«Микробное население»: как ученые нашли в киевском метро неизвестные науке бактерии

Но на этот раз анализы берут у поверхностей метрополитена. Собранные со всего мира образцы отправляют в Нью-Йорк. Там исследователи «прочитывают» генетический материал, который удалось собрать с лавочек, стен или автоматов для продажи билетов. В нем — гены бактерий и вирусов. И яблока, которое упало на пол — тоже.

Проект называется MetaSUB (Metagenomics and Metadesign of Subways and Urban Biomes). Его цель — разобраться, какие же бактерии населяют метрополитены мира, и понять, что же это может значить для нас.

Вместе с Киевом участие в проекте принимают более полусотни городов на разных континентах. А во многих других городах мира, где нет метрополитена, проводятся родственные проекты: исследуют «микробное население» наземного транспорта — автобусов, трамваев, электричек.

Сибирская язва в нью-йоркском метро?

Эти исследования наделали шума среди общественности в 2015 году, когда во многих мировых СМИ вышли статьи с заголовками вроде «В нью-йоркском метро найден возбудитель сибирской язвы». Дыма без огня не было, но речь тогда не шла о террористическом акте или о возможности заболеть опасной болезнью. Но об этом — чуть позже.

За пять лет до этого доктор Кристофер Мэйсон из Корнельского университета забирал дочь из садика. И увидел (вряд ли в первый раз), как она тянет в рот разные игрушки, а потом их берут в рот другие дети. Тогда он поставил себе вопрос, который задают многие другие родители во всем мире: «Что находится на поверхности этих игрушек и на других окружающих нас поверхностях, и как много из этого моя дочь вбирает в себя каждый день?»

Так родился проект PathoMap — предшественник MetaSUB. В его рамках ученые собрали генетический материал с различных поверхностей почти полутысячи станций нью-йоркского метро, чтобы понять, а что же там есть?

Генетический пазл

Собранные учеными образцы поступают в лабораторию, где с помощью технологий секвенирования (то есть «чтения» последовательностей ДНК и РНК) определяют генетический материал, который попал в образец.

Важно понимать, что в образце оказываются не целые геномы той или иной бактерии или вируса (это было бы слишком просто), а их фрагменты разного размера. Это примерно, как если бы текст случайным образом порвали на отдельные куски.

Затем с помощью сложных алгоритмов исследователи находят фрагменты «генетического текста», которые дополняют друг друга, складывают их и сравнивают полученные геномы с имеющимися в базах данных. Если они совпадают — вы знаете, что этот организм был в вашем образце.

Но не все так просто. Вы почти наверняка слышали, что геномы шимпанзе и человека совпадают примерно на 98%. Это значит, что определенные участки генома шимпанзе невозможно отличить от аналогичных в геноме человека. С бактериями и другими организмами похожая ситуация. Например, возбудитель сибирской язвы — бактерия Bacillus anthracis имеет много одинаковых участков генома с другими бактериями, не способными вызывать заболевания.

Алгоритмы, которые использовала группа Кристофера Мейсона, «составили» из фрагментов «генетического текста», в числе прочих микроорганизмов, и возбудителя сибирской язвы, и возбудителя чумы — бактерию Yersinia pestis. Возможно, другие алгоритмы выдали бы другой результат — без этих «страшных» бактерий.

Нельзя исключить и того, что в нью-йоркском метро действительно каким-то образом оставили свой геном именно эти болезнетворные бактерии. Но это не значит, что людям там находиться опасно — заражение возможно только при ряде условий. И если бы кто-то в Нью-Йорке заболел чумой, весь мир точно бы об этом узнал.

Кстати, на станции метро «Контрактовая площадь» в Киеве также нашли геном чумной палочки — так же, как и в наземном транспорте Новой Зеландии и Нигерии. В этом любой может убедиться с помощью специальной базы данных, созданной по результатам проекта MetaSUB, где можно посмотреть карту микробов по всему миру.

«Население» киевского метро

В Украине проект MetaSUB работает с 2017 года и пока ограничивается только киевским метрополитеном. Его координатор Алина Фролова из Института молекулярной биологии и генетики НАНУ говорит, что проект фактически держится на волонтерах, которые собирают образцы, потому что им интересно это исследование и они считают его важным. Также она была очень приятно удивлена, с каким пониманием отнеслось руководство метрополитена к такому необычному исследованию и как легко пошло навстречу.

Что же касается «микробного населения» станций киевского метро, то каких-то сенсаций здесь искать не стоит. По крайней мере теперь, когда мы знаем, откуда там берутся геномы возбудителей страшных болезней.

От 10% до 80% геномов в образцах из столичного метро — это микроорганизмы, которые не удается идентифицировать по базам данных. Другими словами, это что-то неизвестное науке. Но и здесь нет никакой сенсации, потому что в других метрополитенах, а также в естественной среде обитает много неизвестных нам бактерий, которых исследователи находят только в виде «обломков генов». Чаще всего их невозможно культивировать (выращивать в лаборатории), поэтому никто точно не может сказать, что же это за организмы и каковы их свойства.

Одна из главных задач проекта MetaSUB — разобраться, кто живет рядом с нами и с кем мы постоянно контактируем.

Из известных науке бактерий, которые находят в киевском метро, около 80% — это бактерии, живущие на коже человека или в его дыхательных путях. Обычно они не вызывают каких-либо болезней. Эти же бактерии находят и в других метрополитенах мира.

Вместе с тем любое метро имеет свои характерные пропорции тех или иных групп микроорганизмов. По такой «подписи» можно определить, из какого именно города происходит образец. Это открывает перспективы использования таких анализов, например, в криминалистике.

Еще одна важная задача проекта — исследовать распространение генов антибиотикорезистентности. То есть, тех генов, которые делают бактерий устойчивыми к антибиотикам. По словам Алины Фроловой, в киевском метро таких генов не слишком много по сравнению с другими метрополитенами мира.

Наконец, проект может дать новые полезные идеи для архитекторов, дизайнеров и других специалистов, которые отвечают за жизнь города. Какие материалы стоит использовать в метро, а какие — нет? Безопасно ли строить больницы рядом со станциями метро? Какие факторы делают метро более безопасным, а какие — наоборот? Это лишь некоторые из вопросов, на которые может дать ответ проект MetaSUB.

Алина Фролова говорит, что значительно больше мы узнаем о «микробном населении» киевского метро лет через пять, когда увидим данные в динамике.