pengguling oznaczającego „coś, co się zwija”.

Baba jest jednym ze zwierzęcych ambasadorów zoo wSan Diego – wyjątkowo potulnych idobrze wytresowanych osobników, które występują publicznie. Opiekunowie często zabierają go do domów spokojnej starości oraz dziecięcych szpitali, żeby rozweselić chorych iprzedstawić im niezwykłe zwierzęta. Ale dziś łuskowiec ma wolne. Siedzi owinięty wokół pasa swojego opiekuna, niczym najdziwniejsza na świecie szarfa smokingowa, aRob Knight delikatnie przeciera mu bok pyszczka patyczkiem kosmetycznym. „To jeden ztych gatunków, które zauroczyły mnie, kiedy jeszcze byłem dzieckiem: sam fakt, że takie stworzenie wogóle istnieje” – mówi.

Knight – wysoki, chudy, krótko ostrzyżony Nowozelandczyk – jest badaczem mikroskopijnego życia, koneserem niewidzialnego. Zajmuje się bakteriami iinnymi mikroskopijnymi organizmami – mikroorganizmami, awszczególności zafascynowany jest tymi, które żyją na ciałach zwierząt lub wich wnętrzu. By móc je badać, musi je najpierw zebrać. Kolekcjonerzy motyli używają siatek isłoików, aKnight stosuje wymazówki – podobne do patyczków kosmetycznych, ale sterylne. Sięga małym wacikiem do pyszczka Baby iturla patyczek po nosie zwierzęcia przez kilka sekund – wystarczająco długo, by na końcówce nagromadziły się bakterie łuskowca. Wtym momencie pomiędzy białymi włoskami znalazły się tysiące, jeśli nie miliony mikroskopijnych komórek. Knight wykonuje delikatne ruchy, żeby nie zaniepokoić łuskowca. Baba nie mógł­by wyglądać na mniej zaniepokojonego, nawet gdyby się bardzo starał. Mam wrażenie, że nawet gdyby tuż obok wybuchła bomba, co najwyżej lekko by się wzdrygnął.

Baba nie jest tylko łuskowcem. Jest także nieprzebraną masą mikroorganizmów. Niektóre znich żyją wciele zwierzęcia, głównie wjego przewodzie pokarmowym. Inne bytują na powierzchni: na mordce, brzuszku, łapkach, pazurach iłuskach. Knight pobiera wymaz zkażdego ztych miejsc. Wiele razy pobierał również wymaz zwłasnego ciała, ponieważ on także gości społeczności mikroorganizmów. Tak samo jak ja. Tak samo jak każde zwierzę wtym zoo. Jak każde stworzenie na tej planecie zwyjątkiem kilku okazów laboratoryjnych, które naukowcy celowo rozmnażają tak, żeby pozostały sterylne.

Każdy znas ma liczną menażerię mikroorganizmów, znaną jako mikrobiota lub mikrobiom1. Żyją na nas, wnaszych ciałach, aczasem iwe wnętrzu naszych komórek. Ogromna większość znich to bakterie, ale są to również inne malutkie organizmy, wtym grzyby (takie jak drożdże) czy archeony, tajemnicza grupa, którą później jeszcze spotkamy. Są także wirusy, wniemierzalnych ilościach – wirom, który infekuje wszystkie inne mikroorganizmy, aod czasu do czasu także komórki gospodarza. Nie widzimy żadnej ztych maleńkich drobin. Gdyby jednak nasze własne komórki miały nagle zniknąć, być może te drobiny byłyby dostrzegalne wpostaci widmowego migotania mikroorganizmów, tworzącego zarys, nieobecnego teraz, zwierzęcego ciała2.

Wniektórych przypadkach zniknięcie tych zwierzęcych komórek byłoby ledwie zauważalne. Gąbki należą do najprostszych zwierząt, znieruchomymi ciałami grubości nie większej niż kilka komórek. Żyje wnich doskonale rozwijający się mikrobiom3. Czasami, jeżeli spojrzeć na gąbkę pod mikroskopem, ledwie można dostrzec zwierzę pod pokrywającymi je mikroorganizmami. Jeszcze prostsze płaskowce – będące właściwie pokrytymi wydzieliną płytkami zkilku warstw komórek – wyglądają jak ameby, jednak – tak samo jak my – są zwierzętami. Ione również mają mikrobiotycznych partnerów. Mrówki żyją wkoloniach, wktórych mogą być ich miliony, jednak każda pojedyncza mrówka jest kolonią samą wsobie. Niedźwiedź polarny wlokący się samotnie przez Arktykę, ze wszech stron otoczony lodem, wrzeczywistości jest całkowicie pokryty mikroorganizmami. Gęsi tybetańskie przenoszą mikroorganizmy nad Himalajami, asłoń morski zabiera je wgłębiny oceanu. Kiedy Neil Armstrong iBuzz Aldrin stanęli na Księżycu, był to również wielki skok dla mikroorganizmów.

Orson Welles mylił się, mówiąc: „Tak naprawdę rodzimy się samotni, żyjemy samotni iumieramy samotni”. Nawet kiedy jesteśmy sami, nigdy nie jesteśmy samotni. Istniejemy wsymbiozie: to cudowny termin odnoszący się do kilku organizmów żyjących razem. Niektóre zwierzęta zostają skolonizowane przez mikroorganizmy jeszcze jako niezapłodnione jaja, inne spotykają pierwszych partnerów wchwili narodzin. Kiedy jemy, one także się pożywiają. Kiedy podróżujemy, jadą znami. Gdy umieramy, to one nas zjadają. Każdy znas jest ogrodem zoologicznym – kolonią zamkniętą wjednym ciele. Wielogatunkowym kolektywem. Całym światem.

Te pojęcia trudno przyswoić, zwłaszcza że my, ludzie, jesteśmy gatunkiem ogólnoświatowym. Nasz zasięg nie zna granic. Dotarliśmy do każdego zakątka błękitnej planety, aniektórzy znas nawet ją opuścili. Zastanawianie się nad istnieniami, które trwają wjelicie lub wpojedynczej komórce, albo myślenie owłasnych częściach ciała jako opofałdowanym krajobrazie może wydawać się dziwne. Ajednak tak to właśnie wygląda. Ziemia mieści bogactwo różnorodnych ekosystemów: lasy deszczowe, stepy, rafy koralowe, pustynie, słone bagna – każdy zwłasnym szczególnym zespołem gatunków. Jednakże pojedyncze zwierzę także jest pełne ekosystemów. Skóra, usta, trzewia, genitalia, wszystkie organy, które łączą się ze światem zewnętrznym: każdy znich ma własny charakterystyczny zespół mikroorganizmów4. Wszystkie te koncepcje, których ekologowie używają do opisania ekosystemów na skalę kontynentalną, tych widocznych zsatelitów, mają zastosowanie także do ekosystemów wnaszych ciałach, na które patrzymy przez mikroskopy. Możemy mówić oróżnorodności gatunków mikroorganizmów. Możemy rysować sieci zależności pokarmowych, wktórych różne organizmy zjadają się ikarmią nawzajem. Możemy wybrać kluczowe mikroorganizmy, które wywierają niewspółmiernie duży wpływ na swoje środowisko – odpowiedniki wydr morskich czy wilków. Możemy traktować mikroorganizmy wywołujące choroby – patogeny – jako gatunki inwazyjne, niczym ropuchy olbrzymie lub mrówki ogniste. Możemy porównywać przewód pokarmowy osoby cierpiącej na nieswoiste zapalenie jelit do umierającej rafy koralowej lub leżącego odłogiem pola – to przecież wyniszczony ekosystem, wktórym równowaga organizmów została poważnie zachwiana.

Te podobieństwa oznaczają, że kiedy patrzymy na termita, gąbkę czy mysz, patrzymy także na siebie. Mikroorganizmy tych stworzeń mogą być odmienne od naszych, jednak naszymi sojuszami rządzą te same zasady. Badając kałamarnicę zluminescencyjnymi bakteriami, które świecą tylko wnocy, możemy dowiedzieć się czegoś ocodziennych fluktuacjach bakterii wnaszym przewodzie pokarmowym. Rafa koralowa, której ­mikroorganizmy zaczynają szaleć zpowodu zanieczyszczenia lub nadmiernego odławiania ryb, daje wskazówki co do chaosu ogarniającego nasz przewód pokarmowy po połknięciu niezdrowego jedzenia lub antybiotyków. Mysz, której zachowanie zmienia się pod wpływem mikroorganizmów bytujących wjej przewodzie pokarmowym, może nam pokazać coś związanego zmackami wpływów, jakie nasi towarzysze wywierają na nasze umysły. Poprzez mikroorganizmy znajdujemy wspólnotę zinnymi mieszkańcami tej planety, mimo że prowadzimy niezwykle odmienny tryb życia. Żadne życie nie mija wizolacji – zawsze istnieje wkontekście mikroorganizmów izawsze wiąże się znieustannymi negocjacjami pomiędzy małymi idużymi gatunkami. Mikroorganizmy poruszają się także pomiędzy zwierzętami, pomiędzy naszymi ciałami aziemią, powietrzem, budynkami iinnymi otaczającymi nas środowiskami. Łączą nas ze sobą ize światem.