Книга: Микробы хорошие и плохие. Наше здоровье и выживание в мире бактерий.



Микробы хорошие и плохие. Наше здоровье и выживание в мире бактерий.

Улучшение санитарных условий и антибиотики привели к эпохальному повышению продолжительности жизни людей, но при этом послужили причиной новых проблем со здоровьем, нарушив тонкое, вековое равновесие, сложившееся и между микроорганизмами, живущими внутри нас, и в окружающей среде. В итоге устойчивость микроорганизмов к антибиотикам стала одной из самых серьезных медицинских проблем нашего времени. Книга “Микробы хорошие и плохие” посвящена не только этой проблеме, но и так называемой “гигиенической гипотезе”, согласно которой нынешний прогрессирующий всплеск иммунных и других заболеваний связан с нашей чрезмерной заботой об улучшении санитарных условий.

Рассказывая о том, что в нашей войне с микробами пошло совсем не так, как надо, Джессика Снайдер Сакс раскрывает перед читателями складывающиеся сегодня представления о симбиотических отношениях человеческого организма и населяющих его микробов, число которых, кстати, превосходит число наших собственных клеток в девять раз! Кроме того, автор этой книги подает нам надежду на то, что в будущем люди научатся создавать и использовать антибиотики более благоразумно, и даже на та, что когда-нибудь мы сможем заменить противобактериальные и дезинфицирующие средства бактериальными, каждое из которых будет специально разработано так, чтобы обеспечивать наилучшую заботу о нашем здоровье.

Семь ключевых терминов и понятий

Краткое введение в мир микробов

антибиотики В этой книге я использую термин “антибиотики” в нестрогом смысле — для обозначения любых противобактериальных препаратов. Люди, склонные к педантизму в таких вопросах, могут использовать термин “бактерицидные средства” для синтетических противобактериальных препаратов и “антибиотики” — для противобактериальных веществ, синтезируемых живыми организмами, такими как грибы и почвенные бактерии.

археи Похожие на бактерий организмы, разделившиеся с настоящими бактериями на раннем этапе эволюции жизни на Земле. Некоторые из них знамениты своей способностью выдерживать очень высокие температуры, другие — умением выделять метан. Среди архей не известно ни одного возбудителя заболеваний, но некоторые из них поселяются у нас во рту и в кишечнике. Когда я говорю о бактериях в целом, я для простоты включаю в их число и архей.

вирусы Инфекционные частицы, состоящие из генетического материала (ДНК или РНК), заключенного в белковую оболочку. В строгом смысле вирусы не живые, но могут вызывать заболевания, если они попадают в клетки и их генетический материал переключает клещ на производство новых вирусных частиц. Бактериофаги — это вирусы заражающие бактерий, поэтому в этой книге им уделено особое внимание.

микробы. Нестрогий термин, обозначающий любые микроорганизмы.

микроорганизмы. Микроскопические организмы, к которым относятся как прокариоты (бактерии), так и эукариоты, в том числе паразитические грибы (возбудители молочницы, стригущего лишая и других болезней) и протисты (возбудители малярии, лямблиоза и тому подобного]. Некоторые ученые относят сюда и вирусов, но я не отношу, потому что вирусы не организмы в том смысле, что они не живые.

Пролог. Поражения в победоносной войне

История Рики

В тот морозный день 6 декабря 2003 года Тереза Лан- нетти заняла место на открытой трибуне для болельщиков команды хозяев на стадионе “Персон” в лесистом городке Уильямспорт в Пенсильвании. Как и все окружающие, она пришла болеть за “воинов” колледжа Лайкоминг в четвертьфинале их секции чемпионата по американскому футболу Национальной спортивной ассоциации, где они играли против “орлов” из Бриджуотера. Но на этот раз Тереза не стала искать в толпе других родителей, с которыми она успела подружиться за последние три года. Она знала, что мало кто ожидает встретить ее здесь и некоторых может смутить ее присутствие.

Прошлой ночью в отделении реанимации местной муниципальной больницы Тереза обняла Шона Хеннигара, жившего с ее сыном в одной комнате, и сказала, что хорошо бы ему заработать на следующий день для своей команды тачдаун — за Рики. Утром Тереза поняла, что ей лучше остаться в Уильямспорте и погрузиться в привычные звуки игры. Она видела, как игроки команды, за которую раньше играл Рики, выбежали на поле из раздевалки, видела стиснутые зубы и сжатые кулаки его лучших друзей и тут же заметила цифру 19, нарисованную черной краской у них на руках, рукавах и шортах. Чирлидеры поднялись со своих мест, приветствуя команду, и на спинах их курток из неровных полосок пластыря тоже была составлена цифра 19, и она же, нанесенная голубой краской, светилась на их пухлых щеках, по которым стекали слезы. У самой Терезы глаза оставались сухими, пока она не увидела еще одну цифру 19, футов пятнадцать в высоту, — на заснеженном склоне холма рядом с трибунами болельщиков команды гостей. И тут же человек, сделавший эту надпись, отложил лопату для снега и упал на спину, добавив одного безупречного снежного ангела, а затем и еще одного — две звездочки над номером ее сына. Они, должно быть, означали те два рекорда, которых Рики Ланнепи добился в этот сезон для своей команды, приняв пас шесть раз за одну игру и семьдесят раз за весь сезон. В облаках появился просвет — впервые за эту неделю.

В прошлый вторник налетела первая за зиму метель, припорошившая поле снегом после дневной тренировки “воинов”. Прогноз погоды обещал снежные бури на всю неделю, но в кампусе на это мало кто обратил внимание: здесь кипели страсти — ведь предстоял четвертьфинал, в котором, как все надеялись, команда Лайкоминга наконец выйдет в полуфинал секции после шести лет неудач. В то утро у Рики начался кашель, а к концу тренировки на пронизывающем ветру приступы тошноты заставили его пропустить последние игры. Когда на следующий день Тереза позвонила из Филадельфии, Рики сразу прервал разговор: “Мама, я не могу сейчас говорить. Неважно себя чувствую. Я буду в порядке. Все пройдет. Меня сейчас вырвет, прости”.

Тереза подумала, что Рики, наверное, прав: к концу недели он будет в порядке. Она, как всегда, предвкушала возможность поболеть за своего сына и была вполне готова преодолеть ради этого 180 миль, разделяющие ее малоэтажный квартал на северо-востоке Филадельфии и Уильямспорт в центральной части Пенсильвании, где Рики учился в колледже по специальности “уголовное судопроизводство” и где он отучился уже половину последнего курса. Хотя Тереза рассталась с отцом Рики еще в 1991 году, спортивные занятия сына, особенно футбол, связывали их семью и общих друзей: они с интересом следили за расписанием тренировок и игр, праздновали победы. В начальной школе Рики заслужил репутацию “могучего малютки”: он всегда был одним из самых маленьких на поле, но при этом поймать его или убежать от него было делом нелегким. Другие ребята его возраста никак не могли понять, как мальчугану, едва доходившему им до плеча, удавалось так сильно бить или вдруг высоко подпрыгивать, ловя мяч. К тому времени, как Рики перешел в среднюю школу, Тереза уже чаще радовалась, чем сжималась от страха, когда ее сын выдерживал захваты, которые свалили бы с ног и игрока вдвое выше ростом. Ей пришлось смириться и с тем, что его никакими силами нельзя было вытащить из игры, даже если он получил травму. За четыре года, что он играл за команду Лайкоминга, он пропустил всего одну игру из-за сильного вывиха лодыжки, которая, как он утверждал, пришла в норму уже через неделю.

Но в те дни, перед игрой четвертьфинала, Тереза встревожилась не на шутку. Когда Рики перезвонил ей в четверг, его по-прежнему постоянно рвало. “На такие вещи нельзя не обращать внимания! — настаивала она. — Ты должен сходить к врачу”. Она позвонила главному тренеру, Фрэнку Нею, и он пообещал показать Рики своей жене, семейному врачу, чтобы убедиться, что у него обычный грипп, который начал косить студентов после каникул по случаю Дня благо, дарения. В тот же день Стейси Ней послушала легкие Рики. Судя по всему, они были чистыми. Она померила ему тепературу: немного повышена. Поскольку основными симптомами были тошнота, утомление и боли, это указывало на грипп. Антибиотики, как объяснила Стейси, тут не помогут, потому что они убивают бактерий, а не вирусов.

Снег шел по всей Пенсильвании и в пятницу утром когда у Рики начались боли в ногах. Его соседи по комнате Шон Хеннигар и Брайан Коннерс, уговаривали его пить спортивные напитки и воду, они полагали, что постоянная рвота вызвала у Рики обезвоживание. Вечером того же дня Тереза выехала из Филадельфии, но из-за снега двигалась она с черепашьей скоростью. Она не одолела еще и полпути к половине десятого, когда Рики позвонил ей на сотовый и сказал, что хочет спать. Они увидятся утром. Но заснуть Рики не мог. И каждый раз, поворачиваясь с боку на бок, он невольно стонал. В четыре утра он сказал своим соседям: “Ребята, если я отсюда не уберусь, вам не удастся выспаться перед игрой”. Он позвонил своей маме и попросил забрать его к ней в гостиницу.

Поначалу Рики наотрез отказывался ехать в больницу, как ни настаивала Тереза. Но когда она услышала, что у него началась одышка, ей удалось его переубедить. В двадцать минут восьмого они были уже в кабинете неотложной помощи, и тут у Рики началась кровавая рвота. Не прошло и пяти минут, как полдюжины врачей и медсестер вставили Рики в ноздри трубки кислородного дыхания и начали внутривенное вливание жидкости в его левую руку. Они взяли у него кровь для лабораторных анализов и подключили его к кардиомонитору.

Главный реаниматолог отметил у Рики учащенный пульс, пониженное давление, одышку и немного повышенную температуру. “Нет, болит все тело, — ответил Рики в на вопрос, нет ли у него болей в груди или животе. — И я устал, очень устал”. Легкие, судя по всему, были по-прежнему чистыми. Нос и горло выглядели нормально. Доктор спросил у Рики, когда он в последний раз мочился. “Кажется, в четверг”, — ответил тот. Тереза заметила, что доктора это встревожило, и он немедленно велел принести катетер. Как только сестра его установила, присоединенный к нему баллон Фолея наполнился мутной коричневой мочой. У Рики отказывали почки.

Все симптомы по-прежнему указывали на вирусное заболевание, хотя и очень тяжелое, но реаниматолог решил, что нельзя ждать сутки, пока будет готова гемокультура, которая могла бы исключить бактериальную инфекцию. Он добавил к жидкости, поступавшей в руку Рики, два сильнодействующих антибиотика: цефепим и ванкомицин. Тем временем Тереза дозвонилась до отца Рики, тоже ехавшего в Уильямспорт, чтобы увидеть игру, которая должна была состояться днем, и велела ему ехать в больницу. Рики старший добрался туда ближе к одиннадцати, его потряс вид сына, опутанного проводами и трубками, с каплями засохшей крови на лице и на губах.

Тем временем в колледже Лайкоминг сотрудники Национальной спортивной ассоциации бродили по занесенной снегом искусственной траве на стадионе и били ногами в слой льда, покрывший центр поля. В десять часов они объявили о своем решении перенести игру на воскресенье, чтобы не рисковать здоровьем игроков. Ближайшие друзья Рики из его команды отправились в больницу, где, к немалому их удивлению, из кабинета неотложной помощи их отвели в отделение реанимации. Казалось, что Рики стало лучше. Его раздражали врачи, сновавшие туда-сюда, он просил, чтобы у него из носа вынули кислородные трубки и сказали, когда отпустят домой. “Говорят, игру перенесли, — обратился он к Шону. — Это здорово. Может, я все-таки смогу сыграть”.

Но в самом начале второго Рики потерял сознание и раздались сигналы прибора, предупреждающего, что уровень кислорода у него в крови опустился до опасно низкого уровня. Сеара выставила футболистов из палаты, а врачи тем временем ввели Рики в горло трубку, чтобы аппарат искусавенной вентиляции мог взять на себя функции его отказывающих легких. Эхокардиограмма показывала, что сердце тоже слабеет, и врачи вызвали вертолет, чтобы перевезти Рики в Филадельфию, в Медицинский центр Университета Темпл, и подключить к аппарату, поддерживающему кровообращение. Специалист по инфекционным заболеваниям велел ввести ему еще антибиотиков на случай любых мыслимых разновидностей бактериальных инфекций. Что-то разрушало органы Рики, но что именно и где оно пряталось в его организме, никто, на беду, по-прежнему не знал. Но вертолет из Темпла не прилетел: пилот решил, что из-за продолжающейся метели лететь слишком опасно.

Сердце Рики остановилось в тридцать шесть минут шестого. В течение сорока минут медсестры и врачи проводили процедуру сердечно-легочной реанимации в ожидании кардиохирурга. К половине седьмого хирург подсоединил артерии Рики к аппарату искусственного кровообращения, который начал прокачивать по его телу шестнадцать единиц насыщенной кислородом крови.

Но по прошествии часа сердце Рики так и не забилось, глаза с расширенными зрачкам и застыли. Хирург вышел из операционной, чтобы переговорить с родителями. В тридцать шесть минут восьмого он отключил Рики от аппарата. Тереза попросила сестер помочь ей привести Рики в порядок и перенести его обратно в палату. Она хотела, чтобы парни, которые, глотая слезы, стояли в коридоре, еще раз увидели своего друга. Она поняла, что поступила правильно, когда отец Рики обратил их внимание на улыбку на лице сына, и лайнбекер Тим Шмидт заметил: “Черт, а ведь точно так же он ухмылялся, когда как-нибудь нас разыгрывал!”

Через несколько минут родители Рики узнали имя его убийцы. Гемокультура, которую врачи отправили на анализ еще утром, вернулась с положительным результатом на метициллин-устойчивого золотистого стафилококка (MRSA) — микроба, которому нипочем не только антибиотики метициллиновой группы, но и полдюжины других. Хуже того, этот конкретный штамм MRSA, теперь известный как USA300, к тому же содержал гены целого набора токсинов, иные из которых и запустили смертельную бурю внутренних реакций, называемую септическим шоком, характерными симптомами которого служат резко падающее давление, общее свертывание крови и отказ внутренних органов.

На следующее утро после смерти Рики, когда команда начала собираться и готовиться к игре, в раздевалке Лайкоминга висела тяжелая тишина. Несколько игроков провели в больнице всю ночь и чувствовали себя совершенно вымотанными. Но все сошлись во мнении: Рики “просто взбесился бы”, если бы они отказались играть. Убитого горем отца Рики один из друзей семьи повез домой, а Тереза заняла место на трибуне. Игра началась стремительно: “воины” изо всех сил пытались следовать приемам, нацеленным на их знаменитого ресивера. В начале первой четверти квотербек Фил Манн, какое-то время колебавшийся во время совещания на поле, закричал: “Всем направо!” Этот прием всегда был завязан на Рики, который несся сломя голову из бэкфилда нападающих на узкое пересеченное пространство. На этот раз его место занял Шон, вырвавшийся из-за тринадцатиярдовой линии. Когда Шон повернулся, снаряд Манна шлепнулся прямо ему в руки. Неумолимо, как бульдозер, он преодолел последние три ярда, отделявшие его от тачдауна. На этом и закончились очки команды Лайкоминга, не сумевшей-таки в этот день пройти в полуфинал. Но Тереза кричала на трибуне вместе с толпой болельщиков, дрожала и плакала в тот момент когда там, на поле, Шон Хеннигар поднял мяч высоко над головой, в сторону открывшегося голубого неба.



История Дэниэла

Семилетний Дэниэл пытается не обращать на это внимания. Но все же немного страшно, когда одноклассники кричат, что от их бутербродов с арахисовым маслом ему будет крышка. “Меня это приводит в ужас, — говорит его мать Энн, радиопродюсер из Нью-Йорка. — Как кто-то вообще может думать, что это смешно?” Она помнит тот ноябрьский вечер пять лет назад, когда чуть не потеряла своего чудного ребенка с ямочками на щеках. Начиналось все вполне невинно. Энн вышла из своего офиса на Манхэттене и тотчас достала сотовый, чтобы сказать приходящей няне, что немного опаздывает. Няня сообщила, что Дэниэла только что вырвало, после того как он съел бутерброд с миндальным маслом. “Ладно, бывает, — успокоила ее Энн. — Просто последите за ним”. Через пятнадцать минут Энн позвонила домой с Пенсильванского вокзала — у Дэниэла начался понос. Когда она позвонила в третий раз из поезда по дороге из Нью-Йорка, Дэниэл задыхался. “Я прыскаю ему его аэрозоль от астмы”, — сказала няня. “Звоните 911. Немедленно”, — велела Энн.

Когда мать увидела Дэниэла, он лежал на каталке, выезжавшей из машины “скорой помощи” в их местной больнице в Нью-Джерси, лицо его покрывали большие красные пятна. Врачи “скорой помощи” застали Дэниэла в состоянии анафилактического шока, с раздувшимся горлом, перекрывающим дыхание, и давлением крови, стремительно приближающимся к нулю. Они вернули его к жизни, вколов ему дозу сильного стимулятора — адреналина, а также стероида, подавляющего воспалительные реакции. Так родители Дэниэла узнали, что он страдает опасными для жизни формами пищевой аллергии — особенно на арахис, следовые количества которого, вероятно, содержались в качестве примеси в съеденном им миндальном масле.

“Теперь мне ясно, что аллергии у него начались задолго до того, как мы это осознали”, — говорит Энн. Когда Дэниэлу было два месяца, у него развилась сильная экзема — аллергическая реакция кожи, от которой его щеки порозовели и зашелушились, а кожа под мышками и под коленками стала влажной и сочащейся. Вскоре после того, как Дэниэлу исполнился год, у него началась астма — еще один синдром, часто вызываемый аллергией, в данном случае на респираторные аллергены, такие как клещи домашней пыли и перхоть. К двум годам у него в стуле стала встречаться свежая кровь. Поначалу ее было немного, и педиатр сказал Энн, что беспокоиться не о чем. У детей часто бывают небольшие кровотечения из маленькой трещины или раздраженной ранки на внутренних стенках прямой кишки.

Но в течение следующих трех лет не только аллергии Дэниэла стали очевидны и начали представлять угрозу для жизни, но и кровотечения усилились, дошло до того, что кровавый стул бывал у него по двадцать раз в день, сопровождаясь ужасными болями. Колоноскопия показала открытые язвы по всей длине толстой кишки. У мальчика был неспецифический язвенный колит — воспалительное расстройство, при котором иммунная система по ошибке принимает пищу или в норме обитающих в прямой кишке бактерий за вторгнувшихся чужаков, заслуживающих масштабной атаки. В начале второго класса Дэниэл три недели пролежал в больнице на противовоспалительных средства и выписался оттуда с рекомендацией постоянно принимать препараты сульфаниламида, чтобы воспаление не повторилось. Но в течение года у Дэниэла появилась характерна сыпь, свидетельствующая о развитии аллергии на эти лекарства. Осенью 2006 года у него повторился колит, создав опасность прободения толстой кишки, которое может быть таким же смертоносным, как лопнувший аппендикс.

“Ни один ребенок не должен проходить через такое, говорит Энн. — Мы прилагали все усилия, чтобы разд. браться, как защитить его от этих болезней, не лишая при этом возможности жить нормальной жизнью”. Энн пришлось, например, решать, позволять ли Дэниэлу есть свой обед в школьной столовой, ведь его аллергии настолько сильны, что даже крупинка арахиса может вызвать у него анафилактический шок. Она пришла к компромиссному решению: Дэниэл сидит на краю обеденного стола рядом со своим лучшим другом, мама которого знает, что в пакете с его обедом не должно быть арахисового масла и любых других продуктов из списка еды, запрещенной для Дэниэла.

Но Дэниэл отнюдь не одинок. “Пять человек у них в классе носят адреналиновые ручки”, — говорит Энн, имея в виду продаваемые по рецепту автоматические шприцы, заранее заполненные достаточной дозой адреналина, чтобы остановить аллергическую реакцию, представляющую угрозу для жизни. Дэниэл никогда не выходит из дома без двух таких ручек, которые он носит на специальном поясе. Школьная медсестра говорит, что экзема, астма и респираторные аллергии для некоторых одноклассников Дэниэла — еще более обычное дело, чем для него. По ее оценке, 40 % учеников его школы страдают какой-нибудь формой серьезного аллергического расстройства. “Речь идет не о каком-то чихании в период сенной лихорадки, — говорит она. — Эти дети по-настоящему больны. Мно гие из них не могут выходить на улицу во время перемен или на экскурсии”. Она тридцать лет работает медсестрой, и ее поражает, как распространились в последнее время среди учеников воспалительные заболевания внутренних органов — не только язвенный колит Дэниэла, но и более обычные болезнь Крона и синдром раздраженного кишечника — недуги, которых раньше она никогда не встречала у детей.

Месть микробов?

На первый взгляд может показаться, что между историями Рики и Дэниэла мало общего. В одном случае речь идет о смертельной инфекции, устойчивой к медикаментам, в другом — о троице опасных для жизни воспалительных заболеваний. Но корни обеих лежат, судя по всему, в нашей нынешней войне с микробами. За пятьдесят лет, прошедших с тех пор, как антибиотики нашли широкое применение, мы вывели породы с разной степенью устойчивости к антибиотикам среди всех известных возбудителей человеческих заболеваний. Отчасти это стало результатом того, что каждый раз, когда мы лечим инфекции, вызываемые тем или иным чужаком, мы подвергаем ковровым бомбардировкам микроорганизмы, в норме обитающие внутри нас. Мы также пичкаем антибиотиками наших сельскохозяйственных животных, и не только чтобы вылечить их от инфекций, но и ускоряя рост, чтобы снизить затраты на производство мяса и сократить время его производства. Некоторые из их высокоустойчивых бактерий тоже оказываются внутри нас через продукты, которые мы употребляем в пищу.

По ходу дела мы исчерпали возможности сотни с лишним различных антибиотиков, сделав устойчивость к ним одной из обычных проблем современной медицины в самых разных ее областях — от лечения детских ушных инфекций до совершенно неостановимых штаммов туберкулезной палочки. Подобно убийце Рики, стафилококковому штамму USA300, блуждающему теперь по всей Север, ной Америке, некоторые из этих супермикробов соединяют в себе устойчивость ко многим антибиотикам с крайне высокой болезнетворностью.

Тем временем иммунологи и другие медики-специалисты убедительно обосновали точку зрения, согласно которой корни нынешней беспрецедентной эпидемии воспалительных заболеваний связаны со вторым фронтом нашей давней войны с микробами — улучшением санитарных условий, от современных систем канализации и хлорирования воды до холодильников и технологий производства пищевых продуктов. Эти расстройства, которые до XIX века были редки, если вообще существовали, включают различные формы аллергии и аллергической астмы (происходящие оттого, что клетки нашей иммунной системы начинают реагировать на безвредные вещества из нашей пищи и окружающей среды), а также воспалительные заболевания внутренних органов вроде того, которым страдает Дэниэл. Резко растет в развитых странах и частота десятков аутоиммунных заболеваний, таких как сахарный диабет первого типа, волчанка, рассеянный склероз и ревматоидный артрит, каждое из которых развивается оттого, что иммунная система по ошибке разрушает здоровые ткани. Что характерно, все эти воспалительные расстройства остаются редкими в тех регионах, где люди по-прежнему живут в тесной связи с почвой, пьют нефильтрованную воду и едят минимально обработанную пищу, часто сохраняемую с использованием самых примитивных технологий.

А как обстоят дела с бактериями, полезными для нашего здоровья? Медицинские исследования, сосредоточенные в течение столетия исключительно на болезнетворных микробах, еще только начали углубляться в эту область. Экологи, напротив, уже давно поняли, что сама наша атмосфера и весь круговорот биогенных элементов в природе зависят от непрекращающейся деятельности царства бактерий. Линн Маргулис, известный специалист по эволюционной микробиологии, отметила: “На Луну — вот на что была бы похожа наша планета, не будь на ней микроорганизмов”.

Не так быстро пришло понимание того, что бактерии доминируют также и на просторах человеческого тела, если судить по такому критерию, как число клеток. Эти крошечные одноклеточные организмы, покрывающие нашу кожу и выстилающие стенки нашего пищеварительного тракта и верхних отделов дыхательной системы, на порядок превосходят человеческие клетки числом (хотя и не размером).

И оказывается, что это очень хорошо, потому что живущая в нашем теле и на его поверхности микрофлора образует что-то вроде защитной мульчи, издавна служившей нам лучшей защитой от инфекционных заболеваний. Кроме того, эволюция нашей иммунной системы научила ее терпимости к целому морю преимущественно безвредных бактерий, проходящих через наш организм вместе с пищей, водой и воздухом. Отсутствие их постоянного, обнадеживающего притока, судя по всему, приводит иммунную систему в состояние повышенной боеготовности, вызывая у нее отвратительную склонность открывать стрельбу по мирным соседям.

И все же никто не тоскует по тем временам, когда у нас не было антибиотиков и когда любой врач мог помочь лежащему в лихорадке пациенту едва ли не только тем, что сидел и ждал, доживет ли тот до утра. Точно так же ни один разумный человек не предложит променять улучшенные санитарные условия нашего времени на эпидемии холеры, дизентерии, брюшного тифа и бубонной чумы, которые начали убивать каждого десятого с возникновением цивилизации, порядка пяти тысяч лет назад. Вместо этого оформляется некоторый консенсус, согласно которому, только разобравшись в симбиотических аспектах наших давних отношений с микроорганизмами, можно найти надежные решения проблемы инфекционных заболеваний и в то же время исправить те нарушения равновесия, которые послужили причиной нынешней эпидемии аллергии, аутоиммунных заболеваний и других воспалительных расстройств.

Ясно, что непосредственные атаки на царство бактерий всегда были делом безрассудным, учитывая, как быстро эти организмы способны эволюционировать, обходя любые биохимические орудия, которыми мы пытаемся их бить. Сегодня многие ученые, вместо того чтобы поощрять эскалацию гонки вооружений, которую мы никогда не сможем выиграть, занимаются разработкой лучших подходов к этой проблеме, в том числе приучая врачей выбирать правильные “снайперские пули" антибиотика, вместо популярных “больших орудий”, как правило убивающих защитных бактерий нашего организма наряду с болезнетворными микробами;

• исследуя новые пути разработки лекарственных средств, направленные на ослабление вредоносного I воздействия микробов без выработки у них устойчивости к медикаментам;

• изучая, почему во многих случаях из двух носителей одного и того же болезнетворного микроба лишь один оказывается болен. В эпоху, когда мы можем сравнить геном одного человека с геномом другого, у нас есть принципиальная возможность использовать результаты таких сравнений для разработки методов лечения, оставляющих микроба на месте, но вылечивающих пациента; I

• прислушиваясь к задушевным биохимическим беседам между микроорганизмами, населяющими наше тело, и его собственными клетками, чтобы лучше разобраться в том, почему организм, наполненный правильными микробами, оказывается наделен крепким здоровьем.

Мы даже начали одомашнивать опасных микробов, подобно тому как наши предки когда-то сделали из волков животных, которые охраняют, а не режут наших овец. Этот многообещающий подход уже принес некоторые ранние плоды, такие как “пробиотический” аэрозоль для носа, насыщенный полезными бактериями, которые помогают предупредить развитие хронических ушных заболеваний у детей, или полученный методами биоинженерии штамм бактерий ротовой полости, предотвращающих, а не вызывающих развитие кариеса, или так называемая “вакцина из грязи”, которая, судя по всему, помогает при целом ряде хронических воспалительных заболеваний, при этом переключая иммунную систему в режим борьбы с раком. Некоторые ученые мечтают даже о “пробиотических” очищающих препаратах: моющих и чистящих средствах и аэрозолях, в состав каждого из которых будет входить определенный запатентованный набор защитных и полезных для здоровья микроорганизмов.

Но мы находимся на распутье. Призывы к мирному сосуществованию с микроорганизмами могут показаться наивными перед лицом нашей отчаянной нужды в новых антибиотиках для противодействия растущей угрозе устойчивых к медикаментам смертельных инфекций. Кроме того, представители нового поколения охотников за микробами начали использовать генетический анализ, или ДНК-дактилоскопию, прочесывая человеческий организм в поисках инфекций, о существовании которых мы даже не подозревали. Их теория, согласно которой в основе таких известных недугов, как артриты, пороки сердца или болезнь Альцгеймера, лежат скрытые инфекции, вполне может подтвердиться, по крайней мере отчасти. Опасность состоит в том что открытие таких инфекций может послужить призывом к оружию, который вызовет масштабное усиление использования антибиотиков, прежде чем мы научимся на деле применять уроки, с таким трудом извлеченные из нашей первой Столетней войны с микробами.

Поэтому эта книга и посвящена истории нашей коэволюции с теми бактериями, с которыми неразрывно связано все наше существование, нашим принципиально изменившимся взаимоотношениям с ними, а также возможности все же найти пути сохранения здоровья и выживания в мире, который всегда был — и, несомненно, навсегда останется — миром микробов.

Часть 1. Война с микробами

Наступил 1910 год, самый славный год в жизни Эрлиха. В один из дней этого года он появился на научном конгрессе в Кёнигсберге и был встречен овацией. Эта овация была такой бурной и продолжительной, что казалось, Эрлиху не удастся приступить к докладу. Он сообщил о том, как была найдена в конце концов магическая пуля.

Поль де Кюри “Охотники за микробами” (1926)

От миазмов до микробов

Веронец Джироламо Фракасторо выделялся среди научных гениев редкой бесконфликтностью. Если медицинская теория входила в противоречие с его политической выгодой или интересами его покровителей, этот прославленный врач эпохи Возрождения всегда умел убедительно защитить ее, причем гекзаметром и на латыни. Практикующий врач по необходимости, поэт и ученый по призванию, он по праву гордился своим поэтическим трактатом Syphilis sive morbus gallicus, то есть “Сифилис, или французская болезнь”, опубликованным в 1530 году и получившим широкое признание1. Хотя жители Европы в основном были склонны винить Колумба и его испанских моряков в том, что те завезли “большую оспу” из Нового Света, в названии эпической поэмы Фракасторо вина была удобно переложена на тогдашних врагов, оккупантов Вероны Габсбургов (брачными узами связавших себя с Испанией). Даже новое название, предложенное Фракасторо для этой болезни, было плодом политической эквилибристики. Он приплел в свою поэму историю пастуха Сифилиса, жителя Атлантиды, которого мгновенно исцелил глоток считавшейся лекарством смолы гваякового дерева — его кору Габсбурги в массе импортировали из Нового Света.

Но куда важнее было то, что медицинская терминология, использованная в поэме, ознаменовала собой поворотный этап в истории западной медицины, который определил ее движение в направлении прямой войны с миром микробов. Фракасторо был первым, кто письменно сформулировал мысль о том, что невидимые инфекционные частицы существуют в какой-то материальной форме. Он писал: Но когда воздух ослабляется, то, поскольку в нем происходят различные и, можно сказать, бесчисленные сочетания разных видов гниения, в нем, несомненно, возникают бесчисленные начала и семена контагиев, обладающие различной и многообразной аналогией к предметам: одни — аналогией к плодам, другие — к посевам, третьи — к животным, а среди них одни, обладающие аналогией к одному виду животных, другие — к другому, одни — аналогией только к человеку; а среди людей, как было сказано, одни — обладающие аналогией к людям одного пола, сложения, натуры, другие — другого; а для данного человека одни — обладающие аналогией к одной части тела, другие — к другой и к данному соку и так далее до бесконечности.



Использованное Фракасторо слово “семена” отражало формирующиеся воззрения небольшого числа его современников. Эти просвещенные люди впервые усомнились в восходящем к Гиппократу представлении предыдущего тысячелетия, согласно которому все болезни происходят от нарушений равновесия между тремя “соками” нашего тела: кровью, слизью и желчью.

Надо признать, что прототипы микробов, описанные в стихах Фракасторо, были далеки от микроорганизмов, какими мы знаем их сегодня. Он использовал термины “семена” и “контагии”, подразумевая частицы, которые скорее сродни атомам, чем живым организмам, таким как вызывающая сифилис спиралевидная бактерия бледная трепонема (Treponema pallidum), в то время прокладывавшая себе путь по гениталиям европейцев от папского двора и до шотландских гор. Фракасторо также указывал на сочетания планет, которые будто бы могут оказывать “действие в величайшей степени”, из-за чего “в подчиненных им телах, особенно в воздухе, возникают великие новые начала поражения и контагиев”, одновременно заражая всю планету, что служило удобным объяснением, почему Колумб и его моряки заразились сифилисом в Новом Свете примерно в то же время, когда и в Старом Свете произошла вспышка этой болезни.

Сама идея заразности, то есть передачи болезни от человека к человеку, была, конечно, не новостью для Европы эпохи Возрождения. Европейские города еще столетием раньше начали вводить карантин для пораженных чумой, хотя и с невеликим успехом. А врачи Древнего Египта, Индии и Китая признавали неоспоримую заразность “малой” (натуральной) оспы, вызываемой вирусом, начиная с 3700 г. до н. э., если не раньше. Более того, всем древним обществам были известны заразные болезни, потому что именно скученность людей в условиях цивилизации и привела к их широкому распространению.

За миллионы лет, в течение которых люди и их предки существовали как охотники и собиратели, их популяции оставались слишком малочисленными, чтобы смертельная инфекция могла держаться долго или преодолевать ощутимые расстояния, прежде чем или всех погубить, или наделить всех выживших в популяции иммунитетом — что в любом случае приводило к исчезновению возбудителя болезни. Исключения составляли, в частности, микробы для которых люди служат вторичным жилищем, обитающие прежде всего в таких животных, как насекомые (которым эти микробы не причиняют вреда). Быть может, самый древний и самый смертоносный из них — это переносимый комарами малярийный плазмодий, микроорганизм из группы простейших.

Порядка тридцати пяти тысяч лет назад, когда племена Homo sapiens впервые переместились на север, за пределы Африки, они оставили позади многих своих тропических паразитов и в течение длительного периода наслаждались крепким здоровьем. Наскальная живопись доисторических скитальцев Европы не содержит и намеков на эпидемии. Нет их и в легендах древнейших народов Нового Света. Это не значит, что охотники и собиратели вели идиллическое существование. Из-за голода и травм их жизнь была короткой и жестокой, но люди тем не менее почти не страдали от инфекционных заболеваний.

Постоянные поселения сделали человеческую жизнь стабильнее за счет ежегодных урожаев, одомашненных животных и возможности укрываться за крепостными стенами. Но за это пришлось заплатить — скученностью и загрязнением воды. С приходом цивилизации микроорганизмы, умевшие хорошо себя вести, вдруг утратили свою почти полную монополию на человеческое тело, и среди микробов распространился новый стиль жизни — при нем болезнетворность стала окупаться, если только смертоносная бактерия могла рассчитывать на то, что кашель и другие выделения умирающих заразят воздух и воду, которыми пользуются тысячи людей, живущих в непосредственной близости друг от друга.

Эпидемиологи подсчитали, что популяции, включающей около полумиллиона людей, достаточно для постоянного поддержания инфекционной болезни — иными словами, для того, чтобы позволить вызывающему эту болезнь микробу непрерывно перескакивать с одного хозяина на другого раньше их смерти или полного выздоровления. Не случайно, что первое сохранившееся упоминание “мора” относится к первой цивилизации, достигшей этой критической отметки, — цивилизации шумеров, представленной вереницей из дюжины торговых городов в дельте Тигра и Евфрата, в юго-восточной части современного Ирака. Записанный четыре тысячелетия назад “Эпос о Гильгамеше”, шумерский вариант истории о великом потопе, содержит упоминания разрушений, которые вызывал Эрра, демон чумы, и которые были предпочтительнее ужасного потопа, потому что Эрра, по крайней мере, оставлял кое-кого из людей в живых, и их потомство вновь заселяло землю.

Как и представители большинства других древних культур, шумеры приписывали приход чумы гневу богов и демонов. Поэтому лечение состояло в попытках умилостивить небеса. С развитием древней медицины внимание врачевателей переключилось с поиска причин на поиск способов облегчения симптомов. Например, традиция, восходящая к Гиппократу, полагалась на оценку нарушений равновесия между внутренними силами пациента (на что указывали лихорадка, образование гноя и другие симптомы) и последующее возвращение человека обратно к “равновесию” путем кровопускания, прочистки кишечника или стимуляции потоотделения. Не имело значения, чем именно было вызвано то или иное нарушение равновесия (избыток желчи, недостаток крови и т. п.), — лечение от этого не менялось.

Возможно, именно сифилис был тем серьезным ударом, который убедил европейцев в необходимости искать материальную, хотя и невидимую причину инфекционных заболеваний. Размеры бедствия, вызванного сифилисом в XVI веке, сегодня не так просто оценить, но болезнетворность его возбудителя сильно снизилась за столетия коэволюции человека и этого микроба. Сегодня только у одного из девяти человек, зараженных бледной трепонемой, развиваются симптомы достаточно очевидные, чтобы отправить больного к врачу. Сравните это с зияющими язвами, неотступной болью, слепотой, безумием и смертью, так часто изображаемыми в литературе и искусстве эпохи Возрождения.

Громкая слава поэмы “Сифилис”, до сегодня оставшейся самой знаменитой медицинской поэмой на свете, обеспечила Фракасторо известность и надежное покровительство, которые позволили ему оставить занятие политиканством и медицинскую практику. Обретя свободу, он написал не столь поэтичный, но намного более важный в научном плане трактат “О контагии, контагиозных болезнях и лечении”, опубликованный в 1546 году. В этом трактате он изложил революционные основы своей контагиозной теории болезней, теперь проработанной более подробно:

• инфекционные заболевания всегда распространяются посредством невидимых контагиозных семян — seminaria contagionis;

• их распространение может идти тремя путями: contactu afficit (прямой контакт), fomite afficit (контакт с зараженными предметами) и distans fit (“на расстоянии”, например по воздуху);

• эти семена отличаются друг от друга: не все лихорадки одинаковы, и семена, в один год вызывавшие сифилис, не могут на следующий год взять и начать вызывать проказу;

• разные болезни требуют разных средств лечения, в том числе различных методов непосредственного подавления (“выжигания”) контагиозных семян в организме пациента. Например, как лекарство от сифилиса Фракасторо упоминает ртуть (жестокое средство, как выясняется, потому что оно убивает не только уязвимых бледных трепонем, но и большое число клеток человеческого мозга).

В течение почти четырех веков выделенная Фракасторо разновидность заражения “на расстоянии” описывалась посредством невнятной концепции миазмов, или “ядовитого воздуха”. Вера в миазмы вполне укоренилась к жаркому лету 1665 года, когда Лондон поразила Черная Смерть, или бубонная чума. Чтобы предотвратить распространение миазмов, лондонцы заколачивали гвоздями двери домов, где жили люди, пораженные чумой, а проходя мимо, прижимали к носу “кольца” (букетики) цветов, сильный аромат которых, как они надеялись, должен отогнать ядовитые пары.

Настоящие же переносчики возбудителя этой болезни — крысы и сопутствующие им блохи — в массе размножались, процветая среди бытовых отходов, которые рабочая беднота выбрасывала из окон за неимением лучшего способа от них избавляться. К концу лета в Лондоне умерло более тридцати одной тысячи человек, или 15 % населения, а король со своим двором и почти все, кто мог себе это позволить, бежали из города. Сэмюэл Пипс, секретарь адмиралтейства, описал в своем дневнике запустение, в которое пришел Лондон ко дню его отъезда: “Но как мало людей я вижу теперь, а по тем, кто ходит по улицам, кажется, будто они уже покинули этот мир”.

Несмотря на эти ужасные условия, тот самый год ознаменовался публикацией первой из множества научных книг, написанных “натурфилософами” из Лондонского королевского общества. Роберт Гук заполнил свою “Микрографию” рисунками фантастических структур, которые он увидел с помощью увеличительных стекол: фасетки глаза мухи, сидящую на человеческом волосе вошь, отдельные “клетки” (этот термин был предложен именно Гуком) на срезе куска пробки Ни чума, ни война с Англией не смогли помешать проникновению части тиража “Микрографии” в Нидерланды где эта книга приковала взор и восхитила торговца тканями Антони ван Левенгука. Вдохновленный ею, Левенгук освоил мастерство шлифовки линз и изготовил первый из нескольких сотен микроскопов, с помощью которых он в итоге и открыл мир микроскопических организмов. Самыми первыми открытиями Левенгука стали великаны этого мира: одноклеточные водоросли и простейшие, обитавшие в болотах неподалеку от его дома. Но ни одно из самых поразительных его открытий не могло сравниться с тем, которое он сделал в 1683 году, когда решил с помощью своих микроскопов, сила увеличения которых все возрастала, изучить самого себя. В письме, датированном 17 сентября 1683 года, он описал тот безумный зоопарк, который он увидел в смеси собственной слюны и зубного налета, и приложил к этому письму рисунок, ставший теперь знаковым для микробиологии.

При этом я почти все время наблюдал, с превеликим удивлением, что в указанном веществе было множество крошечных зверушек, весьма изящно передвигавшихся. Представители самой крупной разновидности имели форму как на рисунке А. Они двигались очень уверенно и быстро и проносились в толще воды (или слюны), как в толще воды проносится щука. Эти существа были почти всегда немногочисленны. Представители второй разновидности имели форму как на рис. В. Они нередко крутились, как юла, и то и дело двигались по траекториям вроде той, что соединяет точки С и D. Такие существа были намного многочисленнее. Третьих я не смог представить на рисунке, потому что временами они казались удлиненными, но вскоре выглядели уже идеально круглыми. Эти существа были так малы, что казались мне не крупнее, чем показано на рис., но вместе с тем двигались вперед так проворно и так зависали вместе, что можно было представить, что это большой рой комаров или мух, которые то покидали его, то залетали обратно. Этих последних, как мне казалось, было несколько тысяч на каплю воды или слюны не больше песчинки.

Ни Левенгук, ни его почтенные лондонские корреспонденты не думали, что открытые им фантастические “зверушки” были сколько-нибудь вредоносны, и мнение это в основном было справедливым. Крепкое здоровье, которое Левенгук сохранил к среднему возрасту, казалось тому достаточным подтверждением. У него даже все зубы были на месте. Более того, сама мысль, что такие миниатюрные существа в состоянии кому-нибудь повредить, показалась бы смехотворной. Как отметил сам Левенгук, даже маленький глоток горячего кофе или винного уксуса мог привести к тому, что зверушки на поверхности его зубов “тотчас падали замертво”. В течение следующего столетия микробиология оставалась маргинальной наукой: она интересовала только тех натуралистов, кому приходилось описывать обитателей этого богатого нового царства живой природы и давать им названия.

Второе рождение микробной теории

Конец XVIII века ознаменовался открытием в Европе первых родильных домов и отделений — великим достижением здравоохранения, что по замыслу должно было принести пользу и богатым и бедным. Но те же времена оказались также периодом повышенной смертности от пуэрперальной (или послеродовой) горячки, которая разнеслась по ставшим популярными родильным отделениям и погубила тысячи людей. Что и неудивительно, так как врачи и акушерки постоянно переходили от заболевших к здоровым роженицам, вводя инфицированные руки и инструменты в открытые и израненные родовые пути и матки. Но идею, что медицинские работники могут распространять инфекцию, разделяли немногие и всячески замалчивали многие. Дело в том, что эта спорная концепция могла стоить не одному врачу карьеры.

Первым, кто ее высказал, был шотландский хирург Александер Гордон. В 1795 году он писал в своем “Трактате об абердинской эпидемии пуэрперальной горячки”.

У меня имеются неоспоримые доказательства того, что причиной этой болезни послужила особая контагия, или инфекция [поскольку]эта болезнь поражала лишь тех женщин, у которых проводили осмотр или принимали роды врачи или о которых заботились сестры, перед тем работавшие с пациентками, страдающими этой болезнью.

Гордон также отметил сходство между похожим на молоко веществом, находимым в матках женщин, умиравших от пуэрперальной горячки, и гнойными выделениями, наблюдаемыми при роже или нагноениях ран. Он указывал, что “если хирург, препарируя путридное [содержащее гной] тело, царапает себе палец, там возникает нагноение”. Способ лечения пуэрперальной горячки, который предлагал Гордон, был почти что средневековым: извлечение кровопусканием полутора пинт крови у женщин, которые во многих случаях уже потеряли немало крови в результате кровотечений во время родов. Но предложенный им способ предотвращать распространение этой болезни был совершенно правильным:

Одежду и постельное белье пациенток следует либо сжигать, либо основательно очищать, а сестры и врачи, работавшие с пациентками, страдающими пуэрперальной горячкой, должны тщательно мыться и должным образом окуривать [дымящейся серой] свою одежду, прежде чем надевать ее снова.

Сходные меры уже принимались для остановки вспышек кори и натуральной оспы, которые, как считалось, порождались миазмами, а затем передавались от человека к человеку.

Гордон оказался первым из целой череды врачей, которые оскорбили больше людей, чем убедили, доказывая необходимость мытья рук и обеззараживания. Полстолетия спустя по другую сторону Атлантики юный Оливер Уэнделл Холмс безуспешно пытался заставить врачей признать инфекционную природу пуэрперальной горячки. Отвергнутый всеми как еще один сумасшедший “врач-контагионист”, четыре года спустя, в 1847-м, он оставил медицинскую практику и стал преподавать в Гарварде, а также снискал себе мировую славу блистательного литератора, в то время как о его медицинском открытии все прочно забыли15.

В тот же год, когда Холмс оставил медицинскую практику, венгерский врач Игнац Земмельвайс представил убедительные доказательства справедливости выводов Гордона и Холмса. Работая в знаменитой Общей больнице города Вены, он сумел обратить вспять стремительный рост заболеваемости послеродовой горячкой, настояв на том, чтобы врачи и студенты, проводившие вскрытия, тщательно очищали руки хлорной известью (отбеливающим порошком), прежде чем принимать роды у женщин. Но по ходу дела этот хмурый и нелюбезный венгр так оскорбил своих венских коллег, предполагая за ними преступную небрежность, что они дружно обратились против него. Лишенный в 1850 году полномочий, позволявших ему проводить свои исследования, Земмельвайс вскоре уволился с медицинского факультета Венского университета и вернулся к себе на родину, в Венгрию, где у него началось психическое расстройство. Новые венские роженицы, чей несостоявшийся спаситель оказался в сумасшедшем доме, опять начали умирать. По жестокой иронии судьбы, изолированный от общества Земмельвайс тоже умер от тяжелого заражения крови, скорее всего развившегося из-за порезанного пальца в ходе одного из последних вскрытий, которые он проводил на медицинском факультете.

К тому времени многие европейские и американские врачи разделились на два лагеря: контагионистов, защищавших микробную теорию, и гигиенистов, продолжавших держаться за концепцию миазмов, дополненную оговоркой, что этот “ядовитый воздух” порождается грязью и разложением.

Рядом исследователей, принадлежавших к лагерю контагионистов, было отмечено присутствие в пораженных тканях микроорганизмов. Но многие отвечали на это, что даже если бактерии и правда присутствуют в крови и тканях больных, они не вызывают самих болезней, а лишь зарождаются (самопроизвольно) в мертвых и умирающих тканях16. Даже прославленный прусский зоолог Христиан Эренберг, который в 1847 году предложил сам термин “бактерия” (образованный от греческого baktron — “палочка”), утверждал, что смотрит “с неодобрением на новомодную идею, будто микробы могут вызывать болезни”. И все же немногие из тех, кто занимался медицинскими исследованиями, не оставляли подозрений, что за инфекционными заболеваниями могут стоять некоторые разновидности микроскопических жизненных форм. В 1770 году английский врач Бенджамин Мартен писал:

Первоначальная и неотъемлемая причина [туберкулеза], по поводу которой одни удовлетворяются тем, что именуют ее серьезным нарушением соотношения соков, другие — соленой желчностью, третьи — особым брожением, а четвертые — злокачественной жидкостью, может, вероятно, быть каким-то определенным видом Animalculae [“зверушек”], то есть удивительных крошечных живых существ, которые из-за особенностей их строения или из-за каких-то своих вредоносных частей враждебны нашей природе.

Далее Мартен признал, что его новая теория “несомненно, покажется странной превеликому множеству людей”. На самом деле подобные причудливые идеи в то время уже стали предметом постоянных насмешек, о чем свидетельствует написанная Сэмюэлом Футом в 1768 году комедия “Дьявол на двух палках”. В этой пьесе дьявол в обличье “доктора Хеллбора”, новоявленного президента Лондонского медицинского колледжа, приглашает присутствующих врачей и сановников взглянуть в микроскоп на “маленьких существ, похожих на желтых мух”, которые, как он открыл служат причиной всех болезней. Какое же доктор Хеллбор предлагает лечение?

К каждому пациенту две целых и одну пятидесятую часть скрупула овариев, то есть яиц, паука, пищеварительные силы перебрасывают их в секреторные органы, где они отделяются от пищевых частиц, а затем попадают в органы кровообращения, где, найдя подходящий нидус, то есть гнездо, они выходят из состояния покоя и оживают, а ожив, распознают мух, свою естественную пищу, и немедленно набрасываются на них, истребляя их породу в кровотоке и восстанавливая здоровье пациента.

Что же до избавления от самих пауков, то доктор Хеллбор уверяет врачей, что они, знаете ли, умирают в отсутствие питания. Затем я посылаю пациента в Брайтхелмстоун, где пара погружений в соленую воду позволяют ему смыть из своей крови всю паутину.

Контагионисты оставались предметом насмешек даже столетие спустя, когда прославленный немецкий патолог Якоб Генле из Гёттингенского университета формулировал эту проблему для своих студентов следующим образом: “Прежде чем микроскопические формы можно будет считать причиной инфекций, должно быть показано их неизменное присутствие в инфекционном материале, откуда они должны быть выделены, и их сила [способность вызывать заражение] должна быть проверена”.

В 1876 году бывший студент Генле, Роберт Кох, начал выполнять одно за другим сформулированные профессором требования доказательства, или “постулаты”, которые сегодня связывают с именем младшего исследователя. Кох проводил свои опыты на бактерии Bacillus anthracis, возбудителе сибирской язвы, а также на Mycobacterium tuberculosis, возбудителе туберкулеза. Он неоднократно продемонстрировал, что этих бактерий можно выделять из крови или мокроты зараженных животных и пациентов, выращивать в лабораторных условиях, а затем вводить здоровым лабораторным животным, вызывая у них соответствующее заболевание.

Соперник Коха на научном поприще французский химик Луи Пастер к тому времени уже показал, что переносимые по воздуху микроорганизмы могут нарушать правильный ход брожения при производстве вина и пива, и это заставило его предположить, что переносимые по воздуху микробы могут сходным образом вызывать “загнивание” открытых ран. Идеи Пастера так впечатлили английского хирурга Джозефа Листера, что начиная с 1865 года он стал окунать перевязочные материалы и хирургические инструменты в обеззараживающий раствор карболовой кислоты — и даже лить эту едкую жидкость непосредственно в раны пациентов. Хотя Листер и уступал в мастерстве величайшим хирургам того времени, он быстро снискал мировую славу беспрецедентно высокой выживаемостью своих пациентов. За следующие лет десять добродушный и благовоспитанный Листер сумел убедить значительную часть западных медиков начать использовать антисептики и асептические методы проведения хирургических операций.

Тем временем Пастер понял, что, прежде чем все поверят в распространение болезней микробами, физически передающимися от одного человека к другому, кому-то нужно опровергнуть стойкое убеждение, что микробы зарождаются самопроизвольно. Один из профессоров, у которых учился Пастер, Антуан Балар, помог ему придумать эксперимент, позволивший сделать именно это. Пастер залил в ряд стеклянных колб некоторое количество бульона, стерилизовал и колбы и бульон нагреванием, а затем с помощью горелки вытянул горлышко каждой из этих колб, так что оно образовало тонкий изгиб, по которому в колбу мог проходить воздух, но не могли попадать частицы пыли вместе с их невидимой ношей из микроорганизмов. Рисунок пастеровской “колбы с лебединой шеей” стал одним из самых известных изображений в биологии.

Как и предсказывал Пастер, бульон оставался прозрачным до тех пор, пока он не отламывал стеклянное горлышко, тем самым пропуская в колбу пыль, переносящую микробов. После их попадания в бульон тот вскоре становился мутным. Так Пастер не только доказал, что микроорганизмы не могут самопроизвольно возникать из стерильного вещества, но и продемонстрировал, что они незримо присутствуют в окружающем нас воздухе.

После этого Пастер показал, что нагреванием можно убивать также болезнетворных бактерий, содержащихся в пище и воде. Его метод пастеризации молока сразу же резко сократил распространение туберкулеза от зараженных коров и молочниц. Подход, основанный на микробной теории, и формирующиеся представления об иммунной системе также подстегнули развитие методов получения вакцин. Пастер и другие ученые нашли способы ослаблять, или аттенуировать, бактерий и вирусов, так что они сохранялись в организме достаточно долго, чтобы у человека выработался иммунитет, но при этом не вызывали у него серьезного заболевания. Такой способ позволил ему, в 1881 и 1882 годах, получить действенные вакцины против бактерии сибирской язвы и вируса бешенства. А в 1890 году сотрудник лаборатории Коха Эмиль фон Беринг получил первые противотоксические сыворотки, которые быстро обучали иммунную систему уничтожать токсичные вещества, вырабатываемые микробами Corynebacterium diphtheriae и Clostridium tetani, возбудителями дифтерии и столбняка соответственно.

Первым охотникам за микробами еще не удалось найти принципиальных различий между предельно простыми прокариотическими клетками бактерий (которым и посвящена эта книга) и более крупными и сложнее устроенными эукариотическими клетками таких микроскопических паразитов, как простейшие (например, возбудителей малярии, лямблиоза и амёбиаза) и грибы (например, возбудителей молочницы и стригущего лишая), которые встречаются намного реже. Кроме того, они ошибочно полагали, что вирусы — это тоже болезнетворные микроорганизмы, только слишком маленькие, чтобы их можно было разглядеть даже в самый мощный из микроскопов того времени. Теперь мы знаем, что вирусы — это неживые частицы, состоящие из нуклеиновой кислоты СДНК или РНК) в белковой оболочке, которые проникают в наши клетки и там по ошибке копируются в огромных количествах, запуская новый виток инфекции. Но эти различия не имели большого значения для профилактики инфекций путем стерилизации, вызывающей не только гибель микробов, но и химическую денатурацию вирусов. Вакцины тоже оказались действенным средством как против живых организмов, так и против вирусов, потому что принцип их работы состоит в том, чтобы предупреждать иммунную систему — она должна быть готова немедленно отреагировать на характерный белок или иной химический маркер, связанный с определенным микробом, виру сом или любым другим потенциально опасным веществом например с дифтерийным токсином.

Гигиенисты

По иронии судьбы, главный прорыв, приблизивший избавление цивилизации от череды смертельных эпидемий, сделали представители лагеря, не верившего в микробов. Великое пробуждение санитарии в середине XIX века началось, когда высшие слои общества в Лондоне, Париже и Нью-Йорке забеспокоились по поводу возрастающей скученности жизни в городских трущобах, где выгребные ямы, открытая канализация и гниющие отходы стали, на их взгляд, рассадником миазмов. Предполагалось, что ядовитый воздух самопроизвольно возникает из грязи и разложения, а затем еженощно переносится в фешенебельные районы. Городские власти стали разворачивать уборку мусора во всех углах и нанимать инженеров для перепланировки систем канализации. Даже священнослужители приняли участие в этой кампании, ссылаясь на богослова XVIII века Джона Уэсли, который убеждал своих прихожан среднего класса “учить всех бедных, которых вы посещаете, еще двум вещам, с которыми они обычно плохо знакомы: усердию и чистоплотности”.

Школа здравоохранения, основанная на принципе “чистоплотность сродни благочестию”, обрела своего самого успешного поборника во время Крымской войны в лице прославленной “леди со светильником” — Флоренс Найтингейл. В 1854 году, после скандальных известий об условиях, царивших в военно-полевых госпиталях, она вместе тридцать с лишним помощницами, сестрами милосердия и монахинями, отправилась в Скутари (теперь это Ускюар в современной Турции), чтобы заботиться о раненых английских солдатах. Хотя она отчитывалась непосредственно перед британским военным министром, Флоренс писала, что работает “кухаркой, экономкой, уборщицей и прачкой” и видит свою личную миссию в том, чтобы уничтожить миазмы, убивавшие намного больше солдат, чем пули или штыки”.

В письме к своей матери Флоренс хвалилась тем, что избавила свои палаты от холеры, поместив в каждом углу по мешку хлорной извести, как будто само присутствие обеззараживающего вещества уже каким-то образом очищало воздух от отравы. Она также приписывала снижение частоты заражений введенной ею практике “закапывать дохлых собак и белить зараженные стены, потому что то и другое служит причиной массового развития лихорадки”. Хотя она и неправильно понимала, кто настоящий враг ее госпиталей, но, денно и нощно заботясь о чистоте, добилась заметного снижения частоты заражений, и ее воспоминания “Как нужно ухаживать за больными”, опубликованные в 1859 году, стали международным бестселлером.

Но если Англия дала миру героиню борьбы за гигиену, то Соединенные Штаты, в свою очередь, породили другого великого поборника чистоты — полковника Джорджа Уэринга, напоминавшего германского кайзера тем, что на радость художникам-карикатуристам он вощил свои тонкие белые усы, делая их прямыми и торчащими словно по стойке “смирно”. Получив гражданское инженерное образование, Уэринг дослужился до полковника во время Гражданской войны, а в годы послевоенного восстановления стал членом Национального совета по здравоохранению и ездил по стране, консультируя городские власти по вопросам строительства воздухонепроницаемых бетонных систем канализации, что, как он утверждал, позволяло предотвращать истечение газообразных миазмов. в действительности канализационные системы Уэринга творили свои чудеса за счет того, что не допускали попадания отходов человеческой жизнедеятельности в питьевую воду. Тем самым они обеспечивали беспрецедентный уровень защищенности от таких смертельных желудочно-кишечных заболеваний, как холера, дизентерия и брюшной тиф. И по справедливости стали для всего мира образцом современных гигиеничных канализационных систем.

Но вклад полковника Уэринга в улучшение санитарных условий этим не ограничился. В 1895 году, во время непродолжительного правления мэра-рефоматора Уильяма Стронга, Уэринг занялся очисткой города Нью-Йорка. Он обнаружил городские улицы “почти неизменно в грязнейшем состоянии. В сырую погоду они покрывались слякотью, а в сухую воздух наполнялся пылью. Всевозможный мусор, отходы и выброшенная зола валялись по улицам и в жаркую погоду издавали зловоние, выделяя гнилостные органические вещества, и следы черного разложения были видны и слышны повсюду”.

Составленное Уэрингом описание подтверждается фотографиями Манхэттена тех лет, демонстрирующими улицы, по колено заваленные навозом, разлагающимся мусором и трупами животных — не только собак и кошек, но даже городских рабочих лошадей, падеж которых в упряжках достигал, по имеющимся оценкам, пятнадцати тысяч голов в год. Повсюду кружили мухи. А немногие существовавшие канализационные трубопроводы сбрасывали неочищенные сточные воды непосредственно в гавань и в реки, со всех сторон огибавшие Манхэттен.

Несмотря на свою нетерпимость в отношении политиков, Уэринг умел воодушевлять общественность. Он сделал символом отдела улучшения санитарных условий кадуцей (жезл врача) и наклеил его на сотни блестящих новых повозок для уборки мусора. А свою новую армию из семи тысяч трехсот уборщиков он одел в сияющую белую униформу напоминавшую скорее костюмы военных санитаров, чем спецодежду мусорщиков. В газетах писали, что когда Уэринг впервые вывел облаченные в униформу отряды “белых крыльев” на городской парад, толпы людей собрались, чтобы посмеяться, и остались, чтобы повосхищаться. “Его метла спасла больше жизней в переполненных многоквартирных домах, чем целый полк врачей”, — писал впоследствии журналист и борец с коррупцией Якоб риис. Уэринг завербовал для участия в своей кампании даже городских детей, организовав детскую лигу улучшения санитарных условий. Под лозунгом “Чистоплотность заразительна” нью-йоркский городской отдел здравоохранения вручал значки, удостоверения, белые шапочки и призы тысячам детей, которые давали торжественные обещания, пели песни, вычищали школьные дворы и добивались от своих семей соблюдения “современных санитарных правил”.

В1897 году, когда к власти в Нью-Йорке вернулось политическое общество Таммани-холл, Уэринг подал в отставку. Но в конце своего непродолжительного правления он мог по праву похвастаться: “Нью-Йорк теперь целиком и полностью чист”. Город стал одним из самых чистых, если не самым чистым, во всем мире. Важнее же всего то, что в своем последнем отчете Уэринг мог отметить:

Для сравнения со средней смертностью 26,78 %, отмечавшейся в 1882–1894 гг., в 1895 г. смертность составила 23,10, в 1896 г. — 21,52, а в первой половине 1897 г. — 19,63. Если последний показатель сохранится на протяжении всего года, это будет означать, что в городе будет отмечено на 15000 смертей меньше, чем было бы, если бы смертность сохранилась в основном на уровне средней за предшествующие 13 лет.

Коммунальное водоснабжение и канализационные системы привели также к широкому внедрению внутренних трубопроводов, обеспечивших людей как чистой водопроводной водой, так и домашними туалетами со смывными бачками. Внутренние трубопроводы, уже широко распространившиеся в Северной Европе, постепенно становились все популярнее, проникая из северо-восточных штатов в южные и западные и из городских кварталов в сельские районы.

Чудеса улучшения санитарных условий во многом разорвали порочный круг эпидемий инфекций, передающихся через воду, которые начались в результате скученности еще во времена возникновения цивилизации. Наряду с достижениями медицинской гигиены (обеззараживанием хирургических инструментов и перевязочных материалов), этим во многом и объясняется отмеченное в развитых странах увеличение продолжительности жизни почти вдвое: в США средняя продолжительность выросла с 38 лет в 1850 году, когда начались первые реформы в области общественной гигиены, до 66 лет в 1950-м, непосредственно перед началом широкого применения антибиотиков.

Поиски “волшебных пуль”

Полученные Кохом и Пастером доказательства того, что определенные микробы вызывают определенные заболевания, вдохновили новое поколение ученых, занимавшихся медицинскими исследованиями, на полномасштабную войну с миром бактерий, целью которой было их истребление.

Объявив эту войну, они проигнорировали не столь радикальные взгляды, свойственные Пастеру, который отмечал, что не все бактерии приносят вред и что многие из них, если не большинство, могут быть полезны. Он, в частности, показал, что лабораторных животных можно защитить от фатальных последствий инъекций возбудителя сибирской язвы, если одновременно вводить им смесь из разных неболезнетворных бактерий, полученных из почвы и экскрементов, разве это не доказывает, спрашивал Пастер, что некоторые бактерии действительно могут защищать от болезней? Далее растер предположил, что большинство бактерий, находящихся на поверхности кожи, во рту и в пищеварительном тракте как животных, так и человека, не только благотворны, но и необходимы для жизни. Он дошел даже до утверждения, что нормальный набор бактерий нашего организма может оказаться необходимым для выживания. Он убеждал своих учеников проверить эту идею, попытавшись выращивать лабораторных животных в совершенно безмикробных условиях: “Если бы у меня было на это время, я провел бы такое исследование, исходя из априорного представления, что жизнь в таких условиях окажется невозможной”.

Величайший из сотрудников пастеровского института, будущий нобелевский лауреат Илья Мечников, открыто насмехался над тем, что представлялось ему наивностью его наставника. Мечников считал бактерий наихудшей разновидностью паразитов. Он видел в “гниении”, вызываемом бактериями в человеческом пищеварительном тракте, причины старческой немощи, атеросклероза и сокращенной продолжительности жизни. Он категорически не советовал есть сырые овощи и фрукты (чтобы “препятствовать проникновению “диких” микробов”) и предполагал, что когда-нибудь хирурги будут в порядке вещей удалять людям толстые кишки только для того, чтобы избавить нас от “хронического отравления их обильной кишечной флорой”. Пока же, признавал он, “рациональнее действовать непосредственно на вредные микробы, населяющие наши толстые кишки”. В то же время жена Мечникова Ольга, увлеченно занимавшаяся наукой, осуществила идею Пастера проверить роль бактерий в поддержании жизни и ее безуспешная попытка содержать головастиков в стерильных условиях, несомненно, служила в доме Мечниковых поводом для горячих споров. Но именно представление Мечникова о том, что хороший микроб — это мертвый микроб, возобладало в итоге в мире медицины.

Первые успехи в войне с бактериальными инфекциями были связаны с вакцинами. Если вакцина действовала, она нередко действовала блестяще, вырабатывая у людей иммунитет надолго, иногда на всю жизнь. Но, как и улучшение санитарных условий, вакцины позволяли лишь предотвращать развитие инфекций, а не лечить от них людей. Наука XIX века могла мало что предложить для лечения инфекционных заболеваний, помимо нескольких высокотоксичных противомикробных средств, таких как ртуть или мышьяк, способных убить не только возбудителей заболевания, но и самих пациентов.

В 1885 году немецкий патолог Пауль Эрлих пришел к выводу, что современной медицине нужна “волшебная пуля”, которая разрушала бы бактериальные клетки, не причиняя вреда клеткам человеческого организма. Эта идея была отнюдь не праздной мечтой: она была основана на собственных наблюдениях Эрлиха, которые показывали, что бактериальные клетки принципиально отличаются от наших. За год до этого датский микробиолог Ганс Кристиан Грам продемонстрировал, что всех бактерий можно разделить на две фундаментальные группы (теперь называемые грамположительными и грамотрицательными бактериями) в зависимости от того, как их клетки впитывают и сохраняют в себе метиловый фиолетовый краситель. Эрлих понял, что разница между этими двумя группами обусловлена различиями в строении полужесткой клеточной стенки, окружающей тонкую клеточную мембрану бактериальных, но не животных клеток, в том числе человеческих.

Эрлих рассудил, что если ему удастся найти токсичный краситель, способный впитывать только бактериальные клетки, это вещество может оказаться той самой “волшебной пулей”, о которой он мечтал. После этого он испытал более девятисот красителей и близких к ним соединений. В 1908 году он обнаружил, что соединение боб, впоследствии получившее название “сальварсан”, эффективно против грамотрицательного возбудителя сифилиса. Но сальварсан отнюдь не был безвреден для пациентов. Помимо того что он оказывал разрушительное действие на печень, этот токсичный препарат иногда приводил к тому, что пациенту приходилось ампутировать руку, после того как в процессе инъекции некоторое количество препарата случайно вытекало из вены. Тем не менее открытие сальварсана спасло тысячи жизней и подтолкнуло ряд европейских химических предприятий на финансирование исследований, направленных на поиск других веществ, которые обладали бы избирательной токсичностью для бактерий. Эти дальнейшие исследования позволили разработать сульфаниламидные препараты, полученные, как и сальварсан, на основе красителей. Эти препараты оказались удивительно эффективным средством против целого ряда грамположительных бактерий, в том числе пиогенного стрептококка (Streptococcus pyogenes), вызывающего ангину и скарлатину, а также умеренно эффективным средством против золотистого стафилококка {Staphylococcus aureus) — другой грамположительной бактерии, одного из важнейших возбудителей инфекционных заболеваний кожи и заражений крови.

Тем временем человечество приблизилось к открытию первого настоящего антибиотика, то есть, по определению, противомикробного средства, производимого другим микробом. В 1896 году французский студент-медик Эрнест Дюшен изучал, как различные микроорганизмы конкурируют друг с другом в культурах, выращиваемых на питательной среде, и установил, что плесневый грибок пеницилл (Penicillium gloucum) с легкостью подавляет рост колоний обыкновенной кишечной палочки (Escherichia coli). Впоследствии он показал, что лабораторные крысы не умирают, если вводить им возбудителей брюшного тифа в количестве, которое должно быть смертельным, одновременно с препаратом этого гриба. К сожалению, сам Дюшен умер от туберкулеза, не успев завершить свои исследования.

В течение следующих двадцати лет плесневые грибы из рода Penicillium привлекли внимание ряда других исследователей, самым знаменитым из которых стал биохимик Александр Флеминг, в 1928 году обративший внимание на зараженную плесенью культуру золотистого стафилококка, которую он выращивал в чашке Петри. Слова, сказанные им своему помощнику, отличались необычайной сдержанностью, благодаря чему и вошли в историю: “А это забавно”. Дело в том, что хотя лабораторные культуры нередко заражались плесенью, оказалось, эта плесень убивает вокруг себя всех стафилококков.

Следующим принципиальным этапом должно было стать выделение и очистка ощутимого количества убивающего бактерий вещества, выделяемого плесенью. Во время Второй мировой войны химики из Оксфордского университета Говард Флори и Эрнст Чейн усовершенствовали соответствующую технологию, чем спасли жизни сотен солдат союзнических армий. Тем временем американский почвовед французского происхождения Дюбо открыл еще более плодотворный путь получения антибиотиков. Дюбо с давних пор восхищало изобилие и разнообразие бактерий, которых можно найти в любом комке грязи, способных разрушать, или расщеплять, едва ли не что угодно. Более того, он справедливо полагал, что все мы были бы по колено завалены останками животных и растений, если бы не способность почвенных бактерий эти останки перерабатывать. Кроме того, он рассудил, что почвенные бактерии должны использовать друг против друга целый набор биохимического оружия в непрерывной борьбе за пространство и пищу в своем перенаселенном подземном мире. Поэтому в тридцатых годах он начал проверять всевозможные формы безвредных почвенных бактерий на предмет их способности убивать своих болезнетворных собратьев.

В 1939 году почти за десять лет до начала широкого применения пенициллина — Дюбо выделил из почвенной бактерии Bacillus brevis антибиотик грамицидин. Хотя грамицидин и оказался слишком токсичным для внутреннего применения, его можно было лить в открытые раны, чтобы предотвращать или останавливать развитие инфекций. Как и в случае с сальварсаном, частичный успех грамицидина подтолкнул множество исследователей заняться активными поисками новых антибиотиков. В течение последующих двадцати лет — золотого века поиска антибиотиков — почвенные бактерии обеспечили современную медицину большинством противобактериальных средств, используемых и по сей день. В1962 году нобелевский лауреат Макфарлейн Бёрнет, специалист по медицинской микробиологии, в предисловии к новому изданию своей прославленной “Естественной истории инфекционных заболеваний” чуть ли не оправдывался, отмечая, какую революцию антибиотики произвели в медицине: “…порой возникает ощущение, что писать сегодня об инфекционных заболеваниях значит писать о вещах, которые уже едва ли не ушли в историю”.

Часть 2. Жизнь на человеке

Всех людей, живущих в наших Соединенных провинциях, не так много, как живых существ, которых я ношу в настоящий момент у себя во рту.

Антони ван Левенгук (1683)

Наше тело как экосистема

Экология как наука об окружающей среде оставалась неясным и малоисследованным направлением до начала шестидесятых годов прошлого века, когда такие биологи, как Рейчел Карсон, начали описывать принимавшие угрожающие размеры последствия ущерба, наносимого окружающей среде людьми. Слова “экология” и “энвайронментализм” сделались частью нашего повседневного лексикона едва ли не исключительно благодаря ее бестселлеру “Безмолвная весна”, опубликованному в 1962 году. В том же году бактериолог из Университета Вашингтона в Сент-Луисе Теодор Роузбери опубликовал трактат об экосистеме, еще более близкой, но намного хуже знакомой нам, чем описанные Рейчел Карсон поля и леса, лишенные птиц. В своей книге “Микроорганизмы, населяющие тело человека” Роузбери обобщил все имевшиеся на тот момент сведения о жизненных формах бактерий, обитающих на просторах человеческого тела, и об их взаимодействиях с собственной “окружающей средой”, как благотворных, так и вредны для нас. Эта книга стала первой в истории науки исчерпывающей переписью человеческой “микрофлоры”, равно как и того немногого, что было известно о ее деятельности.

Хотя свою книгу Роузбери написал предельно сухи^ научным языком, этот куривший трубку профессор с бород, кой клинышком имел у себя в университете дурную славу из-за склонности будоражить воображение студентов на лекциях и семинарах, увлекательно и колоритно описывая жизнь микрорельефа нашего тела. Эти описания выходили за пределы просто отталкивающих картин и достигали эффекта какой-то особой, странной красоты. Предметом одной из излюбленных его историй был взгляд “глазами микроба” на пиршество, показанное в знаменитой сцене оскароносного фильма “Том Джонс”, которую часто называют самым сексуальным ужином в истории кино:

Я добавил к цветной кинокамере [Тони] Ричардсона свой воображаемый микроскоп и смог мысленно увидеть крупным планом маленькие углубления в деснах Тома и Дженни во время их пиршества и разглядеть кипящую там жизнь микробов: неистово движущихся и вибрирующих спирохет, скользящих взад и вперед более толстых, штопорообразных спирилл и вибрионов, а также вялые и неподвижные цепочки, скопления и колонии бацилл и кокков, сгрудившихся вокруг или бурлящих среди отстающих чешуек эпителия и волокон и остатков клеток и пищевых частиц. Как и те большие и прекрасные животные, во рту которых они живут, это тоже организмы, живые существа, и я представил себе, как они, в точности как Том и Дженни, самозабвенно насыщаются, утоляя голод, который им долго пришлось терпеть.

Роузбери понимал, что идея человеческого тела как микроб ной экосистемы была близка студентам шестидесятых. “Они отвергают многие наши ценности, в том числе целиком полностью нашу опрятность, видя в чистоплотности часть фальши лицемерного мира, — отмечал он. — Миф о том, что микробы и грязь — это всегда наши враги, вреден и дорогостоящ. От него следует избавиться”. Тесно сплетенное сообщество микробов, населяющих наш организм, утверждал Роузбери, служит для человечества сильнейшим бастионом в его борьбе с вторжениями других микробов, не так хорошо адаптированных и вызывающих болезни. Коротко говоря, бактерии составляют неотъемлемую часть экосистемы здорового человека.

Описывая в этом ключе рождение человека, Роузбери называл его появлением нового надела микробной недвижимости, заселение которого приводит к слиянию двух крайне непохожих царств живой природы. Если в течение первых нескольких часов, дней, месяцев и лет человеческой жизни все пойдет нормально, конечным результатом этого слияния станет формирование защитной армии микробов. Эта “национальная гвардия” развернется на всей коже и на всех слизистых оболочках ребенка, от макушки до потеющих промежутков между пальцами ног, и по всем ходам дыхательной системы и пищеварительного тракта. При этом, как подчеркивал Роузбери, скорее всего процесс пойдет нормально. Младенец будет благополучно расти в мире, наполненном микробами, и инстинкты заставят его хватать руками и засовывать в рот все загрязненные бактериями предметы, до которых он сможет дотянуться. Такая же инстинктивная склонность, как предполагал Роузбери, подталкивает родителей, братьев, сестер и домашних животных прибавлять к этому свои несущие микробов поцелуи, тисканье и облизывание.

Приготовления к союзу микробов и человека начинаются еще до рождения. В середине беременности гормональный сдвиг приводит к тому, что клетки, выстилающие влагалище будущей матери, начинают накапливать углевод гликоген — излюбленную пищу толстых, похожих на сосиски микроорганизмов, которых называют лактобактериями.

Сбраживая гликоген и превращая его в молочную кислоту эти бактерии снижают показатель pH влагалища до уровня' препятствующего росту потенциально опасных чужеродных микробов. К таким микробам относятся некоторые кишечные бактерии, которые могут случайно попасть из заднего прохода во влагалище, а затем расплодиться и добраться до матки, вызывая развитие инфекции, угрожающей нормальному ходу беременности. Кроме того, производящие кислоту лактобактерии обеспечивают частичную защиту от передаваемых половым путем гонококков (Neisseria gonorrhoeae) и хламидий (Chlamydia trachomatis), которые могут вызывать слепоту у новорожденных, зараженных во время выхода из родовых путей.

Некоторые лактобактерии влагалища производят также перекись водорода, то есть, по сути, то самое шипучее дезинфицирующее средство, которым матери заливают ссадины на коленках своих детей. Эти чрезвычайно воинственные лактобактерии особенно успешно противостоят росту стрептококков группы В (Streptococcus agalactiae). Такие стрептококки, часто живущие во влагалищах женщин, лишенных производящих перекись водорода лактобактерий, по сей день остаются одной из главных причин детской смертности. Каждый год они вызывают в Соединенных Штатах тысячи опасных для жизни случаев пневмонии, менингита и кровяных инфекций преимущественно у младенцев в возрасте меньше месяца. Поскольку естественная защита лактобактерий далеко не вполне надежна, западные акушеры имеют обыкновение назначать антибиотики роженицам, чей анализ на стрептококков группы В оказывается положительным. Ирония состоит в том, что эти стрептококки часто попадают в родовые пути именно по вине антибиотиков, прописанных женщине ранее (для лечения какой-то другой инфекции), потому что эти антибиотики нередко нарушают работу защитных лактобактерий.

В уста младенцев

разносторонний Теодор Роузбери изучал в течение своей жизни все: от определяемого бактериями “фекального запаха тела” (то есть запаха кишечных газов) до угрозы бактерий как биологического оружия. И все же его работа в Стоматологической школе Университета Вашингтона предполагала прежде всего исследования микробной экосистемы ротовой полости. Его глубокие познания в этой области дали нам первое исчерпывающее описание возникновения и созревания сообщества микроорганизмов, живущих во рту здорового человека.

Первый обильный посев бактерий в уста младенца обычно происходит во время родов, когда на его губы попадают лактобактерии из родовых путей матери. С первым глотком материнского молока к этим лактобактериям присоединяются миллионы бифидобактерий — родственной лактобактериям группы производящих кислоту микроорганизмов. Эти коренастые, вилочковидные бактерии загадочным образом появляются внутри и вокруг сосков набухающей женской груди на восьмом месяце беременности. Там бифидобактерии выделяют сильнодействующую смесь кислот и антибиотиков, отгоняющих таких потенциально опасных микробов, как золотистый стафилококк (с его отвратительной склонностью заражать даже маленькие ранки, возникающие у младенцев из-за прыщиков). Внезапное появление бифидобактерий на женской груди в конце беременности озадачивало Роузбери, потому что эти бактерии анаэробны, то есть “кислородобоязненны” — иными словами, не способны к выживанию на открытом воздухе.

Выяснилось, что они растут глубоко в бескислородных камерах млечных протоков и вытекают наружу с первыми незаметными каплями молозива, или “предмолока”. Хотя сами бифидобактерии и гибнут на открытом воздухе, они оставляют после себя кислоты, которые часами сохраняются на поверхности груди и во рту младенца. Вместе с лактобактериями они помогают осуществить отбор первых постоянных обитателей ротовой полости. К таким обитателям относится устойчивый к кислоте слюнной стрептококк (Streptococcus salivarius) — похожие на бусины бактерии, появляющиеся на языке младенца в течение первого дня его жизни. С помощью сильных адгезинов (биохимических крючков-зацепок) этот “хороший” стрептококк прикрепляет свои цепочечные колонии к загрубевшей поверхности языка и остается там в качестве одного из преобладающих видов обитателей здоровой ротовой полости. Несколько других видов стрептококка, такие как S. oralis и S. mitis, поселяются во рту в течение первой недели человеческой жизни. То же относится и к одной или нескольким видам нейссерий (Neisseria), которые выглядят как парные шарики, расселяющиеся по деснам, нёбу и внутренней поверхности щек. Если новорожденному повезет, в числе поселившихся у него во рту нейссерий окажутся и пушистые бурые шарики вида N. lactamica, бурно растущего на лактозе (молочном сахаре). Раннее заселение ротовой полости этими бактериями вырабатывает у младенца сильный иммунитет к их опасному собрату N. meningitidis — самому распространенному возбудителю бактериального менингита, потенциально смертельного воспаления оболочек головного и спинного мозга.

Откуда берутся эти ранние поселенцы? Определив специфические разновидности бактерий, живущих во рту, исследователи выяснили, что подавляющее большинство их поступает напрямую изо рта матери, до которого во время кормления всегда могут дотянуться тонкие пальцы младенца. Остающиеся в кровотоке новорожденного материнские антитела (передаваемые во время беременности) могут дополнительно способствовать росту микроорганизмов, которых они признают за “своих”. Второе место среди источников бактериальных поселенцев ротовой полости младенца занимают старшие братья и сестры, особенно братья — возможно, из-за их неидеальной личной гигиены.

По ходу установления постоянного режима кормления младенца (естественного или искусственного) население бактерий у него во рту идет то на подъем, то на спад, в соответствии с молочными приливами и отливами. С каждым приемом пищи происходит вспышка численности живущих во рту микроорганизмов, затем численность эта вновь снижается. Слюнные железы тоже служат для бактерий источником пищи, более постоянной, но менее обильной: водянистой смеси белков, углеводов и минеральных веществ. Эпителиальные клетки, выстилающие поверхность щек и миндалин, понемногу выделяют муцины — слизистые гликопротеины, то есть соединенные с углеводами белки. Муцины служат пищей живущим во рту бактериям, но не дают им непосредственно прикрепляться к нежному эпителию и повреждать его.

Аэробные бактерии первой волны поглощают во рту младенца достаточно кислорода, чтобы создать глубже расположенную зону, в которой могут процветать анаэробные бактерии. Если мы посмотрим в микроскоп на десны младенца, которому исполнилось полтора месяца, мы увидим скопления и цепочки разных бактерий из рода Veillonella и длинные ветвящиеся клетки нескольких разновидностей актиномицетов. Эти анаэробные бактерии питаются биохимическими отходами жизнедеятельности своих соседей, других микроорганизмов, тем самым делая экосистему которая постепенно становится густонаселенной, более устойчивой.

Пока экосистема ротовой полости не достигла зрелости, младенец остается уязвимым для молочницы полости рта, вызываемой грибком Candida albicans. Колонии этого грибка выглядят как приподнятые пятна, похожие на творог. Выходящие из них гифы, то есть нити, углубляются в ткани ротовой полости, вызывая воспаления и открытые язвочки. По мере роста плотности и разнообразия бактерий, живущих во рту, его грибковое население обычно сокращается до отдельных разрозненных клеток. Если экологическое равновесие полости рта будет чем-то нарушено, из этих клеток могут вновь разрастись болезнетворные колонии. Этим чем-то нередко оказывается курс антибиотиков, прописанных младенцу или кормящей матери.

Следующая волна иммиграции прибывает, когда у младенца начинают прорезаться зубы. Первым из них оказывается стрептококк Streptococcus sanguis — бактерия, отличающаяся непревзойденной способностью прикрепляться к гладкой поверхности эмали маленьких резцов. Когда прорезаются первые моляры (большие коренные зубы), к нему присоединяется Streptococcus mutans, печально известный своей способностью вызывать кариес. К счастью, 5. mutans обычно легко удаляется как содержащимися в слюне ослабляющими бактерий антителами, так и напрямую — при приеме твердой пищи или чистке зубов зубной щеткой. Чаще всего он вызывает проблемы, когда ему удается угнездиться в глубоких тканях моляра или в узких щелях между плотно растущими зубами. Некоторые другие разновидности зубных бактерий склонны усаживаться на прикрепленных к эмали стрептококков. Вместе они создают слоистые сообщества, или биопленки, которые восстанавливаются уже через несколько часов после основательной чистки зубов. К середине детского возраста во рту здорового ребенка оказывается уже больше сотни видов бактерий Максимально возможное их число составляет пятьсот или семьсот видов, а их общая численность может достигать миллиардов клеток (что почти вдвое больше, чем численность человеческого населения Земли).

Роузбери исследовал также бактериальную экосистему носовой полости, связанной с ротовой полостью дыхательными путями. Уже с первым вдохом ребенок втягивает носом тысячи пылевых частиц, несущих бактерий. Эти бактерии сразу же сталкиваются с токсичным варевом из отравляющих веществ. Каждая капля носовой слизи битком набита лизоцимом и дефензинами, молекулы которых пробивают дыры в клеточных стенках бактерий. Кроме того, клейкая слизь носовой полости образует липкую ловушку, где накапливаются поступающие пылевые частицы, которые затем попадают на поле колышущихся ресничек. Эти реснички, напоминающие микроскопические пряди волос, представляют собой живые отростки эпителиальных клеток, выстилающих носовую полость. Их колючие основания непрерывно колеблются, проталкивая вязкую носовую слизь и отправляя попавших в нее микробов к задней стенке глотки, где они могут быть либо проглочены, либо выведены из организма вместе с мокротой.

Несмотря на эти защитные механизмы, носовая полость младенца недолго остается стерильной. В течение двух дней после его рождения там поселяется группа особо цепких бактерий. Во время первого месяца жизни среди них обычно преобладает золотистый стафилококк (.Staphylococcus aureus), но к шести месяцам его, как правило, вытесняет или пневмококк (Streptococcuspneumoniae), или гемофильная палочка (Haemophilus influenzae). К концу первого года к ним присоединяется моракселла (Moraxella catarrhalis). В носовой полости эти бактерии безвредны, но каждая из них может вызывать инфекции в ушах околоносовых пазухах или легких, если случайно попадет τν и чрезмерно разрастется не на своем месте. Тонкие отличия в составе противомикробных веществ носовой полости младенца могут определять, какие из этих организмов станут ее постоянными жителями. Лишь у немногих людей в носу остаются все четыре вида бактерий.

В шестидесятых годах бактериологи открыли в носовой полости младенцев еще один, более необычный, источник неприятностей. До невозможности маленькие, мягкие клетки бактерии Mycoplasma pneumoniae относятся к числу мельчайших живых организмов. Это представители странного семейства микоплазм. Самые крупные из микоплазм едва достигают одной пятой размера более типичных бактерий, таких как кишечная палочка. Но главная их отличительная особенность — это отсутствие клеточной стенки. Эта кажущаяся уязвимость делает микоплазм невосприимчивыми к действию многих антибиотиков и производимых иммунной системой веществ, мишенью которых служат бактериальные клеточные стенки. Современные педиатры знают, что численность М. pneumoniae в общем составе микробных сообществ периодически возрастает и снижается, совершая пятилетние циклы и вызывая зимние эпидемии болезненных ушных инфекций, а также так называемой микоплазменной пневмонии, причем оба эти заболевания обычно проходят сами, без лечения антибиотиками.

Жизнь на поверхности

В 1965 году новозеландский микробиолог Мэри Марплс опубликовала книгу, послужившую ценным дополнением к труду Теодора Роузбери “Микроорганизмы, населяющие тело человека”. Беспрецедентная по степени подробности ее монография “Экология человеческой кожи” была освящена исследованию того, как “климатические” факторы определяют, какие организмы будут жить у человека на коже. Под “климатом” она подразумевала не только такие факторы, как температура или влажность, но и характер одежды, которую носит человек, особенности его личной гигиены и даже его генетически обусловленные свойства, такие как интенсивность потоотделения. Мэри Марплс рассматривала поверхность человеческого тела не как единое населенное микроорганизмами пространство, но как совокупность разных ландшафтов, от настоящих пустынь на коже рук и ног до лесов умеренной зоны на голове и влажных джунглей под мышками и в паху.

Как и в случае с ротовой и носовой полостью, заселение человеческой кожи начинается при рождении — с лакто- бактерий из родовых путей матери. Эти защитные бактерии добавляют свою молочную кислоту и перекись водорода к антибактериальным ферментам, содержащимся в творожистой смазке, покрывающей тело новорожденного. Лактобактерии, как и бифидобактерии материнского молока, на открытом воздухе вскоре погибают. Но кислотный покров, оставляемый ими после себя, помогает отобрать их преемников из числа бактерий, которые сыплются на новорожденного вместе с частицами пыли и летающими по воздуху хлопьями эпидермиса окружающих людей. Прикосновения рук и дыхание родителей и акушеров тоже переносят бактерий на кожу ребенка.

В числе победителей в этой борьбе за территорию почти всегда оказывается толстая, кремового цвета кислотолюбивая бактерия Staphylococcus epidermis (более благовоспитанный родич золотистого стафилококка). Через два часа после рождения, когда на коже младенца уже погибают все лактобактерии из влагалища матери, стартовый набор S. epidermis успевает изрядно размножиться в геометрической прогрессии. Если в это время рассмотреть поверхность кожи в электронный микроскоп, на каждой ее клетке можно увидеть от трех до шестнадцати клеток S. epiderm' которые выглядят как пушистые теннисные мячики, разбросанные на жестком цементном корте.

К концу первого дня жизни новорожденного к s epidermis присоединяется около полудюжины разновидностей коринеформных (то есть булавовидных) бактерий Самые кислородолюбивые представители этой группы коринебактерии Corynebacterium jeikeium и С. urealyticum — расселяются по поверхности кожи. Более выносливые С. amycolatum, С. minutissimum и С. striatum поселяются в почти безвоздушных глубинах волосяных фолликулов а жиролюбивый С. lipophilicus гнездится в кожном сале, обильно покрывающем кожу головы младенца. Как S. epidermis, так и коринебактерии выдерживают концентрации соли, способные вытравить большинство микроорганизмов, и поэтому благополучно процветают в присутствии пота. Через двадцать четыре часа после рождения рост бактериального населения кожи младенца приносит обильные плоды, и плотность кожной микрофлоры составляет уже более тысячи клеток на квадратный сантиметр (или шести тысяч на квадратный дюйм). Столь высокий темп роста сохраняется и на следующий день, так что через сорок восемь часов после рождения плотность бактерий уже превышает десять тысяч на квадратный сантиметр, а к шестой неделе переходит отметку в сто тысяч. При такой высокой плотности преимущественно аэробные первопоселенцы кожи начинают истощать ограниченные запасы кислорода внутри волосяных фолликулов, желез и других углублений, подготавливая почву для следующей волны поселенцев — ветвящихся колоний анаэробных пропионибактерий. К середине детского возраста микрофлора кожи по большей части стабилизируется. Несмотря на то что происходит непрерывный обмен микробами с друзьями и родственниками, запоздалые гости все реже и реже остаются надолго, eё экологические ниши кожи оказываются прочно заняты сплоченным климаксным сообществом бактерий, оставляющих мало места новоприбывшим, как безвредным, так и вредоносным.

“Хотя патогенные организмы постоянно высаживаются на поверхности кожи, они находят там весьма неблагоприятную для себя среду, — отмечала Мэри Марплс в 1969 году. — Способность кожи к самостерилизации, судя по всему, не относится, как предполагает термин, к свойствам самой кожи. Это скорее характерный признак любой развитой экосистемы”. К самым густонаселенным из сообществ, исследованных Мэри Марплс, относились луга коринебактерий, растущие на предрасположенных к увлажнению участках кожи: в паху, на шее, между пальцев ног. Чем больше там коринебактерий, тем меньше таких микроорганизмов, как Candida, Microsporum, Trichophyton или Malassezia, — виновников грибковых заболеваний кожи: опрелостей, микозов стопы, стригущего лишая и себорейной экземы.

С началом полового созревания в дело вступает микроб propionibacterium acnes, способствующий образованию прыщей: эти бактерии застревают и бурно размножаются в слишком активно работающих сальных железах. Примерно в то же время коринебактерии, живущие под мышками, начинают пировать на совершенно новом источнике пищи — выделениях стероидных гормонов, преимущественно андростенона у юношей и андростенола у девушек. Продукты их усвоения бактериями и вызывают тот характерный запах, появлением которого сопровождается взросление. Хотя потребители и тратят миллионы долларов ежегодно на продукцию, подавляющую деятельность этих микроорганизмов, бактерии, живущие под мышками, возможно, играют у нас ту роль, которую у других животных играют пахучие железы, создавая половые феромоны привлекательные для противоположного пола, из стероидов, исходно лишенных запаха. Вызываемый бактериями запах подмышек юноши-подростка, конечно, перебьет запах подмышек девушки (или кого угодно другого). Но у ее запаха есть интересная особенность: он ослабевает и усиливается в ходе менструального цикла по определенной схеме, достигая пика непосредственно перед овуляцией то есть как раз тогда, когда вероятность зачатия особенно велика.

Повышенный уровень эстрогена при половом созревании у девушек, в свою очередь, способствует развитию лактобактерий во влагалище. Хотя плотность их в этот период и ниже, чем во время беременности, в норме она достаточно высока, чтобы препятствовать росту грибков и кишечных бактерий, попадающих во влагалище во время полового акта. При этом даже если девушка не живет половой жизнью, небольшое количество этих потенциально опасных микробов вполне может случайно попасть ей во влагалище — например, при пользовании туалетной бумагой. Но эти микробы скорее всего не вызовут никаких неприятностей, если у нее все в порядке с живущими во влагалище лактобактериями. Но поскольку антибиотики, особенно широкого действия, могут нарушать экологическое равновесие, их применение часто приводит к развитию “дрожжевых” инфекций (вызываемых грибком Candida albicans), бактериальных вагинозов (вызываемых кишечными бактериями) или отвратительных циклов, при которых они сменяют друг друга.

Как и работа Теодора Роузбери, исследования нюансов жизни человеческого организма, которыми занималась Мэри Марплс, вызвали живейший интерес общественности. Статья о ее трудах, опубликованная в 1969 году в журнале Scientific American, вдохновила английского поэта Уистена Хью Одена на написание хвалебной песни, посвящённой микрофлоре его собственного тела, напечатанной названием “Новогоднее поздравление”. Вот отрывок из нее:

Поздравлю с Новым годом

всех тех, кому покровы

мои — как мне Земля.

Созданьям роста вашего

я выбрать дам жилище. Селитесь же в той зоне,

что лучше вам подходит в бассейнах пор, в тропических

лесах подмышек, паха, в пустынях на предплечье,

в тайге на голове.

Живите, размножайтесь,

я дам тепло и влагу, жиры и все, что нужно,

но только при условии, чтоб вы меня не злили,

как подобает гостю, без мятежей нарывов, микозов и прыщей.

Жизнь внутри нас

Если собрать вместе все 100 миллиардов или около того обитателей нашей кожи, получился бы комочек размером с горошину. Между тем, по оценкам Роузбери, 15 триллионов с лишним бактериальных клеток, выстилающих пустой пищеварительный тракт, переполнили бы трехсотграммовую консервную банку. Прибавьте к этому более 100 триллионов бактерий, скопившихся внутри кишечника здорового человека и готовых эвакуироваться при следующей дефекации.

Но, несмотря на эти ошеломляющие цифры, кишечная микрофлора привлекала к себе довольно мало внимания пока Роузбери не опубликовал в 1962 году свою перепись' населения нашего тела. Самым известным научным достижением в этой области было открытие кишечной палочки {Bacterium coli), которую немецкий педиатр Теодор Эшерих выделил в 1885 году из стула новорожденных. Переименованная впоследствии в его честь, Escherichia coli остается самой хорошо изученной из всех кишечных бактерий и во времена Роузбери ее по-прежнему считали самым многочисленным видом бактерий в толстой кишке. Именно эта бактерия постоянно обнаруживалась в культурах, полученных из стула, и в загрязненной канализационными стоками воде. В действительности кишечная палочка — это просто та из кишечных бактерий, которую легче всего выращивать за пределами человеческого организма.

Микробиологи давно подозревали, что в кишечнике содержится огромная масса никем не культивированных и не отмечаемых организмов. Дело в том, что, исследуя под микроскопом разведенные образцы стула, они видели, что могут насчитать намного больше бактериальных клеток (порядка 100 миллиардов в пересчете на грамм), чем когда-либо вырастало в колонии при культивировании в чашках Петри. Как выяснилось, соприкосновение с кислородом губительно для подавляющего большинства кишечных бактерий. Они оказались строгими анаэробами, в отличие от не имеющей узкой специализации кишечной палочки — факультативного анаэроба, успешно живущего и в бескислородной и в кислородной среде. Кроме того, судя по всему, пищевые потребности большинства кишечных бактерий отличались от обычной смеси белков и углеводов, составлявшей меню стандартной лабораторной питательной среды.

Как ни заманчиво было бы пренебречь этой малопонятной и малоизвестной частью населения кишечника, небольшой горстке микробиологов удалось оценить ее принципиальную важность благодаря данным, накопленным гнотобиологией — научной отраслью, занимающейся изучением животных, появившихся на свет и выращиваемых в безмикробных условиях. Без бактерий кишечный тракт таких животных остается недоразвитым, с выстилкой необычайно тонкой и уязвимой для повреждений в одних местах и сильно распухшей в других. Чтобы они вообще могли выжить и стать взрослыми, их рацион должен включать дополнительный набор витаминов, незаменимых аминокислот и повышенное количество калорий, чтобы компенсировать все то, что в норме поставляют кишечные бактерии. Кроме того, эти животные оказываются более уязвимыми для природных токсинов, содержащихся в их естественной пище, вероятно из-за отсутствия одной или нескольких разновидностей бактерий, необходимых для расщепления этих ядов до безвредных соединений. Самое же впечатляющее — что иммунная система безмикробных животных пребывает как бы в состоянии спячки, делая их менее защищенными от смертельных инфекций, развивающихся, если какой-нибудь микроб случайно проникнет в их стерильную среду.

Это была интереснейшая загадка, но средств на выделение и изучение смутно знакомых микробиологам обитателей экзотичной экосистемы толстой кишки отчисляли мало или вообще не отчисляли. Государственные органы здравоохранения просто отказывались финансировать изучение безвредных бактерий. При этом они щедро раздавали гранты исследователям, изучавшим болезнетворных микробов, таких как сальмонеллы, шигеллы и другие важнейшие источники так называемых пищевых отравлений.

И тут в дело вступило НАСА.

Микробы в космосе

Внезапно разгоревшийся интерес космического агентств к микробиоте человеческого организма в целом и анаэробным кишечным бактериям в особенности начался с одного странного доклада, прочитанного перед аудиторией состоявшей из летчиков-испытателей и медиков НАСД* в конце апреля 1964 года. Как будто главному врачу НАСА Чарльзу Берри и без того не хватало забот с предсказаниями, что глазные яблоки будут лопаться при нулевой гравитации (к счастью, опровергнутыми) или что после длительного пребывания в невесомости мышцы и кости будут превращаться в кашу! А теперь еще нашелся ученый утверждавший, что главной опасностью для астронавтов могут оказаться поцелуи их жен после возвращения мужей из изоляции в богатую микробами земную атмосферу. “Микробный шок” — вот как назвал это Дон Лаки в своем докладе на организованной НАСА конференции на тему “Питание в космосе”, проходившей в Университете Южной Флориды14. “Смертельный поцелуй Дона Лаки” — такие заголовки появились на следующий день в газетах.

Лаки, один из первопроходцев гнотобиологии, уже знал, что происходит, если изолировать небольшую группу выращенных обычным способом крыс в герметически закрытой камере, а затем поить их стерильной водой и кормить исключительно стерильной пищей (ситуация, не лишенная сходства с положением астронавтов, живших в течение всего полета на растворимых напитках марки Тапд и сублиованных продуктах). Через пару месяцев разнообразие митерий в кишечниках этих животных сокращалось с сотни лишним до всего лишь одного или двух видов.

“Наша нормальная микрофлора образована, очевидно, не столько коренным населением, сколько непрерывным потоком новых иммигрантов”, — объяснял Лаки. £6з их притока эта богатая и разнообразная экосистема градирует в направлении монокультуры. В зависимости оттого, кто при этом победит, уже сама по себе потеря разнообразия может оказаться смертельной. В качестве примера Лаки привел кишечную палочку. В благотворном присутствии каких-то других кишечных бактерий, сказал он, кишечная палочка остается безвредной. Но сама по себе она оказалась смертоносной. При этом даже если победителем окажется какой-нибудь безвредный микроорганизм, результатом такой победы может стать “обленившаяся” иммунная система. В своих экспериментах Лаки наблюдал, как легко животные с обедненной микрофлорой заболевали и умирали после того, как их возвращали обратно в нормальную крысиную колонию.

Отсюда и возникла идея “смертельного поцелуя”. Полет на Луну должен был продлиться около трех недель. Прибавьте к этому месячный карантин после возвращения (чтобы убедиться, что астронавты не подхватили какую-нибудь опасную лунную инфекцию). Они вернутся из изоляции с обедненной микрофлорой и нарушенной работой иммунной системы. А жены бросятся к ним в объятия с поцелуями. “У нас не может быть серьезных сомнений в том, что одной из проблем будущих астронавтов станет та или иная разновидность, или те или иные разновидности, микробного шока, — подытожил Лаки. — Некоторые из этих разновидностей могут оказаться настолько легкими, что будут представлять лишь чисто научный интерес. Другие могут вызывать болезни и смерть”.

Предсказания Лаки сделали “просто интересную” проблему микрофлоры человеческого организма вопросом жизни и смерти. Чарльз Берри быстро изыскал для Лаки средства на изучение микрофлоры приматов, которых в течение года содержали на диете из обезвоженной и облученной космической пищи. Заодно Лаки сумел провести исчерпывающий учет микроорганизмов в рамках запланированного ранее исследования физических и психологических последствий тридцатидневного пребывания шести летчиков-испытателей в условиях, приближенных к космическим. Этот учет включал десятикратное взятие мазков из горла, ротовой полости и с поверхности кожи, а также ежедневный анализ стула в течение всего периода изоляции. Все образцы передавались через туннель с двумя дверями, разделявший летчиков и микробиологов Лоррейн Голл и Филлис Райли. В ходе работы исследовательницы использовали более 150 тысяч чашек Петри и пробирок с питательной средой и изучили более ю тысяч микропрепаратов. Правда, их работа ограничивалась известными микроорганизмами, то есть поддающимися выращиванию в лабораторных культурах, в том числе и некоторыми анаэробами из числа наименее привередливых.

Как и ожидалось, они обнаружили, что общая численность бактерий на коже астронавтов за время изоляции и ограниченной возможности мыться возрастала, причем некоторые потенциально опасные разновидности стафилококков и стрептококков стали доминировать. Ни одно из этих изменений не привело к развитию заболеваний. Однако существенный сдвиг в кишечной микрофлоре космонавтов породил в ограниченном пространстве испытательной камеры другую, более неотложную, проблему — вспышку метеоризма, столь неприятную, что специалисты НАСА по питанию получили срочное указание исследовать влияние диеты на выделяющих газы кишечных бактерий.

И всё же все шестеро астронавтов вышли из экспериментальной камеры здоровыми и оставались здоровыми Течение следующего месяца. Исследование оставило \ ответа вопрос о том, могут ли у астронавтов произойти кие-тο более существенные изменения в результате более продолжительной изоляции, и если да, то какие.

В 1966 году Берри получил повышение: из “главного тора астронавтов” он стал руководителем отдела биомедицинских исследований НАСА. Помимо необходимости защитить астронавтов от микробного шока перед ним стояла задача сделать так, чтобы их собственные бактерии не помешали запланированным поискам жизни на Луне, ученые НАСА смогли бы отличить лунных микробов (если они существуют) от земных лишь в том случае, если у них в распоряжении будет полный перечень всех организмов, “загрязняющих” самих астронавтов, их скафандры, оборудование и вообще все, к чему они прикасаются. Берри положил начало исследованиям в этом направлении, возглавив подготовку систематического каталога микрофлоры кожи и ротовой полости астронавтов до и после двух предшествующих полетов кораблей серии “Джемини”. Он нанял микробиолога Джеральда Тейлора, чтобы тот возглавил подготовку более полного каталога микрофлоры команды для всех полетов “Аполлонов”.

Что касается опасных изменений в микрофлоре астронавтов, Тейлор выяснил, что у участников первых полетов “Аполлонов” наблюдались симптомы, соответствующие заражению грибком Candida, в изобилии отмеченном в ротовой полости и в образцах стула многих астронавтов, возвращавшихся из полетов на “Аполлонах”. Поэтому он предсказывал, что, за исключением легко излечимой молочницы полости рта, ничто более серьезное не должно случиться в результате более продолжительной изоляции, которую предполагал предстоящий полет “Аполлона-11” на Луну. В августе 1969 года, когда Базз Олдр Нил Армстронг и Майкл Коллинз прошли после возвращения с Луны трехнедельный карантин, никто не запрещал женам их целовать, хотя Берри и позаботился о том чтобы избавить астронавтов от обычной толпы репортёров и фотографов, выпустив их из карантина глубокой ночью.

Но микробиологи и врачи НАСА не забывали о возможности микробного шока в свете уже планировавшегося тогда запуска орбитальной станции “Скайлэб”, на которой астронавтам предстояло проводить до нескольких месяцев Наметившаяся разрядка в соревновании НАСА с советской космической программой усугубила эти страхи, потому что советская сторона сообщала о намного более серьезных и потенциально опасных изменениях в микрофлоре космонавтов, чем какие-либо изменения, выявленные в исследованиях НАСА. Самым загадочным был отмеченный советскими исследователями настоящий захват кишечного тракта горсткой устойчивых к медикаментам и производящих токсины бактериальных штаммов.

Берри изо всех сил добивался выделения средств на проведение подробнейшего пятидесятишестидневного исследования имитации полета на “Скайлэб” в испытательной камере для создания условий больших высот в Космическом центре имени Джонсона. Но после победы в лунной гонке конгресс урезал щедрый годовой бюджет НАСА на сотни миллионов долларов. Берри удалось добыть для Тейлора сумму, которой хватило лишь на проведение поверхностного анализа микробиоты команды и от которой осталось немного денег, позволивших поручить другой группе более глубокое исследование кишечных бактерий тех же астронавтов. И все же этих остатков хватило на то, чтобы дать толчок изучению анаэробной “темной материи” человеческого микрокосмоса.

Где не ступала нога биолога

Холдеман вспоминает, как взволнован был Эд Мур, когда коллега пришёл к ней в конце 1971 года с потрясающей заявкой НАСА ПР финансирование микробиологических исследований.

100 тысяч долларов. “Для нас это были немыслимые деньги, могли позволить нам сделать то, о чем мы не смели и мечтать”, — говорит она. Пег и Эд много лет по крохам добывали средства на исследование загадочных анаэроб- бактерий, доминантов среди организмов, живущих на человеке (“на” — правильное слово, потому что внутренняя поверхность открывающегося наружу пищеварительного акта находится как бы снаружи по отношению к внутренней поверхности нашего тела). Они познакомились за шесть лет до этого на конференции Американского микробиологического общества. В то время Пег отвечала за выращивание в культуре и определение анаэробных бактерий, присылаемых департаментами здравоохранения разных штатов в Центр инфекционных заболеваний США (предшественник нынешних Центров по контролю и профилактике заболеваний). Хотя в то время лишь немногие профессиональные медики верили, что анаэробные бактерии могут вызывать заболевания, некоторым хотелось знать, что за загадочных микробов они замечали в крови и тканях своих пациентов — микробов, которых у них самих не получалось выращивать в культуре. Пег с большим энтузиазмом относилась к этой работе, но ей явно не хватало средств и сотрудников. Ее лаборатория могла в лучшем случае идентифицировать лишь малую долю анаэробных бактерий, присылаемых на определение.

В то же время Эд Мур, профессор Виргинского политехнического института, имел в своем распоряжении достаточно средств на изучение анаэробных микроорганизмов — но только не тех, что живут внутри людей. И Министерство сельского хозяйства США, и скотоводческие предприятия финансировали исследования анаэробов со времени сделанного в тридцатые годы открытия, что именно деятельность анаэробных бактерий лежит в основе производства говядины и молока. Конкретно это относится к анаэробным бактериям, живущим у коров в рубце, своего рода “прихожей” их желудка, и расщепляющим содержащиеся в их пище растительные волокна (которые иначе бы не переваривались), тем самым обеспечивая животное большей частью получаемых им калорий, а также множеством витаминов и других питательных веществ. Такие исследователи, как Эд Мур, надеялись разобраться в динамике этого процесса, чтобы повысить его производительность — то есть добиться, чтобы коровы производили больше молока и мяса, потребляя меньше сена и зерна. В то время Муру уже удалось разработать необычайно эффективную методику выращивания анаэробных бактерий в культуре. Она предполагала содержание их на специально обогащенной питательной среде в запаянных пробирках, откуда предварительно удаляли весь кислород. Интерес Мура к кишечным бактериям человека начался с никем не финансируемого побочного проекта: один из его аспирантов засеял часть анаэробных пробирок Мура не содержимым коровьего рубца, как обычно, а образцами человеческого стула. Под руководством Мура аспиранту удалось вырастить в культуре около 80 % бактерий, которых замечали в образцах стула, и это был рекорд. Но у Мура не было средств на продолжение этих исследований. Поэтому все богатство впервые выращенных в культуре видов осталось неописанным и безымянным.

Мур рассказал обо всем этом Пег Холдеман на микробиологической конференции в 1965 году. Они оба подозревали, что 99 % кишечных бактерий окажутся анаэробами и что это бактериальное сообщество имеет на человеческое здоровье существенное влияние, как благотворное, так и вредное (когда какие-то его представители попадают не на свое место, например загрязняют раны или хирургические разрезы). “Выглядело это так, будто две потерявшиеся души наконец нашли друг друга, — вспоминает Роберт Смайберт, микробиолог из Виргинского политехнического. — Мы просто сидели и слушали, что они говорят.

И глазом моргнуть не успели, как они уже придумали, что им делать с анаэробами. В итоге Пег ушла из Центра по контролю заболеваний и перешла к нам на ветеринарное отделение”. Так, по словам Смайберта, было положено начало будущей знаменитой лаборатории анаэробов Виргинского политехнического.

Но добывание денег на исследования малоизвестного мира анаэробных бактерий человеческого организма оказалось непростым делом. Первым большим прорывом в этой области стал грант на исследование кишечной флоры астронавтов, выделенный в 1971 году. В течение месяца Рег и Эду удалось выиграть еще один, более крупный, грант Национального онкологического института. Результаты недавних исследований заставляли предположить, что отклонения от нормы в состоянии кишечной флоры могут способствовать развитию рака толстой кишки, и это позволило Холдеман и Муру убедить грантодателей, что наука должна определиться с тем, что же собой представляет эта “норма”. Одновременный запуск двух крупных исследований превратил деятельность новообразованной лаборатории анаэробов Виргинского политехнического в настоящий сумасшедший дом. Когда Эд не летал в Хьюстон за новыми образцами стула астронавтов, они с Пег ездили на машине в Балтимор, где останавливались в дешевом мотеле и ждали звонка от судмедэксперта. Дело в том, что немалая часть их исследования по гранту Онкологического института предполагала подтверждение того, что выделенные легким способом — из образцов стула — кишечные микроорганизмы были те же, что живут в непосредственном контакт с толстой кишкой человека. Но исследователи не могли попросить брать соскобы со стенок кишечника какого-ни будь хирурга, проводящего соответствующие операции потому что используемые при подготовке к операции антибиотики убивают миллиарды кишечных бактерий (и уничтожают одни их виды в большей степени, чем другие). Пег и Эд решали эту проблему, добывая соскобы, взятые из кишечников недавно умерших, но прежде бывших в целом здоровыми людей, которые погибли на улицах Балтимора (преимущественно жертв убийств и дорожно-транспортных происшествий). Как выяснилось, всех микробов, растущих в контакте с выстилкой человеческого кишечника, можно найти в образцах стула.

Примерно в то же время работа, проводимая Холдеман и Муром для НАСА, позволила космическому ведомству избавиться от опасений по поводу микробного шока, по крайней мере при подготовке околоземных полетов, занимающих месяцы, а не годы. Один из результатов исследований микрофлоры астронавтов оказался особенно интригующим. В течение первыхтрех недель имитации работы орбитальной станции “Скайлэб” среди населения кишечников всех астронавтов наблюдался резкий всплеск численности выделяющего водород анаэроба из рода бактероидес — Bacteroides thetaiotaomicron, сокращенно называемого В. theta. Численность этого микроба подскакивала от нормальных 2 триллионов, или 2 % кишечной флоры, до 26 триллионов, или более 25 %. К концу шестой недели уровень В. theta вернулся к норме у астронавтов Роберта Криппена и Кэрола Бобко, но остался запредельно высоким у третьего члена команды — Уильяма Торнтона. “Происходило ли что-нибудь необычное за эти первые шесть недель?” — спрашивал Мур. Врач, следивший за здоровьем команды, рассмеялся ему в ответ.

В первые три недели астронавты чуть не подняли бунт, так возмущала бесконечная неразбериха с оборудованием и очевидный недостаток внимания к их проблемам со стороны “центра управления полетом”. В самом начале четвертой недели была организована телеконференция по этим допросам, итогами которой Бобко и Криппен остались удовлетворены, а вот Торнтон по-прежнему гневался, так как считал, что его мнение о размере порций пищи не было учтено. “Не могло ли его эмоциональное возбуждение быть причиной всплеска В. theta?” — подумали Мур и Холдеман. “Мы бы отбросили бы эту идею как неправдоподобную, если бы него, с чем нам пришлось столкнуться впоследствии”, — вспоминает Пег Холдеман. Исследователи отметили похожие резкие всплески численности В. theta в двух других случаях: вначале в ходе исследования рациона питания, когда одна из добровольных сотрудниц ввязалась в производственный конфликт, из-за которого ее чуть не исключили из проекта, а затем в кишечной флоре девятнадцатилетней жительницы Балтимора, застреленной собственным мужем после долгих побоев и преследования.

Заинтригованные Холдеман и Мур занялись поиском чего-нибудь подобного у подверженных стрессу студентов (у которых брали образцы стула в день устных экзаменов), но не отметили никаких существенных изменений. “Быть может, для этого нужно было очень-очень-очень разозлиться или испугаться, — размышляет Пег. — Но комиссия рецензентов, перед которой мы отчитывались, едва ли разрешила бы нам гоняться за студентами с ножом”. В любом случае всплески численности В. theta, отмеченные у возмущенных астронавтов и ссорившихся служащих, не причиняли никакого явного вреда.

И в НАСА, и в Онкологическом институте эти исследования признали полезными. Но еще важнее для долгосрочных задач Холдеман и Мура было то, что их сдвоенные проекты позволили выделить от 150 до 200 неизвестных ранее разновидностей кишечных бактерий человека. Исследователи определили всех этих бактерий до рода, после чего сосредоточили свои средства и усилия на подготовке полных морфологических и биохимических описаний дюжины самых общинных видов. В числе этих впервые описанных бактерий бы даже один новый род — копрококков (Coprococcus), объединяющий микроорганизмов, которые расщепляют флороглюцины (токсичные вещества растительного происхождения), а также ряд новых видов из рода Rumenococcus, представителей которого еще не находили у людей, хотя их роль в переваривании сена коровами была уже хорошо известна.

К 1985 году, когда Пег и Эд поженились, их исследовательское партнерство подарило науке подробный обзор микроорганизмов человеческой толстой (или ободочной) кишки. По их оптимистичным оценкам, им удалось выявить более 90 % представителей этого сообщества и все его доминантные виды. И хотя индивидуальные роли и характер взаимоотношений этих бактерий оставались загадкой, теперь стало ясно, что работа всей их совокупности во многом похожа на работу микроорганизмов коровьего рубца. Набитая бактериями толстая кишка человека оказалась, по сути, необычайно эффективным центром биоферментации, где обитающие в ней микроорганизмы добывают калории и питательные вещества из не переваримой другими способами растительной пищи, причем значительной частью этих калорий и веществ они щедро делятся со своим хозяином.

Камера в колесе жизни

Хотя трудами двух микробиологов наука и получила почти полный перечень бактерий нашего кишечника, представления о том, как эти микроорганизмы заселяют свою среду обитания — и даже приспосабливают ее под собственные нужды, — еще продолжают постепенно формироваться. Как и заселение ротовой полости и кожи, заселение человеческого пищеварительного тракта — вместилища 99 % микрофлоры нашего организма — начинается во время рождения с лактобактерий, с которыми младенец встречается в родовых путях. Когда голова младенца показывается из родовых путей, она сжимает прямую кишку матери, выдавливая наружу небольшое количество стула. Врачи и медсестры спешат стереть следы этой неприятности, но их щепетильность, возможно, противоречит задачам природы — немедленно и непосредственно передать младенцу кишечных бактерий матери. Если так, то не случайность, а естественный отбор может быть причиной того, что голова новорожденного при ее появлении из родовых путей обычно расположена лицом к прямой кишке матери и остается в таком положении, пока продолжающиеся схватки не выведут на свет плечи и все тело24. Положение головы лицом к заднему проходу служит гарантией того, что первыми из миллиардов бактерий, с которыми младенец столкнется уже в первый день своей жизни, будут как раз те, к которым иммунная система его матери выработала защитные антитела. (Временный запас этих антител уже передан младенцу через плаценту.) Когда младенец запивает этих бактерий материнским молоком, в его организм поступает вторая волна микрофлоры — миллионы бифидобактерий.

Все проникающие внутрь микроорганизмы, прежде чем попасть в кишечник младенца, должны пройти через прихожую его желудка. В желудке детей постарше и взрослых высокие концентрации соляной кислоты создают убийственный для микробов барьер. Но интенсивное выделение этой кислоты по-настоящему начинается лишь в возрасте около трех месяцев, и лишь через несколько лет её концентрация достигает такого же уровня, как у взрослых Эта задержка гостеприимно открывает двери для заселения желудка и кишечного тракта в первые годы жизни ребенка Представим себе, к примеру, как он в течение этого периода сталкивается с желудочной бактерией Helicobacter pyiorj Эти бактерии обычно попадают в организм ребенка через руки или губы кого-то, кто ими уже заселен. Будучи проглоченной, верткая бактерия вбуравливается в слизистую оболочку, которой предстоитзащищать желудок от той соляной кислоты, что будет в нем плескаться. По ходу созревания выделяющих кислоту клеток желудка некоторые штаммы Н. pylori вводят в них белки, заставляющие данные клетки понижать кислотность до уровня, легче переносимого бактерией, но все же достаточно высокого, чтобы убивать большинство других разновидностей микробов. Этот метод позволил Н. pylori сохранять что-то вроде монополии на человеческий желудок в течение примерно шестидесяти тысяч лет. Определение штамма H. pylori, свойственного некоторой семье или популяции, можно даже использовать, чтобы отслеживать ее происхождение и пути миграций ее предков вплоть до тех времен, когда представители Homo sopiens впервые расселились за пределы Африки.

С одной стороны, это понижение кислотности в желудке защищает взрослых людей от изжоги и снижает риск развития рака пищевода. С другой стороны, у некоторых, хотя и немногих зараженных Н. pylori вызывает воспаления, достаточно серьезные, чтобы приводить в более позднем возрасте к развитию язвы или рака желудка. Один из давних парадоксов современной медицины состоит в том, что Н. pylori начал вызывать язвы только в середине или в конце XIX века, как раз тогда, когда он стал исчезать из человеческих желудков из-за улучшения качества воды и внедрения первых антибиотиков, таких как препараты висмута.

В тридцатые годы XIX века молодые европейские женщины, недавно здоровые, начали умирать от тяжелых форм, вызывавших прободение стенки желудка. Внезапная и мучительная смерть этих женщин ясно свидетельство о том, что ее причиной была скорее какая-то новая, чем не выявленная ранее болезнь. Недуг распространился от женщин на мужчин и из Европы в Северную Америку, и оставался преимущественно болезнью городского населения, из чего был сделан вывод, что развитие язвы вызывается стрессами, характерными для современной жизни. На заре XX века медики считали, что фермеры и другие сельские жители в основном не подвержены этому заболеванию благодаря “жизни на свежем воздухе и сравнительной свободе от тревог , что позволяет им успешно переваривать продукты, которые были бы губительны для желудка бухгалтера или его работодателя”.

Только в восьмидесятых годах XX века австралийским патологам Робину Уоррену и Барри Маршаллу удалось наконец убедить скептиков от медицины, что хвостатая бактерия, обнаруженная ими при биопсии пораженных язвой тканей, как-то связана с самим поражением28. При этом язва желудка остается в наши дни заболеванием, почти неизвестным в развивающихся регионах, например в Африке, где большинство людей приобретают Н. pylori еще в младенчестве. Возможно, что задержка или нарушение заселения желудка этой бактерией, связанные с улучшением качества воды или с применением антибиотиков, каким-то образом сказывается на иммунологическом “перемирии”, заключенном между микробом и нашей иммунной системой за тысячи, а возможно, и за миллионы лет.

Так или иначе, Н. pylori быстро исчезает на Западе — быть может, освобождая желудки для заселения другими микробами, которые не могут похвастаться такой продолжительной коэволюцией с людьми. Сегодня в Северной Америке и Западной Европе доля носителей Н. pylori среди детей составляет меньше 10 %, хотя эту бактерию можно обнаружить примерно у 30 % их родителей и у большинства их дедушек и бабушек. Хорошая новость состоит в том, что подобный упадок Н. pylori привел к резкому снижению заболеваемости как язвой, так и раком желудка. Но есть и плохая новость: возможно, что именно исчезновение H. pylori и вызвало отмеченный за последние тридцать лет беспрецедентный рост заболеваемости гастроэзофагеальной рефлюксной болезнью и раком пищевода — одной из тех причин смерти, частота которых в развитых странах особенно быстро повышается.

Пройдя через прихожую желудка, оставшиеся в живых бактерии оказываются в извилистом лабиринте тонкой кишки — ее стенки покрыты густым лесом пальчатых выростов, или кишечных ворсинок, до предела увеличивающих площадь поверхности, через которую питательные вещества могут попадать в кровоток. Низкая кислотность (то есть нейтральный pH) тонкой кишки создает в ней идеальную среду для роста бактерий. Но мало кто из них остается здесь надолго, потому что мощные сокращения стенок создают поток разжиженной пищи, который смывает всех, кроме самых цепких.

Именно в тонкой кишке попадающие в организм микробы особенно непосредственно сталкиваются с еще не проснувшейся иммунной системой младенца. Колышущиеся ворсинки местами расступаются, открывая голые склоны, поверхность которых покрыта мозаикой из странных ямчатых и уплощенных клеток. Это так называемые Пейеровы бляшки (названные в честь впервые описавшего их швейцарского анатома XVII века Иоганна Конрада Пей- ера) — куполообразные структуры, под которыми располагаются важнейшие военные училища иммунной системы. Ямки на поверхности уплощенных клеток представляют собой полости, в которые постоянно ловятся проплывающие мимо бактерии (как живые, так и мертвые). Они, как вращающиеся двери, движутся к внутренней поверхности клеток, препровождая своих пассажиров в расположенную под этими клетками лимфатическую ткань.

Внутреннее строение Пейеровых бляшек сходно с внутренним строением лимфатических узлов, которые будут созревать у младенца на шее, в паху и под мышками. Но если лимфатические узлы напоминают полигоны, на которых иммунные клетки учатся, что им атаковать, то лимфатическая ткань Пейеровых бляшек напоминает дипломатическое представительство, где входящие микробы пользуются презумпцией невиновности: их по умолчанию считают “дружественными” или, по крайней мере, “мирными”, пока не будет доказано обратное.

Однако неправильно было бы сказать, что иммунная система учится игнорировать кишечных бактерий. Взаимодействие микробов с Пейеровой бляшкой, вместо того чтобы вызывать убивающую их воспалительную реакцию, запускает массовый синтез антитела, которое называют иммуноглобулином А, или IgА. Как и все антитела, IgА прикрепляется к специфическим мишеням, в данном случае — к определенной разновидности кишечных бактерий. Вместо того чтобы помечать бактериальную клетку для уничтожения (как делает большинство антител), IgА просто скапливается островками на ее поверхности, не давая ей прикрепиться к стенке кишечника, то есть как бы вежливо говоря ей: “Проходите! Не задерживайтесь!” Кроме того, встреча, оказываемая микробам на нейтральной территории Пейеровой бляшки, вызывает размножение Г-клеток и B-клеток, которые поведут атаку на тех же микробов, если они вдруг окажутся на запретной территории, например в крови. Так незрелая иммунная система младенца учится терпимо относиться к проглоченным бактериям и в то же время бдительно держать их на безопасном стоянии. Чтобы по достоинству оценить всю важность этой дипломатии, представьте себе, что происходит, когда в её работе случается сбой. При болезни Крона и неспецифическом язвенном колите иммунная система реагирует на соприкосновение с безвредными кишечными микроорганизмами бурным, убивающим ткани воспалением из-за которого возникают вызывающие мучительную боль язвы, в тяжелых случаях приводящие к гибели человека из-за их прободения.

Число Пейеровых бляшек в выстилке тонкой кишки ребенка по мере его взросления постепенно сокращается от нескольких сотен до примерно тридцати. Последняя' оставшаяся группа этих бляшек концентрируется на стенках последнего отдела тонкой кишки, перед самым выходом в толстую кишку, служащую для бактерий обширным пересыльным центром. В оставшихся бляшках сильно сокращенный дипломатический корпус иммунных клеток продолжает следить за ежедневным передвижением миллионов микроорганизмов, узнавая в подавляющем большинстве из них нормальных и заслуживающих терпимого отношения мигрантов.

Пройдя через тонкую кишку с ее мощными сокращениями и отлавливающими микробов клетками, бактерии попадают в отстойник толстой кишки. Хотя в момент рождения она стерильна, впоследствии ей предстоит стать настоящим тропическим лесом для населяющих человеческий организм микробов. В 1905 году французский микробиолог Анри Тиссье первым начал исследовать становление экосистемы этих джунглей, изучая изменения в продукции, которую она дает на выходе.

Под конец первого дня жизни рожденного естественным путем ребенка состав имеющихся в его стуле немногочисленных бактерий отражает микрофлору влагалища и кишечника его матери. У ребенка же, рожденного с помощью кесарева сечения, в стуле обнаруживается менее предсказуемый набор микробов, попавших в организм от акушеров и в целом из окружающей среды. Если ребёнка кормят грудью, то на третий день, независимо от способа родов, его стул содержит почти что монокультура бифидобактерий, которые продолжают доминировать вплоть до начала питания твердой пищей. Кишечник ребенка, вскармливаемого искусственно, тоже содержит бифидобактерий (хотя источник их неизвестен), но в гораздо меньшем количестве, в составе неустойчивой смеси с другими микробами.

Бифидобактерии в кишечнике младенца, как и на его коже и в ротовой полости, препятствуют росту микробов, способных вызвать неприятности, таких как стафилококки, помогают отобрать первых постоянных поселенцев. Кроме того, исследования показывают, что обилие кишечных бифидобактерий способствует повышению уровня защитных антител в крови ребенка — антител, мишенями которых служат не только потенциально опасные бактерии, но и многие разновидности вызывающих понос желудочно-кишечных вирусов. Этот факт помогает объяснить, почему смертность выкармливаемых грудью младенцев в странах третьего мира с плохим санитарным состоянием воды в целых шесть раз ниже, чем смертность младенцев, растущих на искусственном питании. Даже в США, где смерть младенца от вызывающей понос инфекции остается редким явлением, эпидемиологи отмечают на 20 % более высокую выживаемость в течение первых шести месяцев жизни у младенцев, вскармливаемых грудью, по сравнению с получающими искусственное питание — независимо от доходов и уровня образования родителей.

Первая волна кишечных микробов вызывает также созревание выстилки толстой кишки. Расположенные в глубине кровеносные сосуды протягиваются к поверхности кишечной стенки и образуют там густую сеть тонких капилляров, необходимых для поддержания здоровья кишечной стенки, а также для поглощения питательных веществ, высвобождаемых кишечными бактериями. При этом первое её соприкосновение с бактериями вызывает пробуждение миллионов стволовых клеток кишечника. После активации клетки начинают нескончаемо делиться, и их размножение позволяет постоянно обновлять нежный поверхностный слой выстилки кишечника. Сами эти поверхностные клетки в свою очередь начинают отпадать с частотой несколько миллиардов клеток в день. Непрерывная замена клеток делает кишечный тракт устойчивым к повреждениям, неизбежно возникающим при переходе к питанию твердой пищей, в которой в изобилии содержатся природные токсины, а время от времени попадаются и острые предметы или болезнетворные микробы.

Начало питания твердой пищей более или менее выравнивает различия между бактериальными сообществами младенцев, вскармливаемых грудью и растущих на искусственном питании, хотя в мире и нет двух людей, у которых в кишечниках обитали бы абсолютно одни и те же виды и штаммы бактерий. В среднем около тридцати видов становятся доминантами, а сотня или около того присутствуют в небольшом количестве. К самым многочисленным и продуктивным из них относятся палочковидные представители бактероидесов (Bacteroides) и эубактерий (Eubocteria). Первые, такие как В. theta iotaomicron (В. theta), В. vulgatus и В. fragilis, составляют от 20 до 30 % кишечных бактерий человека и каждый день выделяют около литра лишенных запаха углекислого газа и водорода. Микроорганизмы из рода Eubacteria заявляют о себе, выделяя более пахучий сероводород, имеющий знакомый всему свету запах тухлых яиц.

Кроме того, рано или поздно мы становимся хозяевами деленного набора кокков — шарообразных анаэроб- ° бактерий. К ним относятся представители родов Тterococcus, Peptococcus, Streptococcus и Peptostreptococcus, сбраживающие определенный набор сложных белков С жиров (гликопротеинов и гликолипидов) до более простых сахаров и жирных кислот, которые наш организм способен усваивать. Попутно они выделяют еще одно пахучее вещество — маслянную кислоту с ее характерным запахом испорченного масла.

В совокупности виды из родов Bacteroides и Eubacteria и разнообразные кокки высвобождают до 30 % калорий, потребляемых человеком с пищей, особенно из богатых углеродами продуктов, таких как кукурузные хлопья или макароны.

Еще один важный компонент кишечной микробиоты составляют клостридии. Некоторые из них производят токсины, и все они умеют пережидать неблагоприятные условия в виде спор. Самая печально известная из них, Clostridium difficile, обладает отвратительной склонностью вызывать понос и воспаление толстой кишки после курса антибиотиков, устраняющего конкурентов этой бактерии. Как ни странно, С. difficile живет в кишечниках большинства детей, не вызывая у них никаких неприятных последствий. К зрелому возрасту, когда этот микроб может стать источником неприятностей, нормальная микрофлора обычно держит его под жестким контролем.

К представителям меньшинств в сообществе кишечных бактерий относятся полдюжины разновидностей лактобактерий и небольшое число факультативных анаэробов, таких как кишечная палочка, чья способность выживать на открытом воздухе позволяет ей забредать куда не следует и иногда вызывать неприятности в таких местах, как женские мочевые пути. Кроме того, примерно у каждого пятого из нас в достаточном количестве, чтобы их можно было обнаружить, живут метаногенные кишечные микробы, так как Methonobrevibacter smith i i и Methanosphaera stadma. Эти метаногены питаются водородом и углекислым газом, которые выделяются их соседями, переваривающие пищевые волокна. Как и водород, метан не имеет запаха но легко воспламеняется (последнему свойству этих газов' не устают радоваться мальчишки всего мира).

Кожа. Рот. Нос. Пищеварительный тракт. К концу восьмидесятых годов прошлого века микробиологи уже могли похвастаться базовыми представлениями о том, кто где обитает на человеческом теле, а также зачаточными знаниями как о пользе этих обитателей, так и о связанных с ними опасностях. Чего наука пока не могла объяснить, это как иммунная система терпит их присутствие — особенно в случае перенаселенного государства, живущего у нас в кишечнике. Другая, не меньшая, загадка — как именно населяющие наш организм бактерии запускаютте глубокие изменения, которые их присутствие явно вызывает в наших клетках и тканях. Ответы на эти вопросы обещали не только удовлетворить чисто научный интерес, но и открыть, каким образом нарушения хитроумной дипломатии, определяющей взаимоотношения микробов и людей, могут приводить к болезням.

Кто здесь главный?

Джеффри Гордон, бывший гастроэнтеролог, ставший микробиологом и специалистом по кишечной микрофлоре, возглавляет процветающий новый Центр геномных исследований Университета Вашингтона в Сент-Луисе. Обширное, освещенное полосками солнечного света помещение лаборатории этого Центра располагается над прославлений университетским Центром секвенирования (прочтения ДНК-букв) генов — одним из главных участников проекта «геном человека”: в его рамках к 2003 году были секвенированы все те 20 или 25 тысяч генов, которые читаются как Homo sapiens.

“Теперь пора взглянуть на человеческий геном шире, — говорит Гордон, — принимая во внимание, что наш организм содержит, по-видимому, в сотню раз больше микробных генов, чем человеческих”. В 2005 году Гордон и его коллеги из Стэнфордского университета в Калифорнии и Института геномных исследований в Мэриленде вложили средства, выделенные по нескольким многомиллионным грантам (как частными фондами, так и государственными учреждениями), в осуществление своей инициативы “Микробном человеческого кишечника” — проекта, в рамках которого им предстоит выделить, секвенировать и проанализировать всю совокупность микробных генов, задействованных в поддержании здоровья и жизнедеятельности человеческого организма, а иногда и в возникновении неполадок в его работе. Один из аспектов этого огромного проекта состоит в том, чтобы подготовить характеристику генетических способностей кишечной микрофлоры. Другой — в том, чтобы полностью секвенировать геномы сотни самых многочисленных бактерий, обитающих в толстой кишке человека.

Этот проект, посвященный “другому геному человека”, представляет собой лишь один из дюжины с лишним исследовательских проектов, над которыми единовременно работают сотрудники Гордона, и все эти проекты направлены на изучение влияния на здоровье и болезни человека кишечных микроорганизмов, обитающих не только в толстой кишке, но и в других частях человеческого тела. Штат сотрудников его лаборатории состоит из постоянно эволюционирующей группы из двадцати с лишним аспирантов и постдоков, специалистов по широкому кругу дисциплин от экологии бактерий до рентгеноструктурного анализа.

Гордон заинтересовался бактериями толстой кишки еще в семидесятых и восьмидесятых годах, когда работая гастроэнтерологом и изучал гены, управляющие делением клеток, благодаря которому выстилка человеческого кишечника непрерывно обновляется. Эта постоянная замена клеток (старые клетки гибнут, когда им исполняется всего три дня) не только делает выстилку кишечника устойчивой к повреждениям, но и не дает обитающим в толстой кишке бактериям ни проникнуть слишком глубоко, ни достичь слишком высокой численности: подавляющее большинство бактериальных клеток, сидящих на сброшенных клетках эпителия, ежедневно удаляется из организма при дефекации. Гордон осознавал, что все это деление клеток дается дорогой ценой: рождение каждой новой клетки сопряжено с риском какой-нибудь случайной мутации, которая может отключить механизм торможения деления и привести к образованию раковой опухоли. Гастроэнтерологов ничуть не удивляет, что рак толстой кишки составляет вторую по частоте причину смертей от рака в промышленно развитых странах (уступая только связанному с курением раку легких).

Ранние исследования Гордона были посвящены механизмам включения и выключения различных генов на определенных этапах развития клетки кишечной стенки, по мере того как клетка перемещается из углубления между ворсинками к вершине ворсинки. Он пришел к выводу, что гены при этом строго следуют поступающим откуда-то инструкциям. Но откуда? Рассуждая в традиционном ключе, Гордон стал бы искать источник подобных биохимических сигналов в тканях и органах, лежащих глубже выстилки кишечника. Вместо этого он заинтересовался возможностью того, что клетки кишечника маршируют по указке бактерий, сидящих на их наружной поверхности.

Гордон учитывал, что внутри толстой кишки в каждый момент времени обитают сотни разновидностей бактерий и других микроорганизмов, а значит, для проверки его теории требовалась некая упрощенная модельная система. Сотрудники лаборатории Гордона научились у Абигайль Сэльерс, микробиолога из Иллинойсского университета, искусству выращивания безмикробных мышей. С помощью таких мышей Гордон мог выяснить, что происходит, когда им по одному возвращают представителей микробиоты мышиного кишечника. Абигайль Сэльерс играла для его лаборатории роль неофициального наставника. Гордон получил от нее культуру клеток В. theta, выделенных из стула здорового человека. Ранее она выяснила, что В. theta растет не только в человеческом, но и в мышином кишечнике. Впоследствии Гордон установил, что эта бактерия играет в микробном сообществе кишечника особую, ведущую роль.

Например, исследования команды Гордона продемонстрировали, что когда мышь не получает своей обычной порции пищи, В. theta начинает жить подаянием. Абигайль Сэльерс уже выяснила, что В. theta переносит такие голодные времена, питаясь особым сахаром (фукозой), выделяемым клетками кишечника. В лаборатории Гордона было показано, что клетки кишечника выдают это угощение только по требованию В. theta. Вначале исследователи продемонстрировали, что клетки кишечника безмикробных мышей перестают выделять фукозу в течение недели после рождения. “Они как бы готовились к приему гостей, которые так и не появились”, — говорит Гордон. Но стоит впрыснуть порцию микробов из рода Bacteroides в глотку взрослой безмикробной мыши, как выделение сахара сразу возобновляется. На следующем этапе исследователи воспользовались тремя разными штаммами мутантных В. theta (которых тоже предоставила им Абигайль Сэльерс), чтобы разобраться, что именно при этом происходит. Одной группе безмикробных мышей они ввели мутантные клетки В. theta не способные прикрепляться непосредственно к клеткам' кишечника. Но клетки кишечника при этом все равно начинали выделять фукозу. Другой группе безмикробных мышей ввели клетки В. theta, не способные усваивать фукозу. И все равно клетки кишечника начинали ее выделять. Поток этой пищи не поступал лишь у третьей группы мышей, которым ввели монокультуру В. theta, не способную вырабатывать определенный белок — в нем исследователи и подозревали биохимический сигнал, означающий просьбу о подаянии Иными словами, клетки кишечника начинали выделять сахар не просто в ответ на соприкосновение с бактериями или в случае недостатка фукозы. Ключом к их реакции был сигнал “покормите меня”, получаемый от В. theta и включающий в мышиных клетках ген, который без подобного сигнала отключается в течение первых нескольких дней жизни. Это открытие было первым из полученных Гордоном убедительных подтверждений его казавшейся некогда странной идеи, что кишечные бактерии могут напрямую управлять деятельностью клеток кишечника.

В девяностых годах, с появлением метода ДНК-микрочипов, в распоряжении Гордона оказалось новое мощное орудие для исследований в этой области. ДНК-микрочипы позволяют ученым одновременно проверять на предмет активности тысячи генов. Для этого используются тысячи помеченных флуоресцентными метками отрезков ДНК, расположенных в строго определенном порядке на сетке размером с предметное стекло. В 2002 году в лаборатории Гордона использовали содержащий около 20 тысяч известных генов мыши “мышиный” микрочип и установили, что сотни из этих генов включаются, когда безмикробной мыши впервые вводят порцию В. theta. Как и ожидал Гордон, среди этих генов было немало задействованных в процессах нормального созревания выстилки кишечника.

Кроме того, введение В. theta включало также мышиные гены, задействованные в синтезе особых транспортных молекул, необходимых клеткам кишечника для поглощения и использования многих питательных веществ, поставляемых им В. theta и родственными видами бактерий. Все это усиливало складывавшееся у Гордона впечатление, что присутствие В. theta играет особенно важную роль в поддержании здоровья кишечника.

Команда Гордона завершила секвенирование всех 4779 генов В. theta, ответственных за синтез белков, в 2003 году — в тот же год, когда в рамках проекта “Геном человека” были секвенированы все гены Homo sapiens. Исследователи выяснили, что более сотни своих генов В. theta использует для добычи непереваренных растительных углеводов, а еще 170 генов служат для расщепления этих углеводов на составляющие, которые может усвоить организм мыши (или человека). Кроме того, оказалось, что В. theta обладает сложным аппаратом, позволяющим отслеживать, какие питательные вещества доступны клетке в каждый момент времени, чтобы подбирать подходящие наборы биохимических инструментов для работы с ними.

Кроме того, секвенирование генома В. theta дало исследователям из лаборатории Гордона возможность получить ДНК-микрочип с генами этого микроорганизма, в дополнение к “мышиному” микрочипу. Теперь у них появился шанс выслушать обе стороны в биохимическом разговоре хозяина и микроба. В следующем, 2004 году они открыли, что главенствующее положение В. theta проявляется и за пределами кишечника. Исследователям удалось перехватить приказания, отдаваемые В. theta жировым клеткам брюшного отдела мыши48. При этом выяснилось, что В. theta останавливает синтез гормона, подавляющего образование жира, так называемого “индуцируемого голодом жирового фактора” — Fiaf {fasting-induced adipose factor). Данное открытие во многом объясняло одно сделанное ранее наблюдение. Когда безмикробным мышам вводили в глотка клетки В. theta, у животных немедленно начинал откладываться брюшной жир, и это притом, что они получали на 30 % меньше еды, а интенсивность обмена веществ у них повышалась так, что они сжигали почти на 30 % больше калорий.

За четырнадцать дней жизни с В. theta мыши увеличивали свои запасы жира в среднем на 60 %.

“Мы видим здесь, как В. theta оказывает на своего хозяина гормоноподобное действие, — изумляется Гордон. — Бактерия как бы говорит хозяину: “Оставь это про запас, нам это может еще пригодиться”.

Дальнейшие исследования сложной структуры подобных симбиотических взаимоотношений, проводившиеся командой Гордона, показали, что на ранних этапахжизни организма клетки кишечника и иммунная система начинают выделять вещества, помогающие полезным бактериям, таким как В. theta, закрепляться на своем месте, в то время как другие, потенциально опасные микробы вымываются из толстой кишки. В. theta, судя по всему, платит за это хозяину тем, что воздерживается от злоупотребления своим положением. Например, эти бактерии не начинают пастись на покрытых сахаром эпителиальных клетках, пока те не оказываются сброшены стенкой кишечника. Кроме того, они не начинают требовать сахара, пока в их распоряжении имеются запасы их обычной непереваренной растительной пищи.

Отсюда Гордон пришел к выводу, что все эти особенности позволяют В. theta придавать своей экосистеме определенную устойчивость. Когда не хватает поступающей извне пищи, бактерии обращаются за помощью к своему хозяину, а в лучшие времена обеспечивают хозяина дополнительными калориями и указанием запасать на черный день хотя бы часть этого подарка судьбы. В самое последнее время Гордон и его команда получили данные, указывающие на то, что представители другой обширной группы кишечных бактерий, отдела Firmicutes, возможно, способны добывать калории и делиться ими еще успешнее, чем бактерии из отдела Bacteroidetes (важнейшим представителем которого является В. theta). “Хотя жители переедающих стран могут и не оценить важность этих дополнительных калорий и жира, — говорит Гордон, — я полагаю, что человеческая история знала продолжительные периоды, когда такого рода динамикой и определялась разница между выживанием и смертью от голода”. Неудивительно, что открытия Гордона пробудили интерес к возможности способствовать похудению страдающих ожирением людей путем корректировки работы их кишечной микрофлоры.

Другие сотрудники лаборатории Гордона рассказывают еще об одном интересном результате: что происходит, когда мыши, внутри которой живет монокультура В. theta, впрыскивают клетки метаногенного микроорганизма Methanobrevibacter smithii. В кишечнике такой мыши в итоге оказывается в сто раз больше клеток В. theta, чем было бы без этого впрыскивания. Оказывается, такие метаногены, как М. Smithii, существенно повышают эффективность жизнедеятельности клеток В. theta, питаясь ее отходами — водородом и углекислым газом — и превращая их в метан и воду. В отсутствие метаногенов накопление этих отходов замедляет обмен веществ В. theta и ограничивает способность этих бактерий размножаться. В практическом плане такое повышение эффективности дает мышам, которым ввели клетки обоих микроорганизмов, дополнительные 15 % жира.

Сотрудница той же лаборатории Рут Ли в свою очередь начала масштабное исследование черт сходства и различий в микрофлоре человека и животных — чтобы лучше разобраться в эволюционных корнях нашего внутреннего государства. Как она отмечает, лишь восемь из пятидесяти пяти известных науке отделов бактерий планеты Земля имеют представителей, поселяющихся в пищеварительном тракте животных, что заставляет предположить высокую степень избирательности этих взаимоотношений. “Согласно нашей гипотезе, — говорит она, — они сформированы за миллионы лет коэволюции”.

Стоя над ведерком со льдом, которое набито пузырьками с фекалиями зверей из Сент-Луисского зоопарка (гепарда, льва, слона, кенгуру, гиены), а также образцами навоза, собранными коллегой по ходу собственных исследований у водопоя в Африке, Рут говорит: “Если мы, млекопитающие, действительно коэволюционировали вместе с нашей кишечной микрофлорой, то мы должны найти определенные черты сходства, заставляющие предположить, что некая древняя бактерия в свое время попала в организм некоего древнего предка всех этих видов и начала там свое дело”. Рут уже удалось найти немало общих черт подобного сходства. При этом из восьми отделов бактерий, встречающихся в кишечном тракте у млекопитающих (в том числе у людей), преобладают только три: Bacteroidetes, Firmicutes и Proteobacteria.

Если же сравнивать свойственных разным млекопитающим бактерий на уровне рода (систематической категории на одну ступень выше вида), то обнаруживается масса общих групп. Например, представители рода Bacteroides, такие как В. theta, В. vulgatus и В. distasonis, преобладают у всеядных млекопитающих (таких как мы сами, мыши или свиньи — питающихся как растительной, так и животной пищей). У растительноядных, таких как коровы, овцы или кролики, первое место занимают представители близкородственного рода превотелла (Prevotella ruminicola, P. brevis, P. albensis и др.). Специалист по эволюционной биологии ожидал бы появления именно такого рода различий в результате отделения новых ветвей древних млекопитающих, переходивших к иному образу жизни.

Новое окно в мир микробов

Методы выращивания анаэробных культур, разработанные Холдеман и Муром, наряду с использованными Гордоном способами “генетического подслушивания” сделали микрофлору толстой кишки самой изученной из множества микробных экосистем нашего организма. Но по меньшей мере ю% видов бактерий, постоянно обитающих у нас в кишечном тракте, никто еще не выращивал в культуре и не описывал. В первые годы XXI века появилась новая революционная технология, которая дала науке возможность далеко продвинуться в поисках последних из них — самых загадочных обитателей нашего организма. Попутно она сильно озадачила мир медицины, обнаружив бактерий в таких частях нашего организма, в которых, как считалось, микробы могут оказаться только при серьезном расстройстве.

Эта технология — генное зондирование — появилась благодаря трудам микробиолога Карла Вёзе, работающего в Иллинойсском университете. В семидесятых и восьмидесятых годах Вёзе занимался поисками генетического мерила для определения степеней родства между разными группами бактерий нашей планеты. Ученые уже давно искали лучший способ объединять организмы в систематические группы, чем по внешним признакам, таким как внешний вид и особенности деятельности (эта тактика могла, например, приводить к попаданию в одну группу микробных аналогов бабочек и летучих мышей). Вёзе понял, что, поскольку все гены со временем накапливают не имеющие никаких последствий крошечные изменения, ему нужен был ген, который был бы одновременно жизненно необходимым всем живым клеткам и достаточно сложным, чтобы небольшие изменения в последовательности его ДНК-букв можно было использовать для измерения эволюционного расстояния. В качестве такого мерила Вёзе выбрал ген, кодирующий одну из ключевых частей бактериальной рибосомы — белковой фабрики бактериальной клетки. Это позволило ему открыть совершенно неожиданное разветвление древа жизни — древнее расхождение, в результате которого возникла отдельная ветвь похожих на бактерий микроорганизмов, которых он назвал археями. Как оказалось, генетически отличные от настоящих бактерий археи живут преимущественно в экстремальных условиях, таких как глубоководные “черные курильщики” и горячие серные источники, но среди них нашлось и несколько обитателей человеческого организма, таких как метаногенные Methanobrevibacter”.

Пока Вёзе перерисовывал древо жизни, один из его постдоков, Норман Пейс, понял, что подобный ключевой ген можно применить также в чем-то вроде ДНК-дактило- скопии, чтобы выявлять множество бактерий в образцах населенной ими среды, например почвы или воды. Иными словами, можно было сделать ДНК-зонд, который позволил бы искать рибосомные гены бактерий в почве или воде, используя в качестве мишени участок одного и того же гена, имеющегося у всех бактерий. Извлекая эти отрезки ДНК из образца, можно было затем изготовить тысячи копий подобных участков с помощью ПЦР, или полимеразной цепной реакции, — той самой методики амплификации (увеличения числа копий) генов, которую используют судмедэксперты для амплификации генетических “отпечатков пальцев”, оставленных на месте преступления. После этого можно было рассортировать эти фрагменты на основании небольших различий между ними. Красота нового метода состояла в том, что он позволил Пейсу выявлять бактерий в смешанном образце, используя ДНК-буквы единственного гена в качестве “штрих-кода”, — что намного проще, чем выделять и выращивать представителей каждого вида в культуре, впоследствии определяя их по химическим и визуальным отличительным признакам.

К концу восьмидесятых микробиологи всего мира с энтузиазмом взяли на вооружение изобретенный Пейсом метод. При этом они остановились на одном рибосомном гене (кодирующем одну из частей рибосомы — так называемую 165 рРНК), чтобы использовать его в генетической дактилоскопии бактерий. Вскоре секвенирование этого гена у каждой исследуемой бактерии стало общей практикой. В результате этих исследований была создана постоянно растущая библиотека вариантов гена 165 рРНК, которую можно было использовать для определения бактерий тем же способом, каким судебно-медицинские эксперты сравнивают обнаруженную на месте преступления ДНК с ДНК известных преступников.

Но, быть может, еще важнее было то, что зондирование с использованием гена 165 рРНК впервые дало микробиологам способ, позволяющий напрямую выявлять бактерий, которых нельзя выращивать в чистой культуре, то есть отдельно от сбивающей с толку мешанины из других микробов, вместе образующих единые природные сообщества. Если же какой-либо “отпечаток” гена 165 рРНК отсутствует во всех библиотеках известных микроорганизмов, значит — эврика! — вы открыли новый вид. Более того, этот новый вид можно поместить в определенную систематическую группу, возможно — даже в какой-либо из уже описанных родов, сравнивая его с хорошо известными видами в поисках наиболее похожего.

Генные зонды Пейса открыли микробиологам новое окно в мир микробов. Например, в 1986 году Пейс опубликовал данные о том, что ранее неизвестные и не выращивавшиеся в культуре бактерии составили, как ни сложно в это поверить, 99 % всех бактерий в некоторых из исследованных им образцов почвы, грязи и воды. Не могло оказаться, что это относится и к сложным микробным сообществам, населяющим человеческий организм?

В числе первых исследователей, занявшихся поискам генов 165 рРНК в человеческих тканях, были микробиологи Дэвид Релман из Стэнфордского университета и Кен Уилсон из Университета Дьюка. В1991 году независимо друг от друга они оба занялись зондированием тканей пациентов, зараженных ВИЧ и страдающих болезнью Уиппла. Симптомы этой болезни, редко встречающейся у людей со здоровой иммунной системой, включают сильную потерю веса, артрит и повреждения различных органов. В течение восьмидесяти пяти лет медикам не удавалось культивировать маленький палочковидный организм, который попадался им в тканях пациентов, и поэтому у них не было возможности ни определить его, ни сравнить с другими, известными разновидностями бактерий. Проведенное Уилсоном и Релманом секвенирование гена 165 рРНК этого загадочного микроба позволило уверенно отнести его к порядку актиномицетов (Actinomycetales) — бактерий, образующих ветвящиеся нити, напоминающие гифы грибов (к этому порядку относятся многие представители микрофлоры ротовой полости и кишечника). Еще важнее было то, что Уилсон и Релман дали медикам новый метод генетического анализа, позволяющий быстро диагностировать болезнь Уиппла, что было жизненно важно, потому что своевременное лечение соответствующим антибиотиком позволяет останавливать развитие этой инфекции раньше, чем она вызовет необратимые нарушения в сердце и головном мозге.

Еще через пару лет Релман продолжил поиски гена 165 рРНК, на этот раз в ротовой полости здорового человека (своей собственной), с единственной целью — оценить уровень разнообразия ее экосистемы. Он вернулся в лабораторию от зубного врача с несколькими заранее стерилизованными пробирками, в которых находились соскобы, взятые с его зубов непосредственно из-под края десен. Затем вместе с сотрудниками своей лаборатории он амплифицировал бактериальную ДНК из этих образцов и секвенировал 264 различных варианта гена 16S рРНК. qyrb больше половины соответствовали вариантам этого гена, отмеченным у известных бактерий, а тридцать пять оказались отличными настолько, что указывали на новые для науки виды (а не штаммы, то есть разновидности, уже известных видов).

Начиная с 1994 года Брюс Пейстер и Флойд Дьюхёрст и3 Института Форсайта, филиала Гарварда, проводят генное зондирование на ген 165 рРНК для намного более полного анализа микробиоты ротовой полости, оценивая уровень разнообразия микроорганизмов у десятков испытуемых, как здоровых, так и страдающих от различных стоматологических проблем. К настоящему времени им удалось обнаружить варианты этого гена у представителей семисот с лишним разновидностей бактерий ротовой полости, большинство из которых были ранее неизвестны. Во рту одного человека, по данным Пейстера и Дьюхёрста, их обычно одна или две сотни. Некоторые из этих бактерий всегда связаны с расстройствами, в то время как другие способствуют свежему дыханию и поддерживают здоровье ротовой полости.

Ученые из Института Форсайта создали на основе своей обширной базы данных по гену 165 рРНК специальный ДНК- микрочип, который можно использовать как своего рода устройство для считывания штрих-кода, чтобы быстро определять, какие именно из двух сотен преобладающих разновидностей бактерий ротовой полости имеются у человека во рту и присутствуют ли они в большом или в малом количестве. Этот микрочип, хотя он еще и не готов к внедрению в стоматологическую практику, позволяет исследователям оценивать риск развития стоматологических заболеваний, выясняя, кого из “хороших парней” не хватает, а также кто из нарушителей порядка проник в ротовую полость. Он также позволяет им отслеживать, что происходит со сложными комплексами бактерий во рту пациента по ходу лечения, будь то обработка корневого канала или курс антибиотиков (то и другое иногда оказывается источником новых неприятностей).

ДНК-микрочипы позволили микробиологам отслеживать подобным образом изменения, происходящие и в других экологических нишах нашего организма. Например, в 2006 году Релман и Гордон вместе с учеными из Института геномных исследований в Роквилле (штат Мэриленд) завершили амбициозный проект по секвенированию гена 165 рРНК обитателей кишечного тракта. Они обнаружили в образцах стула двух здоровых взрослых людей больше двух тысяч различных вариантов этого гена, из которых около ста пятидесяти отличаются настолько, что соответствуют новым разновидностям бактерий, а тридцать пять — новым для науки видам.

Тем временем Релман и его коллеги продолжают находить бактерий в тканях, которые долго считались безмикробными. “Может выясниться, что в человеческом организме не так уж много тканей, в которых нельзя обнаружить присутствие бактериальной ДНК”, — говорит Релман. Представляют ли эти микробы скрытые инфекции или нормальную микрофлору — это еще предстоит выяснить. “На что я надеюсь, — говорит он, — так это на то, что, начав с образцов, взятых у здоровых людей, мы будем вправе предполагать, что обнаруженные у них микробы, вероятно, были с нами на протяжении какой-то части нашего пребывания на этой планете и вполне могут оказаться важными для нашего здоровья”.

Инфекции-невидимки или безобидные посторонние?

Надо сказать, что даже поведение хорошо известных бактерий, живущих у нас в организме, расходится со старым, прямолинейным представлением об инфекционных болезнях, воплощенным в незабвенных постулатах Коха, согласно которым любой болезнетворный микроб должен неизменно обнаруживаться в пораженном организме и всегда вызывать заболевание при введении новому хозяину. Helicobacter pylori — наверное, самый известный микроб, опровергающий этот пункт. Когда-то обитавший в желудках почти всего человечества, он лишь в последнее время начал вызывать язвы желудка. Но и сегодня Н. pylori вызывает язвы лишь у скромной доли носителей.

“Такие вещи сводят с ума микробиологов старой школы, — говорит специалист по молекулярной биологии Алан Хадсон, — потому что постулаты Коха здесь просто неприменимы”. Вопреки этим постулатам, такие скрытые инфекции, как вызываемая Н. pylori и другими недавно открытыми микробами, судя по всему, оказываются источником неприятностей лишь у некоторых людей и лишь иногда, обычно после многих лет, если не десятилетий непрочного мира между хозяином и бактерией.

Хадсон, микробиолог, гордящийся тем, что у него никогда не было собственного микроскопа, любит рассказывать одну историю из своей практики, показывающую, что генные зонды не только произвели революцию в медицинской микробиологии, но и сильно запутали эту областьб2. “Молодой солдат подхватывает за границей хламидиоз, известное венерическое заболевание, вылечивается от него антибиотиками, а потом возвращается домой и женится на своей школьной подружке, — начинает свой рассказ Хадсон, откинувшись в кресле за рабочим столом в тесном углу своей лаборатории в Университете Уэйна в Детройте. — Но три недели спустя у них обоих развивается сильнейший хламидиоз”.

Муж, исходя из обычных двойных стандартов, возмущен, что его девушка изменяла ему, пока его не было, хотя она это категорически отрицает. “И вот мне звонит врач из того городка, который пытается спасти их брак, — говорит Хадсон. — Он знал ее с детства и верит, что она говорит правду”. Этот врач хочет понять, мог ли муж каким-то образом заразить ее, хотя его, судя по всему, как следуетяечили и вылечили. “И вот я говорю ему: “Пришлите мне образец его мочи и мазок с ее шейки матки”. Причем это происходит уже после того, как они оба прошли полный курс антибиотиков под наблюдением этого доктора. “Я сделал ПЦР того и другого, — говорит Хадсон, — и оказалось, что у мужа по-прежнему явные признаки инфекции”. Хадсон предполагает, что, вместо того чтобы уничтожать возбудителей, антибиотики просто переводили их в неактивное состояние. Если одна из таких покоящихся клеток передалась новому хозяину (молодой жене), она могла начать делиться и вызвать развитие активной инфекции, которая затем передалась от жены обратно мужу.

Хотя покоящиеся хламидии редко реактивируются, вызывая повторное развитие венерического заболевания, Хадсон давно подозревал их в других злодеяниях. В начале девяностых, исследуя образцы ткани из суставов пациентов, страдающих артритом, он обнаружил два вида хламидий: Chlamydia trachomatis, обычно связанную с венерическими и глазными заболеваниями, и Ch. pneumoniae, распространенного возбудителя респираторных инфекций. В другом, более знаменитом случае в 1996 году он начал находить Ch. pneumoniae в клетках головного мозга жертв болезни Альцгеймера.

Примерно в то же время генетические отпечатки паль- Ch. pneumoniae и разнообразных бактерий ротовой полости стали обнаруживаться в ходе медицинских исследований в артериальных бляшках пациентов, перенесших сердечный приступ. Это открытие побудило многих кардиологов прописывать своим пациентам антибиотики.

Большинство кардиологов отказались от этой практики 2003 году, когда стали известны долгожданные результаты исследования, в котором было задействовано более четырёх тысяч пациентов, страдающих кардиологическими заболеваниями, в течение двух лет принимавших сильный антибиотик гатифлоксацин. Эти результаты подтвердили, что такое лечение не снижает риск ни сердечного приступа, ни атеросклероза, то есть закупорки артерий. Однако эта проверка не столько оправдала Ch. pneumoniae, сколько продемонстрировала, что даже продолжительный курс сильных антибиотиков не позволяет полностью уничтожить эту бактерию. Поэтому данное исследование, хотя оно и пресекло ширящуюся практику лечения кардиологических заболеваний гатифлоксацином, вызвало колоссальный интерес к разработке более сильных, более эффективных курсов антибиотиков, которые позволили бы уничтожать не только Ch. pneumoniae, но и многих других возбудителей так называемых инфекций-невидимок (stealth infections), а их становится известно все больше и больше.

Понятно, что материальные стимулы здесь огромны. Если выяснится, например, что какой-то сильнодействующий новый антибиотик хотя бы частично сокращает риск сердечного приступа, это приведет к тому, что его будут прописывать миллионам, если не десяткам миллионов пациентов. “Речь идет о курсах антибиотиков, возможно нескольких одновременно, для большей части населения”, — говорит Уильям Митчелл, специалист по хламидиям из Университета Вандербильта и один из основателей фармакологической компании, занимающейся поисками как раз такого средства. Более того, если предварительные результаты будут хоть как-то указывать на его эффективность, пациентам будут предписывать ежедневно принимать такие антибиотики не в течение нескольких дней, а месяцами, если не годами.

Многие ревматологи уже сегодня прописывают длительные и даже пожизненные курсы антибиотиков пациентам страдающим воспалительным артритом, потому что такое лечение ослабляет у них болезненные воспаления. (Пока Не ясно, достигается ли этот эффект за счет уничтожения бактерий-невидимок или за счет какого-то неизвестного механизма.) В самое последнее время психиатры начали прописывать длительные курсы антибиотиков юным пациентам, страдающим синдромом навязчивых состояний. Эта практика возникла из идеи, что такие дети могут страдать от некоторой разновидности неврологических аутоиммунных заболеваний, запускаемых оказавшимися не на своем месте пиогенными стрептококками, оставшимися после развития активной инфекции.

Каталогизация микрофлоры нашего тела, разработка способов выращивания безмикробных животных-хозяев и развитие методов генетического зондирования все вместе обеспечили постепенное углубление наших знаний о взаимодействиях (как благотворных, так и вредных) микробов-путешественников с людьми, которые их подвозят. Судя по всему, что на сегодня известно, для этих микробов совершенно нормально время от времени оказываться в нашем организме где-нибудь не на своем месте, хотя генетические технологии лишь теперь позволили нам обнаруживать их присутствие.

Хадсон, со своей стороны, предупреждает, что, прежде чем приниматься за уничтожение наших попутчиц-бактерий, “нам надо, черт возьми, сперва разобраться, что они там делают”. С этой целью он начал работать с собственным иабором ДНК-микрочипов, а именно одним микрочипом для хламидии и другим для ее хозяина — человека. Вместе они позволяют ему подслушивать биохимические разговоры человеческого тела с полупокоящимися хламидиями, обнаруженными им в тканях суставов. Ему даже пришлось прибегнуть к помощи устройства, которым он долго пренебрегал ради ДНК-зондов: микроскопа, хотя и не простого, стоящего 250 тысяч долларов, цифровым световым микроскопом, который позволяет увеличивать живые объекты в беспрецедентные 15 тысяч раз. Этот микроскоп находится в лаборатории его супруги, иммунолога Джудит Уиттам-Хадсон, работающей в том же университета над созданием вакцины против хламидий.

Видеоэкран этого микроскопа позволил Хадсону пронаблюдать, как клетки хламидий переходят из инфекционной, активной формы в малоизученную хроническую. “Вначале видна совершенно нормальная, сферическая бактерия, которая в итоге превращается в этакую крупную, глупейшего вида клетку”, — говорит он. Ясным весенним днем он склоняется над экраном микроскопа, наводя объектив на резкость на мутном пятне активности внутри одной из хламидий. “Она что-то делает, — говорит он. — Чем-то занята. Что-то говорит своему хозяину”.

Часть 3. Не слишком ли мы чистые?

Любовь к грязи — одно из самых ранних увлечений, и она же оказывается нашим последним увлечением. Куличики из грязи служат для удовлетворения одного из самых первых и лучших инстинктов. Пока мы грязные, мы чисты.

Чарльз Дадли Уорнер (1870)

Запредельная чувствительность

Рохан Кремер Гуха — очаровательный мальчик из Нью-Джерси с робкой улыбкой и мягкими черными волосами — знает, что ему нельзя прикасаться к крошкам и прочим следам, которые оставляют за едой другие дети на празднованиях дней рождения. “Мне страшно подумать, — говорит его мать Девьяни Гуха, — что будет, если он дотронется до пятна от мороженого? Но мне не хочется, чтобы он слишком выделялся. Поэтому я его отпускаю и стараюсь не стоять у него над душой”. Надо сказать, что Рохан знает многих других детей, страдающих аллергиями, но ни у кого из них нет такого широкого их набора.

Проблемы с аллергиями началисьу Рохана рано. К шести месяцам его кожа, поначалу такая красивая, покраснела и зашелушилась от экземы. А когда у них дома работали уборщицы, Девьяни или приходящая няня должны были обязательно забирать Рохана куда-нибудь на весь день.

“Иначе всякий раз, когда пылесосили ковер, он покрыв ужасной сыпью и начинал хрипеть”. Когда он только ходить, у него была диагностирована аллергия едва^ не на все пищевые продукты из списка. Наиболее сильные — молоко, яйца и пшеница — моментально вызывали у него тошноту и рвоту. Затем, когда Рохану было два года половина лица у него покрылась красными волдырями размером с монету в двадцать пять центов, оттого что дедушка поцеловал его в щеку. За полчаса до этого дедушка съел кусочек каджу-катли — восточноиндийской помадки, в которой содержатся сливочное масло и кешью.

К тому времени мама Рохана не кормила его почти ничем, кроме курицы и картофельного пюре, и сама села на такую же строгую диету, чтобы продолжать кормить его грудью. Даже самые гипоаллергенные кормовые смеси вызывали у него неприятности, а о коровьем молоке конечно, и речи быть не могло. “Я страдала от голода, и мы беспокоились, достаточно ли пищи он получает”, — вспоминает Девьяни. Поэтому, когда в январе 2001 года аллерголог Рохана порекомендовал ей привести его в больницу для серии проверок реакции на разную пищу, она возлагала на это большие надежды. “Он сказал, что многие дети со слабыми положительными результатами анализов на всевозможные аллергии на самом деле не страдают такой уж сильной аллергией на многие продукты”. На всякий случай в ходе этих проверок рядом с Роханом постоянно находилась тележка с реанимационным набором. На этой тележке было все, что нужно, чтобы спасти ребенка в случае нарушения дыхания или остановки сердца.

В десять утра одного буднего дня голодный Рохан, ему было тогда два с половиной года, сидел в больнице на койке, а его миндального цвета руки и ноги терялись в складках больничной одежды, которая была ему велика. Медсестра уже поставила мальчику капельницу с простым физиологическим раствором — еще одна мера предосторожности из серии “на всякий случай”, чтобы можно было в любой момент быстро ввести спасительное лекарство. Младшая сестра принесла поднос с десятком пронумерованных, но никак иначе не маркированных емкостей с рисовым пудингом. В каждой из них диетолог запрятал одну восьмую чайной ложки еды, к которой Рохан мог оказаться чувствителен.

Рохан осилил первые три образца, ни на что не жалуясь но стоило ему только слегка попробовать четвертый, как он отказался продолжать. Он начал ерзать и жаловаться, что У него болит живот. Мама пыталась уговорами снова привлечь его внимание к ложечке рисового пудинга, когда его вырвало и он потерял сознание. Младшая сестра немедленно сделала ему укол адреналина и в течение нескольких секунд начала вливание антигистаминного препарата в вену через капельницу. Когда Рохан пришел в сознание, сестра усадила его на постели и надела ему на лицо маску, чтобы он вдыхал через нее успокаивающие иммунную систему стероиды. “Это было страшно, — говорит Девьяни. — Только тогда мы и осознали, что имеем дело с чем-то, от чего наш сын может умереть”. В четвертом образце было запрятано ничтожное количество ячменя.

Через шесть месяцев у новорожденного брата Рохана, которого назвали Зубин, тоже начали развиваться тяжелые аллергические реакции. Девьяни ушла с работы, где она успешно занималась городским планированием, специализируясь на обеспечении бедных кварталов структурами здравоохранения. “Я чувствовала, что мне небезопасно уходить из дома и потому, что нельзя оставлять детей без присмотра, и потому, что нужно слишком строго следить за тем, что я ем и могу передать Зубину с грудным молоком. К восьми и четырем годам соответственно некоторые формы аллергии у обоих мальчиков прошли.

В рацион их семьи теперь снова входят соя и турецкий горох. Но у обоих осталась предрасположенность к астме и экземе. Особенно часто жестокие и пугающие приступы астмы случаются у них после респираторных инфекций например гриппа. Но Девьяни знает, что ее детей нельзя прививать от гриппа, потому что вакцина содержит яичные продукты — одну из тех категорий пищи, на которую у них осталась тяжелая аллергия.

В наше время во всех развитых странах аллергии, астма и другие разновидности воспалительных расстройств из почти неизвестного недуга превратились в нечто обыкновенное. В каждом из этих расстройств задействованы разрушительные иммунные реакции на какие-либо безвредные вещества, например на пищевые продукты, пыльцу растений, нормальную микрофлору толстой кишки и даже на здоровые клетки собственного организма. Иммунные атаки на такие клетки могут вызывать аутоиммунные заболевания, такие как сахарный диабет первого типа, рассеянный склероз, волчанка и многие другие. Кажется, что иммунная система современных людей утратила какой-то аварийный ограничитель и осталась запредельно чувствительной и часто не способной отличать друзей от врагов. Конкретные проявления этого излишнего рвения иммунной системы, по-видимому, зависят от генетической предрасположенности каждого. Склонность к аллергиям и астме определенно передается в некоторых семьях по наследству, и к аутоиммунным заболеваниям это тоже может относиться. Но существенное повышение частоты встречаемости этих недугов за последние 150 лет было слишком резким, чтобы его можно было объяснить наследственностью. Они остаются редкими в странах третьего мира, но заболеваемость детей иммигрантов имеет тенденцию приближаться к заболеваемости коренных жителей западных стран, причем к родителям это тоже относится, хотя и в меньшей степени. Примечательно, что у нас в Соединенных Штатах многие иммигранты из стран Африки и Восточной Европы полушутя называют аллергии “болезнью гражданства” (citizenship disease), потому что характерные насморк и чихание нередко начинаются у них примерно в то самое время, когда срок их пребывания здесь достигает пяти лет, позволяя получить гражданство.

Может быть, причина в загрязнении воздуха? Стрессах, сопутствующих современной жизни? Переизбытке пищи? Снижении числа детских заболеваний? Все эти факторы назывались в качестве возможных виновников исторического роста частоты иммунных заболеваний в промышленно развитых странах. Но исследования в целом не позволили получить данных, подтверждающих подобные предположения.

Наверное, самая странная из всех подобных версий допускает, что причина этой эпидемии кроется в сравнительно резкой изоляции от моря микробов, в основном безвредных, когда-то пропитывавшего всю нашу жизнь через неочищенную воду, которую мы пили, пищу, которую мы доставали из земли и хранили как могли, животных, которых мы выращивали и на которых охотились, и грязь, среди которой мы ходили, работали и нередко спали. Один из биологических трюизмов гласит, что эволюция превращает неизбежное в необходимое. Не может ли быть так, что эволюция выработала у нас зависимость нормальной работы иммунной системы от постоянного взаимодействия с бактериями и другими микробами? Если да, то что должно было произойти, когда в течение одного или двух столетий (всего лишь мгновение для эволюции) мы изолировались от взаимодействия с ними, очищая свою воду, обрабатывая свою пищу, обливаясь противомикробными лекарственными и моющими средствами и удалившись от природных ландшафтов?

От Гиппократа до гигиеническом гипотезы

Заглянув в анналы медицины, мы убеждаемся, что частота всех трех категорий воспалительных расстройств, занявших к XXI веку такое заметное место в нашей жизни, возрастала сходным образом. Сюда относятся, во-первых аллергии и астма, во-вторых, аутоиммунные заболевания, такие как сахарный диабет первого типа, рассеянный склероз и волчанка, и, в-третьих, воспалительные расстройства пищеварительного тракта, такие как болезнь Крона и неспецифический язвенный колит. В древней медицинской литературе все эти болезни отмечались редко или не отмечались вообще. Например, Гиппократ был знаком с астмой, но этот недуг вызывался физическими упражнениями, а не аллергией. Гиппократ описывал редкие случаи, когда люди плохо реагировали на определенную пищу, например на молоко, но симптомы — расстройство желудка и газы — заставляют предположить скорее индивидуальную непереносимость, чем аллергию3.

Первое упоминание респираторной аллергии датируется началом X века и содержится в трактате персидского врача Ap-Рази “О том, почему головы людей опухают во время цветения роз, вызывая катар”. Аллергический ринит, или сезонная аллергия, был в следующий раз описан в европейской медицинской литературе лишь в XVII веке и оставался медицинской диковинкой вплоть до XIX века, когда он сделался модным недугом среди аристократии, многие представители которой, как утверждалось, “не переносят деревенского воздуха”. В 1819 году лондонский врач Джон Восток начал почти десятилетнее исследование того, что он называл catarrhus aestivus, или летний катар (то есть насморк). “Одно из самых признательных обстоятельств, касающихся этого заболевания, состоит в том, что оно не отмечалось как некое особое расстройство вплоть до последних десяти или двенадцати лет”, писал он. В 1828 году он представил свое описание двадцати восьми случаев летнего катара Лондонскому медицинскому и хирургическому обществу, доложив, что это заболевание встречается лишь “у представителей среднего и высшего классов общества, даже у иных лиц высокого звания”. Кроме того, расспросив аптекарей из бедных районов Лондона и других мест, Восток сообщил, что ему не удалось обнаружить “ни одного несомненного случая этого заболевания среди бедноты”.

В1873 году манчестерский врач Чарльз Блэкли, который сам страдал от сенной лихорадки, показал, что это расстройство представляет собой респираторную аллергию: летом он сохранил пыльцу злаков в бутылке, а зимой вынул из нее пробку и вдохнул порцию воздуха вместе с пыльцой. От этого у него сразу же возникли обычные симптомы: слезящиеся глаза, насморк и чихание. Сообщая о полученных результатах, Блэкли, подобно его предшественнику Востоку, отметил, что частота этого расстройства существенно выросла за последние несколько десятков лет, и выразил недоумение по поводу того, что оно не встречалось в семьях фермеров, которые более всех подвержены действию пыльцы. Блэкли отвергал распространенную идею, будто респираторные аллергии относятся к наследственным заболеваниям, вызываемым близкородственными браками, и связаны с королевской кровью, поскольку они были обычны среди европейских нуворишей — промышленников и коммерсантов. Сам же он описывал этот недуг как болезнь “образованных классов” и предполагал, что здесь имела место своего рода “предрасположенность, порождаемая умственной культурой”.

К началу XX века респираторные аллергии стали таким обычным явлением по всей Западной Европе и Северной Америке, что во многих городах были организованы “общества страдающих сенной лихорадкой”, чтобы поддерживать несчастных хотя бы сочувствием. В 1988 году историк медицины Мартин Эмануэль назвал респираторные аллергии “эпидемией периода после промышленной революции”, поразившей около ю% населения США. “Тем не менее, — писал он, — причины подобного роста понятны сегодня не больше, чем в 1873 году, когда его отметил Блэкли”. Прибавим к этому пищевые аллергии, которые тоже были редки до XX столетия, и окажется, что от аллергических расстройств сегодня страдают почти 60 миллионов американцев, или 20 % населения страны. При этом у 15 миллионов из них аллергические реакции настолько сильны, что могут вызывать анафилактический шок, представляющий угрозу для жизни.

Распространение астмы шло в ногу с распространением респираторных аллергий, и по ходу дела этот недуг превратился из знакомого древним грекам заболевания, вызываемого физическими упражнениями, в заболевание, возникающее в основном из-за аллергических реакций, особенно на домашние раздражители, такие как плесень или микроскопические экскременты клещей домашней пыли и тараканы. Первое явное указание на эту разновидность вызываемой аллергией астмы относится к 1552 году, когда Джироламо Кардано, прославленный врач эпохи Возрождения, приехал в Шотландию и исцелил архиепископа Сент-Эндрюсского от хронического затруднения дыхания, предписав ему избавиться от набитых перьями подушек и пуховых одеял, предположительно кишевших клещами. В течение следующих четырех веков астма, как и сенная лихорадка, ассоциировалась с высшими классами, и классическим образом астматика был бледный и изнеженный ребенок, избегавший выходить на улицу.

К восьмидесятым годам XX века астма стала самым распространённым хроническим заболеванием у детей и главой причиной пропуска уроков и детской госпитализации в Северной Америке и Европе, особенно в городах.

Но уже к середине XX века стало ясно, что предрасположенность к аллергическим расстройствам наследуется. Однако предрасположенность может проявляться у одного члена семьи в виде пищевой аллергии, у другого — в виде респираторной аллергии или астмы, а у третьего — в виде аллергической кожной болезни, такой как экзема. Наличие у человека одного из этих расстройств повышает шансы развития других. Это открытие заставило исследователей задаться вопросом, какие элементы современного стиля жизни (особенно стиля жизни сливок общества или городского населения) толкают людей с генетической предрасположенностью за ту грань, после которой у них развивается заболевание. Серьезные поиски таких факторов начались в восьмидесятые годы.

Эпидемиолог Дэвид Строн, тощий молодой шотландец в очках в черной оправе, дужки которых зацеплены за торчащие уши, стал преподавателем Лондонской школы гигиены и тропической медицины в 1987 году, опубликовав к тому времени целый ряд добротных научных статей о распространении детской астмы и ее связи с домашней средой. Избежав связанных с тяжелой работой в странах третьего мира приключений, которыми прославились эпидемиологи Лондонской школы, Строн нашел себе нишу в изучении замусоленных архивов семейных врачей и почти не поддающихся расшифровке заметок, которые они делали на полях карточек своих пациентов. Результаты проведенных Строном исследований указывали на открытые окна спален и сырость в доме как на возможных подозреваемых. Работая в Лондонской школе, Строн быстро расширил область своих изысканий за пределы заметок семейных врачей — в глубины баз данных национализированной системы здравоохранения Великобритании. Одни открытые окна и плесень не могли отвечать за питавшую все большие масштабы эпидемию атопии, то есть аллергических заболеваний. В восьмидесятые годы примерно один из восьми британских детей страдал от каких-либо проявлений атопии, будь то экзема, пищевая аллергия, сенная лихорадка или астма.

Строн проанализировал статистическую золотую ж “Британского национального исследования развития детей” — колоссального проекта, целью которого было проследить за здоровьем и благополучием 1714-ти великобританцев — каждого ребенка, родившегося с 3 по 9 март 1958 года, в районе пика послевоенного всплеска рождаемости. К тому времени представителям этой когорты уже перевалило за двадцать. Поэтому Строн удалось составить сводные таблицы и вычислить коэффициенты регрессии между всевозможными параметрами, отражающими их жизнь от рождения до ранних зрелых лет, чтобы выявить все, что могло коррелировать с обычными показателями предрасположенности к аллергии — экземой и сенной лихорадкой.

Проведенный анализ позволил Строну обнаружить поразительную связь между аллергиями и размером семьи• чем больше братьев и сестер было у ребенка, тем ниже была вероятность развития у него экземы или респираторной аллергии. Строн нашел подтверждение этому результату, проанализировав данные статистики по другой когорте рождения — британским детям, родившимся в течение одной недели весной 1970 года. В пятилетнем возрасте они тоже демонстрировали обратную связь между размером семьи и риском развития аллергии.

Статистика, которую изучал Строн, ничего не говорила ему о том, по какой же причине наличие многих братьев и сестер защищает ребенка от развития аллергии. Но он был уверен, что знает ответ. В посвященной своему исследованию статье, опубликованной в 1989 году в British Medical Journal, Строн сделал вывод: “За последнее столетие сокращающиеся размеры семьи, улучшение бытовых условий и повышение стандартов личной гигиены уменьшили возможность перекрестной передачи инфекций в молодых семьях. Именно это и могло привести к более широкому распространению клинических симптомов атопии, еще раньше проявившемуся у более состоятельных людей”. Современная эпидемия аллергий и астмы, согласно выводу Строна, была порождена непосредственно снижением частоты некогда распространенных вирусных заболеваний у детей, от обычной простуды до кори, свинки и краснухи.

Строн выбрал для своей лаконичной статьи аллитерированное название Hay Fever, Hygiene, and Household Size (“Сенная лихорадка, гигиена и размеры семьи”). Журналисты, с наслаждением обсуждавшие его неожиданное обвинение в адрес безупречно вычищенного жилья, занявшего прочное место на телеэкране тех лет и якобы повинного в эпидемии аллергических заболеваний, переплюнули его самого, придумав термин “гигиеническая гипотеза” (hygiene hypothesis). Статья Строна была с большим успехом взята на вооружение растущим движением против прививок, поскольку в ней подразумевалось, что, предотвращая детские инфекции, современная медицина лишает иммунную систему тренировок, надолго укрепляющих человеческое здоровье.

В 1999 году норвежские исследователи придали гигиенической гипотезе Строна новый поворот, выяснив, что именно старшие братья, а не старшие сестры обеспечивают детей, родившихся в больших семьях, львиной долей защиты от аллергии. В той же работе было показано: источником защиты служат также домашние питомцы, особенно собаки. Строн ухватился за эту статью как за подтверждение своих идей, ведь братьев обычно считают большими распространителями инфекций, чем сестер, предположительно чистюль. И все же мальчики определенно болели не чаще девочек, а собак едва ли можно было обвинить в распространении простудных заболеваний, гриппа и кори.

Тем временем в дело вступили иммунологи, предложившие возможный механизм, объясняющий, как подхваченные в раннем детстве инфекции способны защищать людей от развития аллергических заболеваний. Исследования иммунных клеток, циркулирующих в крови людей, склонных к аллергии, выявили дисбаланс между двумя недавно открытыми подгруппами так называемых Г-хелперов (Г-помощников). Генерал-майоры иммунной системы, Г-клетки реагируют на антигены, выделяя сложную смесь сигнальных молекул цитокинов. Антиген — это по определению любое вещество, которое связывается с рецепторами на поверхности Г-клетки и запускает клонирование Г-клеток, чьей мишенью служит именно этот антиген. Антигены, задействованные в борьбе с инфекциями, состоят из опознаваемого кусочка вируса, бактерии или поврежденной собственной клетки организма, которую требуется уничтожить. Антигены, задействованные в аллергических реакциях, или аллергены, представляют собой частицы вещества, ошибочно принятого иммунной системой за опасное. В случае аутоиммунных реакций антиген может сидеть на поверхности клеток определенного типа, которые иммунная система по ошибке помечает для уничтожения.

В конце восьмидесятых годов иммунологи открыли, что Гклетки реагируют на антигены двояко. T-клетки первого типа, получившие название T — хелперы, выделяют цитокины, указывающие клеткам-солдатам иммунной системы (макрофагам, T — киллерам и тому подобным), какие зараженные, злокачественные или другие болезненные клетки организма они должны поглотить. T — хелперы 2, Th2, в свою очередь выделяют цитокины, которые или активизуют иммунный ответ, включающий наплыв тучных клеток и базофилов в слизистые оболочки, где они выделяют гистамин и другими способами вызывают развитие воспаления и сокращение подлежащих мышц. Последняя стратегия, судя по всему, предназначена для того, чтобы вымывать кишечных паразитов, таких как ленточные и круглые черви, или по крайней мере их личинок, чтобы они не могли закрепиться в организме и вырасти во взрослых червей. Любопытно, что длительное заражение кишечными паразитами как раз подавляет реакцию T — хелперов 2 — скорее всего потому, что длительная воспалительная реакция приинесла больше вреда, чем сами паразиты. В любом случае в отсутствие таких паразитов именно активность массы не в меру ретивых Th2-клеток, по-видимому, и вызывала воспаление, выделение жидкости и мышечные сокращения при аллергиях и астме.

Результаты дальнейших исследований заставляли предположить, что новорожденные появляются на свет с иммунной системой, перекошенной в строну иммунного ответа типа Th2, потому что “нормальный” убивающий клетки иммунный ответ типа Th1 мог бы привести к смертельному конфликту с клетками и иммунной системой матери. В норме иммунный ответ хелперов второго типа за первые недели или месяцы жизни снижается. Но у детей, страдающих аллергией, уровень клеток Th2 и связанных с ними цитокинов остается аномально высоким до достижения зрелости и в дальнейшем. Эти результаты прекрасно согласуются с гигиенической гипотезой Строна, указывая на то, что недостаток инфекций в раннем детстве может привести к аномальному застопориванию иммунной системы человека в 7/72-режиме, характерном для раннего младенчества.

Концепция дисбаланса клеток Thi и Th2 дала гигиенической гипотезе научный вес в дополнение к широкой популярности. В 1997 году казалось, что она убедила даже мудрецов из журнала Economist: в пространной редакционной статье, озаглавленной “Болезни от исцеления” обсуждалась гигиеническая гипотеза как предположение, “что борьба с инфекциями может иметь нежелательные последствия не только для болезнетворных микробов, но и для их хозяев — то есть для людей”. Окончательно закрепил гигиеническую гипотезу в качестве одного из догматов медицины The New England Journal of Medicine, опубликовавший результаты проведенного в Аризонском университете исследования, авторы которого изучили медицинскую документацию более тысячи детей от их рождения в начале восьмидесятых до тринадцатилетнего возраста. Эти результаты подтвердили, что ранние контакты со многими другими детьми, будь то старшие братья и сестры или дети в яслях или в детском саду, обеспечивают сильную защиту от астмы. Как и Строн, педиатры из Аризоны связывали защитный эффект с многочисленными простудами и другими респираторными инфекциями, которые распространяются среди детей в яслях и в детских садах и которые дети приносят домой, заражая младших братьев и сестер.

При этом нескольким исследованиям, которые не подтверждали предполагаемую связь между ранними респираторными инфекциями и защищенностью от аллергии и астмы, пресса уделяла намного меньше внимания. В 1996 году самому Строну не удалось найти прямой корреляции в ходе статистического анализа связи между числом простудных и легочных заболеваний, перенесенных детьми в течение первого года жизни, и развитием сенной лихорадки в более позднем детском возрасте. Еще некоторые исследования подтверждали защитный эффект больших семей, но при этом свидетельствовали о том, что респираторные инфекции, перенесенные в младенческом возрасте, напротив, повышают вероятность развития у ребенка аллергических расстройств. Более подробный анализ показал, что повышенный риск коррелирует не столько с инфекциями как таковыми, сколько с использованием антибиотиков. (Большинство респираторных инфекций имеют вирусную природу и поэтому не предполагают лечения антибиотиками.)

Примерно в то самое время идея, что аллергии развиваются из-за нарушений шаткого равновесия между двумя подразделениями иммунной системы, рассыпалась перед лицом одного простого наблюдения. Если бы аллергии и астма развивались оттого, что иммунная система слишком перекошена в сторону иммунного ответа типа Th2, то в западных странах наблюдалось бы соответствующее снижение частоты расстройств, вызываемых чрезмерной агрессивностью иммунного ответа Th1, то есть аутоиммунных болезней, при которых убивающее клетки подразделение иммунной системы по ошибке разрушает здоровые ткани. На деле же происходило нечто обратное.

История саморазрушения

Подобно аллергиям и астме, многие аутоуиммунные заболевания в течение XIX и XX веков тоже стали из редких или совершенно неизвестных довольно обычными. В 1966 году гарвардский невролог Дэвид Посканзер отмечал наличие “двойного санитарного градиента”, связанного с географической широтой и материальным благополучием и лежащего в основе необычной эпидемиологии рассеянного склероза. Продолжавшееся распространение рассеянного склероза, более чем с чем-либо другим совпадало с внедрением внутренних трубопроводов по всей северо-западной Европе и Северной Америке. Исключением, подтверждающим это правило, как отмечал Посканзер, была низкая заболеваемость рассеянным склерозом в Японии — стране, расположенной в довольно высоких широтах и отличающейся высоким уровнем материального благополучия, но выделяющейся своей антисанитарной практикой использования “ночной почвы” (человеческих экскрементов) в качестве сельскохозяйственного удобрения. В семидесятых годах, в соответствии с результатами исследований Посканзера, в распространении рассеянного склероза многие обвиняли матерей-домоседок, помешанных на поддержании идеальной чистоты у себя дома.

Эпидемиологи обнаружили сходные градиенты, связанные с материальным благополучием, и в распространении других аутоиммунных заболеваний. Самый яркий пример касался сахарного диабета первого типа (или инсулинозависимого диабета), который развивается оттого, что иммунная система разрушает выделяющие инсулин клетки поджелудочной железы. (Диабет второго типа, в свою очередь, вызывается инсулинорезистентностью, то есть неспособностью организма адекватно реагировать на нормальное количество инсулина, которая часто развивается после многих лет ожирения.) В 2000 году Патрисия Маккинни, эпидемиолог-педиатр из Университета Лидса, представила данные, свидетельствующие о том, что риск развития диабета первого типа обратно пропорционален суммарному времени, проводимому ребенком в яслях, и числу других присутствующих там детей. Если в яслях было более двадцати других детей, риск развития у ребенка диабета этого типа снижался вдвое. А в 2004 году патолог Джим Моррис и статистик Аманда Четвинд из Ланкастерского университета показали, что столь же высокая защищенность от диабета свойственна детям, которые или спали в одной комнате с другими детьми, или регулярно и с раннего возраста контактировали с домашними питомцами или сельскохозяйственными животными.

распространенность многих из примерно восьмидесяти различных аутоиммунных заболеваний, насчитывавшихся к концу XX века, возросла за предшествующие пятьдесят лет втрое или вчетверо, другие же возникли вообще ниоткуда. Кроме рассеянного склероза и диабета сюда относятся волчанка и склеродермия, при которых иммунная система начинает широкую атаку на соединительные ткани; ревматоидный артрит, разрушающий ткани суставов; поражающая мышцы миастения, характерным признаком которой служит разрушение рецепторов в нервно-мышечных связях; болезнь Аддисона, при которой атакуются клетки надпочечников, и болезнь Хасимото, при которой разрушаются клетки щитовидной железы. От всех аутоиммунных заболеваний в совокупности в странах Европы и Северной Америки сегодня страдает от одной двенадцатой до одной двадцатой населения28. Как и в случае с аллергическими заболеваниями, предрасположенность, судя по всему, наследуется. Например, один из трех человек, страдающих волчанкой, страдает также от одного или двух других аутоиммунных расстройств, а у каждого второго есть хотя бы один родственник, у которого тоже диагностировано какое-либо аутоиммунное заболевание.

Очевидно, что бы ни было причиной поразившей западные страны эпидемии аллергических заболеваний и астмы, связанных с иммунным ответом типа Th2, эта причина действовала не в ущерб аутоиммунным реакциям, связанным с ответом Th1. Судя по всему, что-то скорее ослабило тормоза в обоих иммунных локомотивах, последствия же этого ослабления зависели от генетической предрасположенности каждого человека. Но в то самое время, когда концепции “защитных” инфекций и дисбаланса систем Th1 и Th2 были отвергнуты, гигиеническая гипотеза возродилась в новой форме благодаря растущему объему данных, указывающих на то, что на самом деле болезнетворные микробы могут играть здесь меньшую роль, чем полчища безвредных микробов, с которыми нашей иммунной системе приходилось иметь дело на протяжении сотен миллионов лет — то есть началось это задолго до того, как развитие цивилизации сделало инфекционные заболевания частью нашей повседневной жизни.

Дети в хлеву

Эрика фон Мутиус шагает по длинному, просторному коридору, ведущему в ее астмологическую клинику в детской больнице при Мюнхенском университете, и звук от ее низких каблуков, глухо стучащих по блестящему линолеуму, отдается эхом от ярко-желтых металлических шкафов, тянущихся от пола до потолка. В кабинете, где она принимает пациентов, шторы с цветочным орнаментом и денежное дерево на подоконнике помогают смягчить строгую обстановку, чему способствует и сама Эрика с ее пышными и непокорными короткими волосами и белым халатом, оживленным значками: с золотым солнцем, с прыгающим ребенком и с бабочкой.

На столе для обследования сидит раздетый до пояса круглолицый золотоволосый младшеклассник, первый из процессии весьма опрятных детишек, которых ей предстоит сегодня принять. “Guten Morgen”, — говорит Эрика с улыбкой, вызывающей робкую улыбку и на лице пациента. Мать ребенка рассказывает о причине визита: ночном кашле и дневной одышке. Эрика просит мальчика глубоко вдохнуть, прижимая к его груди холодный металл стетоскопа. “Gut, gut”, — ободряет она его, прислушиваясь к знакомым хрипам в груди.

Когда Эрика еще только начинала учиться на педиатра в той же самой больнице в середине восьмидесятых, она быстро осознала все плюсы специализации на аллергии и астме. Переплетающиеся кривые в графиках частот обоих заболеваний в то время уже начали свой стремительный подъем, гарантируя, что у нее не будет недостатка в юных пациентах. На научном же фронте теории, объясняющие причины подъема, были столь же многочисленны, сколь редки строгие эпидемиологические данные. “Работая в астрологической клинике, я поняла, как это важно, — говорит она. — Я поняла, какая это ужасная болезнь не только для детей, но и для их перепуганных родителей”.

В 1989 году, уже обучаясь на аллерголога, Эрика начала сравнивать заболеваемость аллергиями и астмой у детей из урбанизированного Мюнхена и у детей, живущих в маленьких населенных пунктах в окрестной сельской местности. В то время большинство исследователей винили загрязнение воздуха в том, что среди детей из мегаполисов заболеваемость астмой намного выше, хотя разница могла быть связана и с любыми другими различиями в условиях среды и образе жизни. Эрика надеялась определить эти факторы, используя данные семейных анкет и анамнезов. Но полученные результаты ее разочаровали. Хотя аллергия и астма, судя по всему, и были распространены немного меньше за пределами мегаполиса, они отнюдь не были редки. Еще больше удивляло то, что одна из подгрупп загородных детей отличалась намного более низкой частотой этих заболеваний. “Когда мой коллега-статистик все подсчитал, — говорит Эрика, — он сказал мне: “Здесь только один большой сигнал. По всей видимости, защищены дети, живущие в домах с угольным или дровяным отоплением”. Это было совершенно непонятно. Если загрязняющие воздух виды отопления и могли как-то влиять на развитие астмы, то они должны были бы способствовать ему, а не защищать от болезни. “Стоит ли говорить, что мы не стали публиковать эти результаты, — добавляет Эрика. — Они слишком противоречили всем устойчивым представлениям тех времен”.

Пару месяцев спустя Эрика забыла и думать о сравнении сельских и городских детей: 9 ноября 1989 года пала Берлинская стена. Воссоединение Германии, как сразу поняла Эрика, давало ей беспрецедентную возможность сравнить уровень распространения астмы и аллергии у двух этнически идентичных популяций, живших в принципиально разных условиях. В то время немногие страны превосходили ФРГ по уровню стандартов качества воздуха и контроля промышленных выбросов. А ГДР задыхалась под гнетом загрязнения, связанного с ее ролью промышленного центра разваливавшегося Восточного блока. “Если говорить о загрязнении, то в Европе просто не было другого такого места, как Лейпциг или Галле”, — вспоминает Эрика.

В течение следующих двух лет вместе с небольшой командой медсестер и врачей она провела анализы на аллергию и астму у семи тысяч пятисот с лишним детей с обеих сторон бывшей границы ФРГ и ГДР, сопоставляя полученные результаты с подробными анамнезами и данными заполненных родителями анкет для выявления признаков аллергии (от экземы до сенной лихорадки) и различий в образе жизни. На этот раз результаты, полученные статистиками, оказались еще удивительнее. Загрязнение воздуха, очевидно, и в самом деле сказывалось на здоровье восточногерманских детей, судя по более высокой заболеваемости бронхитами — признаку повреждения дыхательных путей, сходного с таковым, наблюдаемым у курильщиков. Но данные статистического анализа говорили о том, что те же дети втрое реже страдали сенной лихорадкой и были на треть меньше подвержены риску развития астмы, чем их западногерманские ровесники. Дальнейший анализ обнаружил корреляцию астмы с более высокой заболеваемостью аллергиями на респираторные аллергены, такие как клещи домашней пыли, перхоть животных и пыльца растений. Оказалось, что среди западногерманских детей от аллергии страдает заметно больше трети, в то время как среди восточногерманских — меньше одной пятой.

Когда в 1994 году результаты исследования Эрики фон Мутиус и ее коллег были опубликованы в American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine, они сразу привлекли к себе внимание. Многие отвергали их как невероятные. “Я была тогда простым безвестным врачом”, — вспоминает Эрика. Но другие усмотрели в них возможную параллель с недавно снискавшей популярность гигиенической гипотезой Строна, где упор делался на защитную роль контактов с инфицированными детьми. “ГДР была социалистической страной, и почти все восточногерманские матери работали, а детей отдавали в ясли с младенчества”, — объясняет Эрика. А в яслях и детских садах дети постоянно подхватывали друг от друга простуды и другие инфекции.

Эрику заинтересовала идея Строна, что недостающим звеном могут быть детские инфекции. Но, вернувшись в Лейпциг через пять лет после воссоединения Германии, она обнаружила, что хотя среди старших учеников начальной школы астма по-прежнему встречалась редко, заболеваемость сенной лихорадкой выросла вдвое, а экземой — в полтора раза. Большинство из детей, родившихся еще до воссоединения, провели младенческие годы в яслях. Что изменилось с того времени, так это то, что их семьи быстро переняли западный стиль жизни, в том числе резко изменили свой рацион, перейдя с традиционных сельскохозяйственных продуктов, таких как непастеризованные молочные изделия и немытые, недавно собранные овощи, на импортируемую и преимущественно обработанную пищу, такую как маргарин или консервированные овощи.

Тем временем разговор с коллегой, работавшей на другом конце Альп, напомнил Эрике необычные результаты ее первого исследования, в ходе которого странным образом выяснилось: заболеваемость астмой понижена у детей живущих в домах, отапливаемых дровами или углем. Швейцарский эпидемиолог Шарлотта Браун-Фарлендер провела сходное исследование заболеваемости аллергиями у полутора с лишним тысяч детей, живущих в сельской местности. По настоянию одного местного врача она включила в семейную анкету вопрос о ведении фермерского хозяйства. Этот деревенский доктор утверждал, что дети, живущие на молочных фермах и свинофермах, в тех краях не страдают сенной лихорадкой. Его наблюдение подтвердилось. Исследование показало: у детей фермеров аллергии развивались втрое реже, чем у их ровесников, чьи родители вели городской образ жизни. Причем чем больше фермерской работы выполняли родители, тем лучше: дети тех из них, кто занимался исключительно фермерством, страдали от аллергии вдвое реже, чем дети тех, кто трудился на ферме неполный рабочий день. “Все вдруг встало на свои места, — говорит Эрика о своих давних результатах, — потому что ведение фермерского хозяйства в значительной части Европы совпадает с использованием дровяного или угольного отопления, традиционного для старых ферм”. Что же именно в жизни фермеров давало защиту их детям?

В 1998 году Эрика фон Мутиус и Шарлотта Браун-Фарлендер начали новое исследование, отправив небольшую армию студентов и медработников в сельские районы Баварии и Швейцарии, чтобы опрашивать фермеров и собирать образцы крови у членов их семей, а также собирать пылесосом пыль в хлевах и конюшнях, на кухнях, в детских кроватках и из воздуха в домах. Единственным фактором стиля жизни, связанным с низкой заболеваемостью астмой респираторными аллергиями, оказалось раннее и частое пребывание в местах содержания животных. У детей, пробивших первые пять лет жизни рядом с сельскохозяйственными животными, частота таких заболеваний оказалась меньше одного процента, то есть в десять раз ниже, чем у городских детей. Кроме того, изучая образцы пыли, исследователи обнаружили отчетливую обратную связь между аллергией или астмой и уровнем липополисахаридов химических маркеров присутствия бактерий — в детских матрасах. Наиболее высокие показатели содержания липополисахаридов соответствовали наиболее низким показателям частоты аллергических расстройств, в том числе астмы.

Большие семьи, ясли и детские сады, хлева и конюшни — искомой общей чертой, судя по всему, оказывались бактерии, в изобилии размножающиеся в грязи, в пеленках и подгузниках, а также в навозе. Другие новые исследования показали, что эффект защиты от аллергии, связанный с ранними контактами с домашними питомцами, намного сильнее в случае с собаками, нежели с кошками. Это заставляло заподозрить принципиальную разницу в том, где и что домашний питомец обнюхивает или облизывает34. Добавив к этому предположение о роли “фекального фактора”, итальянский эпидемиолог Паоло Матрикарди опубликовал в 2000 году результаты своего исследования антител, обнаруженных в крови 1659 новобранцев итальянских ВВС. Антитела по своей природе отражают прежние контакты человека с возбудителями респираторных заболеваний (таких как корь, свинка или краснуха) или фекальнооральных инфекций, которые распространяются через воду и руки, загрязненные невидимыми микробами из кишечника зараженного человека. Матрикарди искал по наличию антител следы взаимодействия с такими представителями последних, как желудочная бактерия Helicobacter pylori, кишечный паразит токсоплазма (Toxoplasma gondii) и вирус гепатита А. Лишь немногие из новобранцев заболе вали в результате контакта с последними тремя микробами которые обычно заражают людей, не вызывая у них симптомов болезни. Но Матрикарди обнаружил, что среди новобранцев, контактировавших со всеми тремя или со всеми кроме одного, из этих микробов, аллергиями или астмой страдали менее 7 %. А среди тех, кто никогда не встречался ни с одним из этих микробов, аллергическими расстройствами страдали более 20 % — разница втрое!

Гигиеническая гипотеза в том виде, в каком она начала вырисовываться в конце XX века, сильно отличалась от той, которую выдвинул Строн в восьмидесятых годах. Согласно этой гипотезе в ее позднем варианте, от расстройств в работе иммунной системы людей предохраняют не болезни, а ранние и постоянные контакты с микробами, особенно с теми бактериями, которых дети регулярно вдыхают и проглатывают, когда имеют дело с другими детьми, животными или неочищенной водой. Или, быть может, точнее будет сказать, что недостаток контактов с такими микробами, скорее всего, способствует развитию иммунных расстройств на фоне предрасположенности к подобным расстройствам. И все же иммунологи всего мира понимали, что они сделали лишь первые шаги в познании регуляторных механизмов, которые в норме держат иммунную систему под контролем. Идее, что контакт с бактериями может приводить к чему-либо, кроме направленного на борьбу с инфекцией воспаления, еще предстояло пробить себе дорогу в учебники. Эта идея осталась предметом некоторых разногласий, несмотря на растущие объемы опубликованных данных, свидетельствующих в ее пользу.

Обучение толерантности

В 1989 году, когда Дэвид Строн опубликовал свою гигиеническую гипотезу, а Эрика фон Мутиус нашла первые свидетельства защищенности фермерских детей от аллергии, совершался и еще один научный прорыв. Новоиспеченный стэнфордский профессор Дейл Умэцу, иммунолог, еще недавно работавший постдоком в Гарварде, только что опубликовал данные, доказывающие, что клетки Th2 работают и в человеческом организме.

В течение следующего десятилетия, совмещая лабораторные исследования с медицинской практикой, Умэцу все больше увлекался идеей, что инфекция (или что-то похожее на инфекцию) может отвращать иммунную систему от ответа Г/72 и тем самым защищать от мучительных приступов астмы, от которых страдали его пациенты в Детской больнице Люсиль Паккард при Стэнфордском университете.

Проводя в своей лаборатории эксперименты на склонных к аллергии мышах, он разработал вакцину на основе убитых клеток желудочно-кишечного микроба листерии (Listeria monocytogenes). В последнее время эта бактерия стала печально известна своей способностью вызывать пищевые отравления, когда она в массе размножается в консервированных мясопродуктах, например в сосисках. Но на протяжении большей части человеческой истории (вплоть до последней четверти XX века) почти все люди сталкивались с этой бактерией в небольших количествах: в воде, в свежих продуктах, а также в почве и пыли в местах содержания животных. Исследования показали, что листерия способна вызывать сильный неаллергический иммунный ответ, то есть ответ типа Th1, и Умэцу предположил, что контакт с этой бактерией может позволить отвратить склонную к аллергии иммунную систему от противоположного ответа — типа Th 2. В 1998 году его исследовательская команда сделала экспериментальную противоаллергическую “вакцину”, соединив убитые клетки листерии с действующим аллергеном — в данном случае белком, содержащимся в некоторых морепродуктах. Исследователи установили, что единственная инъекция этого препарата защищает от аллергии мышей, которые до этого реагировали на данный аллерген так сильно, что следовые его количества могли вызвать у них смертельный анафилактический шок.

В соответствии с представлениями того времени Умэцу и его коллеги думали, что волшебное исцеление от аллергии с помощью листерии как-то связано с восстановлением баланса иммунных качелей Th1/Th2. Но когда они попытались ввести клетки Th1 мышам, склонным к астме и аллергии, то были поражены: такая инъекция только усугубляла воспаление, развивающееся в легких животного38. Эти поразительные результаты помогли Умэцу по-новому взглянуть на противовоспалительный эффект препарата бактериальных клеток.

Умэцу рассуждал так: само по себе то, что легкие не страдающих аллергиями мышей — или людей — не демонстрируют сильного воспаления, еще не означает, что иммунная система не распознаёт аллергены и не реагирует на них. Исследования крови показали, что у всякого человека имеются антитела почти ко всему, что содержится в окружающей среде. Умэцу понял: иммунная система человека, не страдающего аллергиями, не то чтобы не замечает таких антигенов, а распознаёт их как безопасные и активно реагирует, повышая толерантность к ним за счет подавления воспалительных реакций. А значит, источником аллергии было не нарушение равновесия между иммунными клетками Th1 и Th2 (и те и другие вызывают воспаление своего типа), а недостаточная толерантность к аллергенам.

Чтобы проверить это, в 2004 году Умэцу подробнее изучил клетки Th1, реагировавшие на его вакцину из листерии и аллергена у подопытных мышей. Оказалось, что это не обычные T-хелперы. Они не выделяли тех сигнальных молекул, которые указывают иммунной системе, какие зараженные или иным образом поврежденные клетки собственного организма ей атаковать. Эти клетки Th1 выделяли интерлейкиню — универсальный сигнал, приказывающий иммунной системе “отменить боевую готовность”. Этим свойством они напоминали другую недавно открытую породу иммунных клеток, получивших название регуляторных T-клеток, или клеток Τ-reg, помогающих удерживать иммунную систему от атаки тканей собственного организма — то есть от развития аутоиммунных реакций.

Класс регуляторных T-клеток за год до этого открыли японские иммунологи. Кроме того, они показали, что порча главного регуляторного вещества (Foxp3) клеток Τ-reg вызывает развитие фатального сочетания сильнейших аллергий, воспалительных заболеваний желудочно-кишечного тракта и аутоиммунных расстройств. В дальнейшем в лаборатории Умэцу разработанную там листериево-аллергенную вакцину с успехом использовали для выработки толерантности к аллергенам, содержащимся в таких продуктах, как яйца, орехи и плесень, предотвращая развитие угрожающих жизни респираторных и пищевых аллергий. Что особенно важно, при участии этой лаборатории было показано, как безвредные бактерии, такие как убитые клетки листерии, могут способствовать выработке подобной толерантности. И сделать это удалось, задействовав не столь хорошо изученный, но намного более древний отдел иммунной системы.

Врожденный иммунитет

T-клетки с их способностью узнавать и атаковать определенные антигены входят в состав так называемого адаптивного отдела иммунной системы. Адаптивная иммунная система работает поразительно эффективно: стоит ей однажды встретить определенный антиген, как в ней запускается производство долгоживущих клеток памяти, которые продолжают циркулировать по телу. Когда антиген опять покажет свое молекулярное лицо, эти клетки памяти начнут быстро размножаться, порождая целую армию клонов. Благодаря этому вакцины и некоторые разновидности инфекций и вызывают выработку длительного и даже пожизненного иммунитета.

Механизмами адаптивного иммунитета объясняется то, как иммунная система реагирует на угрозы, с которыми она уже сталкивалась. Но на протяжении большей части XX века иммунологи плохо понимали, каким образом “наивные” (то есть необученные) T-клетки отличают антигены, которые стоит атаковать (связанные с болезнетворными микробами или пораженными клетками), от антигенов, по отношению к которым нужна толерантность (связанных с едой, мусором и пылью, встречающимися нам в повседневной жизни, а также с полезными бактериями, живущими у нас в толстой кишке).

Затем, в конце восьмидесятых и в начале девяностых, исследователи открыли древнее семейство белков, назвав их толл-подобными рецепторами. Их обнаружили на поверхности иммунных “клеток-разведчиков”, работа которых состоит в том, чтобы ловить чужеродные вещества и предъявлять их генерал-майорам — T-клеткам. В ходе дальнейшего изучения этих белков ученые поняли, что толл-подобные рецепторы представляют собой молекулы распознавания образов, реагирующие на уникальные для микробов генетические маркеры. Например, первые два открытых толл-подобных рецептора, TLR1 и TLR2, связываются с липопептидами (жирными белками) на поверхности грамположительных бактерий. Активацию TLR3 вызывает вирусная РНК. TLR4 узнаёт характерные выступы на поверхности липополисахаридной оболочки грамотрицательных бактерий. TLR5 реагирует на химическое прикосновение жгутика (то есть “хвоста”) плавающих бактерий. Толл-подобные рецепторы еще одной разновидности связываются с “голыми генами” (неметилированной ДНК), которыми пользуются все бактерии и многие вирусы.

У растений и беспозвоночных животных толл-подобными рецепторами усыпана поверхность клеток многих типов. Около 400 миллионов лет назад в ходе эволюции адаптивного иммунитета рыб и высших позвоночных клетки, несущие толл-подобные рецепторы, взяли на себя особую роль: они начали ловить микробов и другие чужеродные вещества и предъявлять их предварительно обработайте останки T-клеткам в качестве антигенов. Важнейшие и3 этих антиген-предъявляющих клеток — напоминающие осьминогов дендритные клетки, которые концентрируются под слизистыми оболочками дыхательной системы и пищеварительного тракта, протягивая свои длинные щупальца наружу, сквозь нежную выстилку соответствующих органов, и собирая пробы всевозможных бактерий, частиц пищи и Других веществ, проносящихся или ковыляющих мимо.

После открытия толл-подобных рецепторов иммунологи увидели в дендритных клетках разведчиков и военных советников. Исследования показали, что эти клетки не просто предъявляют антигены Г-клеткам для распознавания, но и производят при этом выплеск сигнальных цитокинов, которые позволяют им сообщать, заслуживает ли атаки данный антиген.

Затем, в 2001 году, иммунологи из Рокфеллеровского университета сообщили, что научились заставлять дендритные клетки выполнять ровно противоположную функцию — выключать адаптивный иммунный ответ. Им удалось это сделать, в течение долгого времени многократно стимулируя толл-подобные рецепторы этих клеток. Дальнейшие исследования подтвердили это неожиданное открытие, показав, что при отсутствии явных признаков опасности (таких как повреждения тканей) дендритные клетки реагируют на длительное присутствие бактериальных продуктов, таких как липополисахариды, выделяя успокаивающий цитокин толерантности — интерлейкин-10. Это, в свою очередь, приводит к созреванию наивных Г-клеток, которые при этом превращаются не в вызывающие воспаления клетки Th1 или Th2, а в регуляторные T-клетки, передающие сигнал, выделяя еще больше успокаивающих иммунную систему цитокинов.

Когда Дейл Умэцу и его стэнфордские коллеги вылечивали мышей от астмы с помощью вакцины из убитых клеток листерии, они обнаружили, что можно извлечь дендритные клетки из организма мыши, которую лечили такой вакциной, ввести эти клетки другой мыши, страдающей от астмы, и вылечить ими от астмы и вторую мышь. Кроме того, они обнаружили, что астму у мышей можно облегчать, вводя больным мышам всего лишь обрезки бактериальной ДНК. Умэцу говорит, что это демонстрирует возможность выключения вызывающего астму воспаления под действием бактерий или их ДНК не за счет простого смещения равновесия от аллергического иммунного ответа Th2 в сторону убивающего клетки ответа Th1, а за счет использования недавно открытого сигнального пути толерантности.

Эти данные прекрасно согласуются с данными Эрики фон Мутиус о здоровье фермеров и следующим из них выводом, что ранний и постоянный контакт с бактериями, присутствующими в постельных принадлежностях и в воздухе, способствует защите детей от аллергии и астмы. Это подтвердили и дальнейшие исследования семей фермеров, показавшие, что у тех сравнительно немногих фермерских детей, у которых аллергии или астма все же развиваются, имеются мутации в генах толл-подобных рецепторов, регистрирующих присутствие бактерий.

В 2005 году Умэцу вернулся в Гарвард, где он теперь продолжает свои исследования тайн иммунной системы с помощью убитых бактерий в стремлении разработать действенное средство от аллергии и астмы. При этом он внимательно следит за ведущейся в Великобритании работой, результатом которой может стать еще более необычная и еще более полезная разновидность бактериальной вакцины, чем его препарат из убитых клеток листерии.

Вакцина из грязи

Джон и Синтия Стэнфорд вернулись в Миллхаус, свой фермерский дом XVIII века, ради небольшой передышки между двумя заграничными поездками. В это утро в конце зимы 2006 года процессия идущих к ним пациентов начинается еще до утреннего чая. Джон Стэнфорд, недавно вышедший на пенсию с должности заведующего отделением микробиологии Медицинской школы Университетского колледжа Лондона, ходит во фланелевой рубашке и плотных брюках. Пышная белая борода и взъерошенные волосы усугубляют производимое им впечатление жизнерадостной эксцентричности. Стоя в уютной натопленной кухне, он наклоняется, подставляя для поцелуя щеку первой посетительнице — полной, румяной английской бабушке в коричневой вязаной кофте и юбке с рисунком “в елочку". Сью Гамильтон-Миллер ходит на бактериальные инъекции уже больше двух лет, после того как у нее диагностировали неоперабельную меланому с метастазами в легких. “Меня уже везли в операционную, когда ко мне подошел доктор с результатами рентгена, — рассказывает она. — Он сказал• “Мне очень жаль. Оперировать нет смысла”.

Синтия Стэнфорд ведет Сью в гостиную, где и стены и пол покрыты слоями персидских ковров. Синтия маленькая и стройная, в отличие от высокого и широкоплечего мужа. Их делает похожими некогда бледная, как у настоящих англичан, кожа, теперь покрытая пятнами плотного загара, полученного за десятки лет непростых путешествий по странам третьего мира. Когда, пригнув голову в дверном проеме, в гостиной появляется Джон, он уже держит в руках шприц, заполненный убитыми нагреванием клетками Mycobacterium vaccae в растворе борной кислоты, помогающем расщепить микроба на составляющие. Сью снимает кофту и закатывает рукав, открывая дюжину небольших розовых вздутий, идущих вдоль плеча. Это заживающие следы прошлых инъекций. “Они раздуваются с каждым новым уколом, — говорит она, — а потом опять спадают”.

Сью обратилась к Стэнфордам, когда узнала от своего онколога, что стандартные методы лечения сулят мало надежды, учитывая степень запущенности ее рака. Муж Сью, Джереми, специалист по медицинской микробиологии из Королевской бесплатной больницы в Лондоне, следил за иммунологическими исследованиями Стэнфордов уже не один год, и Джон с Синтией охотно включили Сью в список своих пациентов, получающих экспериментальную вакцину в порядке благотворительной помощи.

Уже через несколько недель после первой инъекции М. vaccae анализы показали, что рост опухолей у Сью остановился. Затем, в ходе курса еженедельных, а затем ежемесячных инъекций, опухоли стали уменьшаться без всякой химиотерапии и лучевой терапии. К концу года рентгеноскопия грудной клетки показала, что опухоли в легких сжались до половины своего исходного размера. Сью продолжает ходить к Стэнфордам на дополнительные инъекции того, что британские СМИ окрестили “вакциной из грязи” (dirt vaccine). Список недугов, от которых она должна помогать, вызывает искушение сравнить ее с шарлатанской панацеей: это не только рак, но и множество аллергических расстройств, в том числе астма и несколько разновидностей аутоиммунных заболеваний, и даже туберкулез и проказа. “Причина всех этих заболеваний в дисбалансе иммунной системы, — утверждает Джон, — в том, что иммунный ответ, вместо того чтобы очищать тело от пораженных клеток, оказывается недейственным или разрушительным”.

Разработка метода иммунотерапии на основе Mycobacterium vaccae продолжается с начала семидесятых, когда Джон и Синтия вместе с пятью своими маленькими детьми исколесили всю Уганду, собирая образцы почвы. Они искали в почве что-нибудь, что могло бы объяснить, почему вакцина БЦЖ (BCG, Bacillus Calmette-Guerin — Бацилла Кальметта — Герена) так эффективно защищает угандийских детей от туберкулеза и проказы. Mycobacterium tuberculosis и Mycobacterium leprae, возбудители этих болезней, входят в число полудюжины болезнетворных представителей обширной группы почвенных бактерий, отличающихся восковыми, водоотталкивающими клеточными стенками. БЦЖ, самая популярная вакцина во всем мире, содержит ослабленный штамм еще одной микобактерии, М. bovis, которая может вызывать туберкулез у крупного рогатого скота. Когда вакцина БЦЖ помогает, она обеспечивает выработку перекрестного иммунитета к человеческому туберкулезу, точно так же как полученная Эдвардом Дженнером знаменитая вакцина из коровьей оспы защищала людей от натуральной оспы.

Но вакцина БЦЖ с давних пор обескураживала врачей широкой изменчивостью своего защитного действия. Она оказывается эффективнее у младенцев, чем у детей постарше и взрослых, а степень даваемой ею защищенности у населения в целом варьирует от 8о% в одних странах до о% в других. Даже в пределах Уганды, страны размером со штат Миннесота, эффективность этой вакцины варьирует в зависимости от региона, достигая максимума на труднодоступных берегах озера Кьога — неглубокого внутреннего водоема, где люди из кочевых племен купаются и откуда берут воду для питья.

Исследователи туберкулеза, такие как коллега Стэнфордов Джон Грейндж, уже давно высказывали предположение что изменчивость действия БЦЖ может быть отчасти связана с чем-то вроде природной повторной иммунизации, при которой благодаря контакту с безвредными микобактериями из окружающей среды у человека вырабатывается перекрестный иммунитет. Большинство микобактерий, многочисленных в топких, богатых кислородом болотах и на заболоченных берегах, живут не заражением людей, а расщеплением и переработкой растительных остатков. Принимая это во внимание, Стэнфорды начали обследовать почву и воду Уганды по сеточной схеме в поисках одной или нескольких разновидностей микобактерий, которые сильно коррелировали бы с хорошей реакцией на БЦЖ у местных детей. Из грязи на берегах озера Кьога Джон выделил М. vaccae. Из всех микобактерий, живущих в почве у озера Кьога, объясняет он, именно у М. vaccae имеется та сложная, богатая антигенами клеточная стенка, которая, по его мнению, должна вызывать особенно сильный иммунный ответ.

Поначалу, работая с М. vaccae, Джон стремился прежде всего создать вакцину от туберкулеза и проказы, которая была бы эффективнее БЦЖ или сама по себе, или в комбинации с ней. В обоих направлениях им были получены умеренно хорошие результаты. Другая, более амбициозная его задача состояла в том, чтобы научиться с помощью М. vaccae очищать от инфекции организмы людей на ранних этапах развития этих болезней. И М. tuberculosis, и М. leprae вызывают хроническое прогрессирующее заболевание лишь у 10 % зараженных. У остальных 90 % сильный иммунный ответ типа Th1 очищает организм от инфицированных тканей. Прогрессирующее разрушение легких при хроническом туберкулезе и обширное повреждение костей, хрящей и нервной системы при проказе развивается в тех случаях, когда иммунная система выбирает смешанный ответ типов Th1 и Th2, в результате чего разрушаются ткани, окружающие инфицированные клетки, постоянно отгораживая инфекцию, вместо того чтобы ее уничтожить. Джон надеялся, что если реакция иммунной системы на M. vaccae будет достаточно сильной, то инъекция убитых бактерий может оказаться одним из способов переориентировать иммунную систему пациента в направлении желаемого целебного ответа. Тем самым это могло бы дать надежду в тех случаях, когда чрезвычайно устойчивый к медикаментам штамм не удается уничтожить антибиотиками.

В 1975 году перед тем как начать инъекции своей экспериментальной вакцины кому-нибудь другому, Стэнфорды ввели ее друг другу. “Если бы мы не были готовы применять ее на себе, мы едва ли могли бы предлагать ее другим людям как безвредную”, — объясняет Синтия. Впоследствии оказалось, что она была, по-видимому, первым человеком, которому помогла эта вакцина. “После того как небольшое розовое вздутие на месте инъекции исчезло, я совсем забыла о ней, — вспоминает она, — пока мы снова не оказались в Англии, холодной, сырой зимой, когда я заметила, что у меня больше не развивается, как обычно, синдром Рейно”.

Синдром Рейно, аутоиммунное расстройство, при котором у людей нарушается кровоснабжение конечностей, может приводить к болезненному онемению пальцев рук и ног, обычно в качестве реакции на холод или стресс. Этим наследственным заболеванием страдали многие в семье Синтии, поэтому в течение всего следующего года ее мать, сестра и младшая дочь Томасина раз в несколько месяцев по очереди получали инъекции новой вакцины. И им тоже полегчало. “Тогда мы заметили, что исчезают и другие расстройства”, — говорит Синтия. У ее матери начал регрессировать рак спинного мозга, у сестры прошел артрит, а удочери на два месяца прекратилась астма и уже никогда не начиналась в полную силу. Врачи, испытывавшие вакцину из ^ vaccae в азиатских лепрозориях и туберкулезных диспансерах, тоже отмечали приносимую ею неожиданную пользу. Из Индии поступали сообщения о пациентах, у которых после вакцинации проходили симптомы псориаза. Это аутоиммунное расстройство развивается, когда иммунная система убивает здоровые ткани кожи и мертвые клетки накапливаются на ее поверхности в виде шелушащихся серебристых бляшек.

Полезные эффекты вакцины из М. vaccae уже имели прецедент. Еще в шестидесятые годы врачи сообщали, что у детей, привитых БЦЖ, наблюдалась пониженная заболеваемость аллергиями, астмой, аутоиммунными расстройствами, такими как сахарный диабет первого типа, и даже лейкемией. С конца семидесятых вакцину БЦЖ использовали даже как средство от рака, особенно эффективное против небольших опухолей при поверхностном раке мочевого пузыря. Работавший в том же направлении американский хирург-ортопед Уильям Коули первым стал применять бактериальные вакцины для лечения саркомы — злокачественных опухолей костей, мышц и других соединительных тканей. Вакцина, которую использовал Коули, состояла из смеси убитых клеток Streptococcus pyogenes и Serratio marcescens. Американская медицинская ассоциация одобрила использование этой вакцины еще в 1936 году, но она вышла из употребления в течение следующего десятилетия в связи с растущей популярностью радиотерапии и химиотерапии. Более долговечной оказалась интересная идея, что контакт с определенными бактериями, будь они живыми или мертвыми, может каким-то образом побуждаать иммунную систему к эффективным действиям. Стэнфорды пришли к заключению, что M. vaccae — лишь одна ^многих бактерий, живущих в природной среде, от которой нашей иммунной системы выработалась зависимость, решающая ей оптимально работать в их отсутствие. “Нам удалось выявить целый ряд родственных бактерий, способных вызывать подобные полезные изменения в работе иммунной системы”, — говорит Джон.

Вскоре после того как в 1975 году Стэнфорды привезли до M. vaccae из Уганды, Джон начал сотрудничать со своим коллегой по Университетскому колледжу Грэмом Руком — иммунологом, интересовавшимся механизмами, лежащими в основе взаимодействия бактерий с иммунной системой. Их первые эксперименты на подопытных животных и несколько небольших клинических испытаний подтвердили, что инъекция мертвых клеток M. vaccae может не только помогать при аллергиях и астме, но и повышать способность иммунной системы бороться с раком. В 1992 году при поддержке Университетского колледжа Лондона Стэнфорд и Рук организовали открытую акционерную компанию SR Pharma, через которую инвесторы могли финансировать ряд сложных клинических испытаний, необходимых, чтобы сделать из М. vaccae полноценное лекарственное средство. Обнадеживающие результаты первых испытаний идетективная история открытия вакцины из М. vaccae стали поводом для документальных фильмов и журнальных статей, посвященных этой “вакцине из грязи”, с заголовками вроде “Зовите микробов” или “Путь едят грязь!”.

Затем появились обескураживающие результаты нашумевшего в прессе исследования больных с запущенным раком легких, параллельно проходивших стандартную процедуру химиотерапии. Это исследование не показало достоверного повышения продолжительности выживания — лишь заметно более высокое “качество жизни” у пациентов, получавших инъекции из М. vaccae. Представители этой группы? по данным исследования, чувствовали себя намного лучше и были намного активнее, бодрее, энергичнее и общительнее, чем те, кто вместо вакцины получал плацебо.

Стэнфорды говорят, что независимая команда, нанятая для проведения этого исследования, напортачила с под бором испытуемых, объединив пациентов с разными формами рака легких. Повторный статистический анализ полученных результатов показал, что на самом деле у пациентов страдающих аденокарциномой, вакцина из М. vaccae повышала продолжительность выживания на 135 дней, хотя и не повышала ее у больных плоскоклеточным раком легких. Тем не менее публикация первоначальных результатов в 2001 году вызывала обвал стоимости акций SR Pharma. Управляющие делами компании незамедлительно приняли меры по сокращению расходов. В течение года они свернули клинические испытания вакцины из М. vaccae вывели Рука и Стэнфорда из состава главного совета директоров (хотя они по-прежнему остаются консультантами и акционерами компании) и изменили основное направление работ на поиски более передовых биотехнологий.

Рук несмотря ни на что продолжил работу в своей лаборатории. Стэнфорды, которым скоро предстояло выйти на пенсию, в 2004 году основали новую, частную компанию BioEos. Патент на М. vaccae принадлежал SR Pharma, поэтому они занялись разработкой вакцин для ветеринарного использования на основе полудюжины других близкородственных бактерий. Джон вводил один из препаратов клеток этих бактерий в злокачественные опухоли кожи пятилетней породистой верховой лошади, принадлежавшей его сестре. После четырнадцати инъекций тринадцать из четырнадцати опухолей полностью исчезли. На фотографиях видно, как самая большая из них, около трех дюймов в диаметре, сжалась до плоского шрама шириной около четверти дюйма. Через два года последней инъекции ни одна из этих опухолей не выросла снова. В 2006 году Стэнфорды начали использовать ту же бактерию в более масштабном испытании на нескольких сотнях лошадей, страдающих от тяжелой аллергии на укусы мокрецов, которая каждую весну поражает миллионы лошадей. У четверти животных аллергия полностью прошла, достойно ослабившись примерно у половины.

Судя по предварительным данным, несколько других бактериальных препаратов Стэнфордов могут принести гораздо больше выгоды. Некоторые из них ускоряют рост пороет и телят, а также выращиваемых на фермах рыб и крепок. Джон предполагает, что эти направляющие иммунную систему бактерии помогают животным избавиться от второстепенных инфекций, которые в противном случае подтачивали бы их силы. Если более масштабные испытания подтвердят полезность данных препаратов, подобные продукты могут стать альтернативой способствующим росту антибиотикам, которые недавно были запрещены Евросоюзом. “Тогда эти деньги можно было бы использовать для финансирования клинических испытаний лечения аллергии, астмы и других человеческих недугов, — говорит Джон, — в чем и состоит наша цель. А это — средство".

Тем временем пациенты, страдающие раком, по-прежнему находят дорогу в дом Стэнфордов на юге Англии. В тот день в конце зимы вслед за Сью Гамильтон-Миллер, выздоравливающей от меланомы, приходили люди, страдавшие такими болезнями, как рак толстой и прямой кишки и поджелудочной железы. Один из них выбрал лечение М. vaccae вместо колостомии, а у двоих несколько лет назад были диагностированы неизлечимые стадии рака. Все они утверждали, что чувствуют, когда им нужна еще одна инъекция, потому что из их жизни исчезает какая-то искорка. "Это трудно объяснить, — говорит Сью. — но после укола я могу перемыть все окна и начинаю искать, что бы еще сделать".

Когда Стэнфордов спрашивают о тех, кого не удал спасти, они с горечью отмечают общую закономерность. “Когда им становится лучше, их врачи говорят им: “Hy есть, теперь у вас хватит сил для химиотерапии”, — рассказывает Синтия. — А следующее, что мы о них узнаем, — что умерли”. Это не так уж удивительно, говорит Джон, учтивая, что химиотерапия печально известна подавлением иммунной системы. И все же Стэнфорды понимают, что, по их результатам, вакцина из М. vaccae может показать чем-то вроде помеси амигдалина с транквилизатора “Вот в чем беда, не так ли? — говорит Синтия. — Может показаться, что мы полнейшие психи”.

Старые друзья

Тем временем давний коллега Стэнфордов Грэм Рук по-прежнему работающий в Университетском колледже в кабинете с видом на лондонский интеллектуальный район Блумсбери, все так же увлеченно занимается М. vaccae, хотя, вероятно, интересуется не столько использованием этого микроба в современной медицине, сколько механизмами его действия на иммунную систему. Стройный, прямой как жердь англичанин, Рук одевается в кембриджскую “униформу” — светло-голубую рубашку, брюки цвета хаки и свитер с вырезом лодочкой. Диаграммы, показывающие распределение сигнальных веществ иммунной системы и поверхностно-клеточных маркеров, покрывают ничем другим не украшенные стены кабинета, заваленного книгами и статьями. Рук, в отличие от Стэнфордов, продолжает активно работать консультантом в компании SR Pharma. В то же время благодаря должности в Университетском колледже в его распоряжении есть лаборатория, где полно студентов и аспирантов, с энтузиазмом продолжающих исследования М. vaccae.

Сотрудники Рука, как и их коллеги из лаборатории Умэцу в Соединенных Штатах, вводили убитых бактерий (в данном случае — М. vaccae) мышам, предрасположенным к аллергиям и астме, и отслеживали связи изменений в их симптомах с лежащими в основе этих изменений сдвигами в работе иммунных клеток разных типов. В ходе экспериментов они установили, что инъекция или впрыскивание в ротовую полость мыши дозы М. vaccae существенно снижает аллергические и астматические реакции, стимулируя при этом размножение регуляторных Г-клеток и дендритных клеток.

Рук и его коллеги уже разобрали М. vaccae по кусочкам на химические составляющие, чтобы выделить то самое вещество, которое, судя по всему, и заставляет иммунную систему, ведущую себя неподобающим образом, исправиться и вести себя хорошо. Выделение данного ключевого вещества, или действующего начала, началось с наблюдения Рука, что если лишить бактерию ее водоотталкивающей оболочки, это лишает ее и противоаллергического эффекта. После чего Рук отправил экстракт веществ из клеточных оболочек М. vaccae коллеге-химику, чтобы тот разделил его на фракции. “Он разделял эти вещества на две порции по каким-то химическим критериям, и мы проверяли обе порции и снова отправляли ему ту из них, которая оказывала на мышей противоаллергическое действие, — говорит Рук, — после чего он разделял ее еще на две порции. Когда в конце концов он сказал нам: “Там уже мало что осталось”, — мы попросили его определить, что же это было за вещество”. Оказалось, что это единственный липид из восковой оболочки бактерии, который команда Рука с тех пор научилась синтезировать в лабораторных условиях, получив запатентованный впоследствии продукт SRP312 (то есть продукт 312 компании SR Pharma) — синтетический заменитель клеток бактерии М. vaccae.

Теперь в лаборатории Рука работают как с бактериальными клетками, так и с SRP312. Всего лишь два микрограмма (две миллионных доли грамма) этого вещества защищают мышь, страдающую аллергией на яйца, от тяжелых приступов астмы, обычно вызываемых у нее впрыскиванием небольшого количества содержащихся в яйцах белков. В дальнейшем Рук и его коллеги проанализировали состав легочного секрета мышей, подвергнутых воздействию SRP312, и обнаружили, что их ткани пропитаны интерлейкином — противовоспалительным цитокином, концентрация которого оказалась примерно в десять раз больше, чем у мышей, не подвергнутых воздействию SRP312, и примерно в четыре раза больше, чем у мышей, которым вводили убитые клетки М. vaccae.

Тем временем Рук пошел дальше, чем кто-либо другой, в переработке исходной гигиенической гипотезы Строна с ее акцентом на болезнях, ошибочность которого была в целом показана впоследствии. “Сама идея, что инфекции полезны, оказывается, если подумать, довольно глупой, — говорит он. — Инфекция предполагает воспаление, а воспаление само по себе вредно”. Рук предлагает различать болезнетворные инфекции и безвредное заселение организма нормальной микрофлорой и бактериями из окружающей среды, проходящими через него вместе с пищей и водой. Он также отмечает, что инфекционные болезни стали частью нашей повседневной жизни только при переходе к цивилизации с ее скученностью — порядка пяти тысяч лет назад, в то время как микобактерии из грязи и необработанной воды, а также лактобактерии и другие микроорганизмы, многочисленные на свежих или сохраняемых примитивными методами продуктах, сопровождали нас на протяжении всей нашей эволюции.

“Мне больше нравится идея “старых друзей” — организмов, сопровождающих нас все время, ежедневно и неизбежно”, — говорит Рук. По его словам, иммунная система, в соответствии со свойством природы принимать неизбежное, отреагировала на океан безвредных бактерий, которые наполняют нашу жизнь, выработкой регуляторных клеток, выделяющих биохимические сигналы толерантности. “Когда у нас нет нормального фонового уровня бактерий, в нашем организме нет и фонового уровня регуляторных цитокинов, и наша иммунная система начинает реагировать на все слишком бурно”.

Согласно разрабатываемой Руком теории иммунной регуляции, которую можно назвать теорией “старых друзей”, выделяют три важнейшие группы успокаивающих иммунную систему организмов. Первая — это многочисленные в природной среде бактерии. Вторая — это населяющие наше тело бактерии-комменсалы, или симбионты, состав которых может существенно нарушаться или меняться под действием антибиотиков. Как отмечает рук, более полудюжины масштабных исследований подтвердили, что дети, принимавшие антибиотики в течение первого года жизни, в дальнейшем страдают аллергиями и астмой более чем вдвое чаще других, даже если антибиотики им прописывали для лечения каких-либо нереспираторных заболеваний. Результаты экспериментов на животных, которые провели иммунологи Майри Новерр и Гэри Хаффнагл из Мичиганского университета, частично объясняют этот эффект. После того как кишечники мышей заселяли Candida albicans (дрожжеподобным грибком, живущим в пищеварительном тракте человека), а затем нарушали кишечную микрофлору этих мышей антибиотиками, животные становились крайне предрасположенными к респираторным аллергиям и астме. Исследователи пришли к выводу, что антибиотики позволяют С. albicans разрастаться в кишечнике, достигая вредного уровня и вызывая воспаление, которое делает организм предрасположенным к развитию аллергии.

Другие изменения кишечной микрофлоры, не связанные с использованием антибиотиков, также могут вызывать у ребенка предрасположенность к аллергии. Например у детей, рожденных с помощью кесарева сечения, заболеваемость пищевыми аллергиями вдвое выше, чем у детей рожденных через родовые пути. Эти данные указывают на то что бактерии из родовых путей и заднего прохода матери приносят пользу, которой обделены дети, извлеченные на свет хирургическим путем. Результаты других исследований показали, что у детей, страдающих аллергиями, кишечная микрофлора обычно больше похожа на микрофлору взрослых (у которых многочисленны бактерии группы кишечной палочки и даже стафилококки), чем у других детей (у которых больше лактобактерий и бифидобактерий). Причем подобный переход к кишечной микрофлоре взрослого типа в целом намного чаще встречается у детей из стран с высоким уровнем санитарии, таких как Швеция, чем у детей из менее развитых стран, таких как соседняя Эстония, где заболеваемость детей аллергиями и астмой намного ниже.

“Очевидно, что проблема не только в этом, — говорит Рук, — иначе мы все страдали бы аллергиями и астмой”. Третьей важнейшей группой “старых друзей” Рук считает гельминтов (то есть кишечных червей, или глистов). “Многие паразитологи просто с ума сходят, когда я называю гельминтов старыми друзьями, — говорит он, — но зараженный организм должен воспринимать их как друзей, потому что если не включить регуляторные клетки и не остановить иммунную реакцию, это приведет к разрушению лимфатической системы и закончится слоновой болезнью”. Судя по всему, эволюция организовала подразделение Th2 адаптивной иммунной системы так, чтобы оно сильно реагировало на ранние признаки заражения гельминтами, но затем смирялось с неизбежностью трудновыводимых паразитов и отключало иммунный ответ.

Об этом свидетельствуют данные, полученные в 1999 году голландским биологом Марией Язданбахш, которая установила, что когда зараженных детей в африканских деревнях вылечивали от глистов, у них сразу повышалась предрасположенность к аллергиям. Через несколько месяцев после лечения у этих детей наблюдались аллергические реакции на вдвое большее число веществ, чем у их сверстников, по-прежнему зараженных глистами. Никто, подчеркивает рук, не предлагает отказаться от лечения таких детей, потому что сильное заражение гельминтами может задерживать их рост и способствовать развитию дизентерии, малокровия и даже умственной отсталости. Но подобные открытия побуждают исследователей к поиску способов воспроизводить успокаивающее иммунную систему полезное действие кишечных паразитов, не воспроизводя при этом их вредное действие. Например, Джоэл Уайнсток, гастроэнтеролог из Университета Айовы, с помощью напитка, содержащего взвесь яиц свиного хлыстовика (безвредного для человека гельминта), добился облегчения тяжелых случаев воспалительных кишечных заболеваний у своих пациентов с успехом в 80% случаев и без каких-либо нежелательных побочных эффектов. Другие ученые продемонстрировали возможность защищать от аллергии склонных к ней подопытных животных, намеренно заражая их аналогичными паразитами.

За пределами иммунитета

В самое последнее время Рук заинтересовался свидетельствами того, что наши сократившиеся контакты с бактериями из окружающей среды и другими “старыми друзьямими могут влиять на качество нашей жизни и в других отношениях, выходящих за пределы иммунной системы. К этойтеме его привело сотрудничество со Стаффордом Лайтманом из Бристольского университета. Рук и Лайтман исследовали гормональные изменения, вызываемые иммунными ответами разного типа. Они провели эксперименты, в которых, вводя подопытным мышам клетки М. vaccae, стимулировали у мышей подавляющий инфекцию иммунный ответ типа Th1. Иммунный ответ типа Th2 они вызывали, вводя предрасположенным к аллергии мышам белки из яиц. По чистой случайности в соседней лаборатории работал молодой нейробиолог, изучавший клетки головного мозга, выделяющие гормон серотонин. Этот молодой исследователь, Кристофер Лоури, уже знал, что активация выделяющих серотонин клеток в одной части мозга улучшает настроение, а активация таких клеток в другой его части усиливает настороженность и волнение. Открытие во многом объясняло, почему антидепрессанты определенного класса, так называемые селективные ингибиторы обратного захвата серотонина (прозак, золофт и другие), могут вызывать нежелательные побочные эффекты в виде бессонницы и тревоги. Идеальный антидепрессант, предположил Лоури, активировал бы только те выделяющие серотонин клетки мозга, которые улучшают настроение человека, при этом не активируя те клетки, которые вызывают тревогу и чрезмерную настороженность.

Все это не имело никакого отношения к исследованиям Рука и Лайтмана — так им, по крайней мере, казалось. “Крис Лоури был так поглощен изучением этих двух разновидностей серотонергических нейронов, — вспоминает Рук, — что однажды он зашел и сказал: “О, у вас тут есть замечательные мышиные мозги. Можно, я изучу их у себя под микроскопом?” Что он и сделал, окрасив мозговую ткань пигментом, маркирующим клетки, которые активно обмениваются серотониновыми сигналами. Рук рассказывает: “Он ворвался обратно в лабораторию Лайтмана криком: “Вы должны это видеть! Это просто потрясающе! Вы ведь вы всего-то и сделали, что ввели своим мышам этих несчастных дохлых микробов”. В мозгу мышей, которым вводили препарат М. vaccae, серотониновая активность наблюдалась только в тех клетках мозгового ствола, которые связаны с улучшением настроения. “Это был прозак без побочных эффектов”, — говорит Рук.

Смысл необычного открытия стал проясняться, когда рук раскопал данные, показывающие, что инъекции интерлейкина-10 (цитокина, в наибольшей степени связанного с регуляторными иммунными клетками) препятствуют развитию апатии и замкнутости у стареющих лабораторных крыс. После этого ему стало известно об исследованиях психиатра Марианны Вамбольдт из Колорадского университета, открывшей общность генетической предрасположенности к депрессии и аллергическим расстройствам. Хотя здесь и можно было возразить, что стресс, вызываемый хроническими аллергиями, может приводить к психологическим проблемам, примененный Марианной Вамбольдт близнецовый метод показал: наличие у одного из двух близнецов какого-либо аллергического расстройства (например, сенной лихорадки, экземы или астмы) повышает вероятность развития депрессии у другого, даже если сам второй близнец не страдает аллергиями. Причем эта связь оказалась намного сильнее у однояйцевых близнецов, чем у разнояйцевых, что тоже служит явным признаком общего генетического фактора.

Не могло ли быть так, что сигнал “всё в порядке” интерлейкина-10 распространяется и за пределы иммунной системы? Рук подтверждает это, ссылаясь также на данные полудюжины публикаций, свидетельствующих о том, что такие антидепрессанты, как препараты лития, повышают уровень интерлейкина-10 и снижают уровень связанных с аллергиями цитокинов, таких как интерферон гамма. Не могло ли приподнятое настроение тех раковых больных, которых в частном порядке лечит Джон Стэнфоп объясняться повышенным уровнем интерлейкина-10, вызываемым инъекциями клеток М. vaccae? Рук не уверен в этом• “Не могу сказать. Его лечение, кажется, едва ли не укладывается в рамки эффекта плацебо, чего-то вроде лечения верой в лекарство”. И все же, говорит Рук, это объясняет показанный в ходе клинических испытаний намного более высокий уровень качества жизни больных поздними стадиями рака легких, которым вводили вакцину из М. vaccae “Было бы интересно, — говорит он, — если бы оказалось, что мы напрасно виним в растущей частоте тревоги и депрессии исключительно повышенный уровень стресса свойственный современной жизни, и что на самом деле мы наблюдаем эффект такой приземленной вещи, как недостаток бактерий в нашей пище, воде и окружающей среде”. Он смеется, вспоминая, какую реакцию он вызвал именно этим предположением у группы психоаналитиков. “Мы с ними тогда уже какое-то время выпивали, — сознаётся он, — и должен сказать, что они сразу стали вести себя очень недружелюбно, даже невежливо”. По словам Рука, после того как ему несколько минут наперебой кричали, доказывая всю нелепость предположения, будто таким жалким веществом, как один из цитокинов, могут объясняться исторические изменения поведения людей, ему пришел в голову превосходный контраргумент: “Я сказал: “Ну вот, смотрите, есть такое вещество — этанол, вы его только что приняли, и оно определенно изменило ваше поведение”.

Часть 4. Микробы, подсевшие на лекарства

Совершенно ясно, что бактерии были задолго до нас и что по отношению к ним мы, возможно, составляем лишь временное явление в истории.

Стюарт Ливи, доктор медицины (2000)

Убийца в детской палате

"НОВЫЙ ШТАММ МИКРОБОВ УНЕС МНОГО ЖИЗНЕЙ

В США исследуют опасную форму стафилококка, устойчивую к антибиотикам

Специально для “Нью-Йорк тайме”

ВАШИНГТОН. Министерство здравоохранения сегодня сообщило…

Хайнцу Айхенвальду незачем было читать дальше заголовка, чтобы узнать подробности истории, статья о которой разделяла пополам посвященную городским новостям страницу воскресной газеты за 22 марта 1958 года. Ему был прекрасно знаком этот проклятый микроб — особо вредный и устойчивый к медикаментам штамм давно известного злодея — золотистого стафилококка.

Работая во главе отделения детских инфекционных болезней Нью-Йоркской больницы, этот беззаветно преданны' своему делу суровый молодой врач следил за Распростране нием смертельной инфекции с 1955 года, когда вызывающ^ ее штамм был впервые обнаружен в родильных отделениях и детских палатах больниц Калифорнии. Он также понимал почему теперь эта тема попала в заголовки. В начале той же недели под жестким напором СМИ администрация хьюстонской Больницы Джефферсона Дэвиса провела пресс-конференцию, на которой признала, что недавно от стафилококка в этой больнице умерли шестнадцать новорожденных Кроме того, было сообщено, что более половины докторов и медсестер оказались носителями этого опасного штамма Устойчивый к медикаментам микроб, известный медикам как Staphylococcus aureus фагового типа 80/81, не реагировал не только на пенициллин, но и на любые другие антибиотики, имевшиеся в аптеках, в том числе сульфаниламиды, тетрациклин, левомицетин, эритромицин и стрептомицин.

Теперь главный врач Службы здравоохранения США объявлял о кризисе национального масштаба. Все это было Айхенвальду уже известно, как и многое другое. Но он чуть не поперхнулся своим кофе, когда прочитал заключительные строки статьи в “Нью-Йорк тайме”:

У НАС ВСПЫШКИ НЕТ

Официальные представители органов здравоохранения и больниц Нью-Йорка сообщили вчера, что у нас не наблюдается никаких признаков вспышки этой инфекции. Доктор Моррис А. Джейкобс, представитель комиссии по больницам, заявил вчера вечером, что уверен в эффективности стерилизации и автоклавирования (стерилизации под давлением), используемых в наших больницах. Стерилизация как мера предосторожности против этого стафилококка особенно важна в связи с его устойчивостью к антибиотикам.

Что ж, Моррис, по крайней мере, не наврал в отношении последнего, подумал Айхенвальд, который прекрасно — нал. Что в Нью-Йоркской больнице в настоящее время ^ла борьба с чудовищной вспышкой, хотя администрация (Не спешила заявлять об этом, боясь отпугнуть пациентов. Да и в какой больнице поступили бы иначе?

В течение предыдущего года Айхенвальд работал по двенадцать часов в сутки, бегая из детской палаты в отделение педиатрии и обратно: из первой выписывали здоровых новорожденных, а последнее наполнялось больными детьми чуть более старшего возраста. Тогда-то он и заподозрил, в чем дело. Некоторых из поступавших младенцев привозили посиневших от недостатка кислорода, тяжело дышавших, им наполняли воздухом заполненные жидкостью зараженные легкие. Другие, покрасневшие и пылающие от жара, лишались сознания, когда стафилококк проникал в их жизненно важные органы.

В то самое время Айхенвальду стали активно звонить семейные врачи, многие из которых просто сходили с ума от неспособности остановить у своих пациентов развитие ужасной стафилодермии — разновидности кожного стафилококкового заболевания. Во многих семьях эта отвратительная кожная болезнь передавалась от новорожденных их родителям, а также братьям и сестрам, прогрессируя и образуя открытые язвы и уродливые желтые нарывы, у некоторых кормящих матерей в молочных протоках развивались такие обширные гнойники, что когда инфекция наконец проходила, грудь у них резко опадала. Старомодные промывание и дренирование ран не позволяли избавиться от инфекции, равно как сульфаниламиды и антибиотики, которые еще несколько лет назад так легко уничтожали стафилококков.

К тому времени, как всплыла хьюстонская история, Айхенвальд выяснил, что один из источников этой инфекции был у него в больнице. “У нас была скрытая эпидемия, — говорит он, полвека спустя вспоминая свое отчаяние. — Скрытая потому, что младенцы казались совершенно здоровыми, когда их выписывали из палаты новорожде ных и отправляли домой”. Айхенвальд участвовал в координации радикальных мер, с помощью которых врачи пытались остановить нарастающую вспышку. Санитары и медсестры заливали едкими химикатами полы и рабочие поверхности больницы. Устанавливались ультрафиолетовые лампы, убивающие микробов. Администрация требовала от всех врачей соблюдать более строгие меры предосторожности при пользовании перчатками и спецодеждой. Но ничто, казалось, не могло замедлить распространение смертоносного штамма. В отчаянии руководство больницы попыталось давать младенцам антибиотики в течение часа после рождения. “Если это и имело какой-то эффект, он состоял в том, что они заражались еще быстрее”, — вспоминает Айхенвальд. Администрация приказала проверить всех сотрудников на наличие штамма 80/81, отправляя на больничный каждого, кто оказывался носителем. “Больница, где врачей и сестер заставляют сидеть дома, получая полную зарплату? Это дает представление о том, насколько все было серьезно”, — добавляет Айхенвальд.

И все же эпидемия продолжала разрастаться. Айхенвальд начал работать с медсестрой-эпидемиологом, единственная функция которой состояла в том, чтобы следить за здоровьем выписанных из больницы новорожденных. Она обзванивала родителей и доброжелательно интересовалась, стараясь ничем их не напугать: “Просто проверяем, как здоровье ребенка… Хорошо питается?.. Выглядит нормально? Какие-нибудь проблемы?” Большинство выписанных младенцев оставались здоровыми. Но у некоторых развивались тяжелые формы стафилодермии, глазных инфекций или воспаления легких. Кроме того, родители сообщали, как инфекция передавалась от одного члена семьи другому за месяцы или даже годы. Одна семья в итоге покинула собственный дом. Другие родители развелись, не выдержав тяжелого испытания.

В то же время Айхенвальд и его коллеги знали, что почти каждый человек порой оказывается носителем того или иного штамма золотистого стафилококка. Примерно каждый четвертый из нас предоставляет этому стафилококку постоянное жилье. В большинстве случаев микроб остается сосредоточенным в наиболее благоприятной для него среде слизистой оболочки носовой полости и не вызывает никаких неприятностей. Но золотистый стафилококк всегда был оппортунистом наихудшего пошиба, склонным больше всех остальных населяющих наш организм микробов при первой удобной возможности вторгаться в другие его части и в массе размножаться там. Именно этот микроб вызывал нарывы, которые Иов соскабливал со своего тела черепицей. И именно им были образованы те кремовые колонии, которые росли в чашках Петри у Александра Флеминга в 1928 году, когда он случайно сделал свое знаменитое теперь открытие бактерицидного эффекта плесени пеницилла.

Опасный и устойчивый к медикаментам штамм 80/81, расплодившийся в больницах в начале пятидесятых, отличался особенно отвратительной склонностью пользоваться малейшей брешью в нормальных защитных механизмах человеческого организма. Младенческие прыщи и опрелости служили ему воротами в кровоток, через который эта бактерия была способна заселять другие органы, в том числе мозговые оболочки. Не менее опасной могла оказаться подхваченная младенцем первая простуда, дающая штамму 80/81 возможность размножаться в легких, где он вызывал необычайно тяжелое воспаление, нередко быстро приводящее к смертельному исходу.

Хотя своей патогенностью штамм 80/81 и не был обязан антибиотикам, они помогли ускорить его распространение. Внедрение этих чудесных лекарств в госпиталях и больницах в конце Второй мировой войны привело к тому что в микробном мире в небывалом масштабе заработала эволюционная сила, уничтожающая неустойчивых к медикаментам конкурентов. Тем самым антибиотики способствовали успеху любого штамма или вида, наделенного врожденной способностью противостоять их действию. Штамм 8о /81, вызвавший первую пандемию таких супермикробов, оказался неуязвимым для любых видов оружия из современного арсенала антибиотиков и заставил специалистов по инфекционным болезням во всем мире заняться поиском иных решений этой проблемы.

В Нью-йоркской больнице Айхенвальд и специалист по инфекционным заболеваниям Генри Шайнфилд придумали и разработали не всеми одобренную программу, предполагавшую преднамеренное введение в носовую полость и остаток пуповины новорожденного сравнительно безвредного штамма другого стафилококка, прежде чем туда успевал проникнуть штамм 80/81. Шайнфилд нашел этот защитный штамм (названный 502А) в носовой полости медсестры, работавшей с новорожденными в Нью-йоркской больнице. Подобно Тифозной Мэри, только с благотворным эффектом, сестра Ласки заражала стафилококком множество новорожденных, за которыми она ухаживала. В результате ее младенцы отличались здоровьем, в то время как младенцы, о которых заботились другие сестры, заболевали. После того как при участии Шайнфилда эпидемию в Нью-йоркской больнице удалось остановить, вместе с несколькими коллегами он стал ездить по стране, с помощью штамма 502А помогая бороться с аналогичными вспышками в других больницах. Айхенвальд остался в Нью-Йоркской больнице, откуда он посылал флаконы со штаммом 502А по всему миру.

Сегодня лишь немногие их тех, кому нет пятидесяти, то, какое всемирное бедствие вызывал в свое время устойчивый к медикаментам стафилококковый штамм 80/81, говорит Айхенвальд, ушедший в 2005 году на пенсию должности заведующего отделением педиатрии Юго-западного медицинского центра Техасского университета, речь идет о нескольких из тех немногих лет минувшего столетия, в течение которых младенческая смертность в США не снижалась, а повышалась”. Но применение штамма 502А, вспоминает Айхенвальд, неизменно останавливало вспышки инфекции во всех больницах. “Я не могу утверждать и знаю, что Генри тоже не утверждает, что именно штамм 502А позволил справиться со штаммом 80/81”, — говорит дйхенвальд. Но он не связывает избавление от этой инфекции и с тем антибиотиком, который многие провозглашали чудодейственным средством, избавившим человечество от штамма 80/81 и обещавшим навсегда решить проблему устойчивости микробов к медикаментам.

Конец бактериальным инфекциям?

Начиная с i960 года компания Beecham, гигант британской фармацевтики, и американская фирма Bristol-Myers выпустили в продажу метициллин — сперва в Европе, а затем и в США. Этот долгожданный препарат попал в заголовки газетных статей еще в 1959 году, когда врачи с помощью его экспериментальной дозы спасли жизнь актрисе Элизабет Тейлор, которая во время съемок фильма “Клеопатра” заболела пневмонией, вызванной стафилококковым штаммом 80/81. Метициллин, первый синтетический антибиотик был получен химиками из компаний Beecham и Bristol путем внесения небольшого изменения в структуру молекулы пенициллина — добавления химического “шипа” к ее бета-лактамному кольцу. Это изменение сделало антибиотик неуязвимым для деактивирующих ферментов, вырабатываемых устойчивыми к пенициллину микробами. На основе метициллина, препарата для инъекций, используемого преимущественно в больницах, были разработаны несколько устойчивых к желудочному соку препаратов для приема внутрь, таких как оксациллин, нашедший широкое применение за пределами больничных стен.

Но прошло меньше года с начала применения антибиотиков метициллиновой группы, и врачи стали сталкиваться со штаммами, устойчивыми к этим препаратам. И хотя подобные средства и оказались действенными против штамма 80/81, на самом деле на момент внедрения в медицинскую практику метициллина этот высокопатогенный штамм был уже на пути к исчезновению. “Не то чтобы такие микробы действительно вымирали, — поясняет Айхенвальд, — они просто исчезают на какое-то время, а затем возвращаются в более устойчивой форме”. К 1964 году европейские больницы начали сообщать о массовых вспышках инфекций, вызываемых устойчивым к метициллину золотистым стафилококком — MRSA (meticillin- resistant Staphylococcus aureus), штаммы которого вскоре стали всплывать и в медицинских учреждениях других континентов. Для многих специалистов по медицинской микробиологии быстрый ответ бактерий на разработанный в лабораторных условиях антибиотик положил конец мечтам о “волшебной пуле”, которая позволила бы покончить с бактериальными заболеваниями. Новой парадигмой стала концепция бесконечной гонки вооружений между медициной и миром микробов. Как говорила Черная Королева из “Алисы в Зазеркалье”: “Ну, а здесь, знаешь ли, приходится бежать со всех ног, чтобы только остаться на том же месте!”

Фармацевтическая промышленность взялась за решение проблемы, сформулированной Черной Королевой, и добилась впечатляющих результатов. Шестидесятые и семидесятые годы ознаменовались дебютом нескольких совершенно новых классов антибиотиков, показавших сябя действенными средствами против широкого спектра бактерий по обе стороны разделяющей бактериальное царство границы между грамположительными и грамотрицательными. Клиндамицины, фторхинолоны и цефалоспорины стали поистине “большими пушками”, из которых можно было расстреливать едва ли не любые инфекции, не разбирая, по кому стреляешь. Они позволяли спасать жизнь в критических ситуациях, например когда у врача- реаниматолога просто не было времени на анализы, которые позволили бы установить, какой именно микроорганизм убивает пациента. Но стремящаяся сократить расходы администрация больниц и перегруженные работой врачи вскоре сообразили, что такие универсальные антибиотики позволяют им экономить на дорогостоящих и отнимающих много времени мерах по определению возбудителей заболеваний даже тогда, когда времени на это хватало. Исходя из принципа “в любом случае не повредит”, хирурги тоже стали давать своим пациентам перед операцией антибиотики широкого спектра действия и предписывали им принимать такие антибиотики в течение ряда дней после операции, чтобы застраховаться от любых возможных инфекций. За пределами больниц врачи-терапевты тоже оценили эти средства за их удобство и эффективность. “С антибиотиками широкого спектра действия терапевты чувствовали больше уверенности в своем лечении, — вспоминает Айхенвальд. — Они думали: “Не знаю точно, что это за микроб. Надо бы воспользоваться каким-нибудь средством, убивающим все на свете”. И фармацевтическая промышленность всячески поощряла такой подход рекламой, смысл которой сводился к лозунгу “Лучше перестраховаться!”.

Но у всего этого удобства была и темная сторона. Беспорядочная стрельба по бактериям антибиотиками широкого спектра действия приводит к гибели не только возбудителя, по которому стреляют, но и триллионов других населяющих наш организм бактерий, от потенциальных источников неприятностей, таких как стафилококки, до представителей защитной и другой полезной микрофлоры. В результате эти препараты проводили отбор на устойчивость среди широкого круга бактерий, для которых человеческий организм — как дом родной. На осознание последствий этого отбора ушло не одно десятилетие. Но уже к восьмидесятым годам стало ясно: “беговая дорожка Черной Королевы” ускоряется, и фармацевтическая промышленность перестает за ней поспевать.

Микроскопические брачные игры

Горькая очевидность того, что бактерии могут эволюционировать, и эволюционировать быстро, пришла уже вскоре после начала применения первых бактерицидных препаратов — сульфаниламидов в тридцатые годы, а затем пенициллина в сороковые. Всего через пару лет после внедрения каждого нового средства появлялись устойчивые к нему штаммы болезнетворных микробов. Стоило им появиться, как их устойчивость, казалось, быстро передавалась и бактериям других разновидностей. Иногда врачи сталкивались с инфекциями, борьба с которыми требовала все более высоких доз и продолжительных курсов лечения тем же антибиотиком. В других случаях им приходилось иметь дело с внезапным появлением коварного микроба, обладающего полной устойчивостью.

Ученые были озадачены. Может быть, бактерии спорны постепенно вырабатывать устойчивость к антибиозам, подобно тому как человек постепенно приспосабливается, скажем, к большим высотам над уровнем моря или к острой пище? Другое возможное объяснение состояло в том, что в пределах любой колонии бактерий могли найтись один или два носителя удачной мутации, которая позволяла им выдерживать химическую атаку антибиотика. После того как лекарственный препарат убивал всех восприимчивых бактерий, оставшиеся в живых мутанты получали шанс размножиться и занять их место, порождая новый штамм из своих клонов, устойчивых к данному препарату.

В 1951 году супруги Джошуа и Эстер Ледерберги, микробиологи из Висконсинского университета, продемонстрировали изящное и простое доказательство того, что именно имеющиеся изначально мутации, а не постепенно вырабатываемая невосприимчивость, лежат в основе множества случаев приобретения бактериями устойчивости к новым препаратам. Ледерберги обнаружили, что, используя лоскутки бархата, закрепленные на деревяшках размером с чашку Петри, можно одновременно брать сотни крошечных бактериальных колоний из одной заполненной бактериями чашки и переносить их ровно в том же положении на ряд других чашек, содержащих какой-либо антибиотик, например стрептомицин. Если устойчивость вырабатывалась благодаря мутации, изначально имевшейся у немногих бактерий в исходной чашке, то новые колонии должны были во всех чашках со средой, приправленной антибиотиком, возникать ровно на том же месте. Именно это Ледербергам и удалось пронаблюдать: как оказалось, устойчивостью к стрептомицину изначально обладали одна-две клетки на каждый миллион или десяток миллионов. Это означало, что каждый новый антибиотик становится мощным новым фактором бактериальной эволюции, отсеивая всех бактерий, кроме тех, ничем иным не примечательных, кто оказывался способен противостоять его действию. Избавившись тем самым от конкурентов, удачливые мутанты могли расселяться на их месте, тут же порождая новую, устойчивую к антибиотику колонию.

Эта новость стала для медиков источником ложного ощущения безопасности. Если мутации могут дать устойчивость к антибиотикам не более чем одной бактерии на десять миллионов, решение проблемы должно быть простым: нужно всего лишь наносить микробам двойные удары, применяя два разных средства одновременно. Шанс, что у бактерии обнаружится устойчивость к обоим средствам, казался ничтожно малым: один на десять миллионов раз по десять миллионов, то есть на сто триллионов. Беда была в том, что бактерий, судя по всему, не убедили эти расчеты. Устойчивость ко многим антибиотикам начала проявляться в больницах и кабинетах врачей уже в конце сороковых и начале пятидесятых. В некоторых случаях такая устойчивость, похоже, вырабатывалась последовательно, то есть в составе штамма, уже устойчивого к одному антибиотику, выделялся подштамм, устойчивый также и к другому. Однако, как ни странно, некоторые врачи сообщали и о том, что они сталкивались с бактериями, которые внезапно превращались из вполне восприимчивых к стандартным средствам в абсолютно устойчивых ко множеству бактерицидных препаратов. Большинство специалистов отвергали эти сообщения как необоснованные.

Хотя в то время никто этого еще не осознавал, предшествующие работы Ледербергов уже указывали на множество причудливых трюков, к которым могут прибегать “простые” бактерии в ходе эволюции для преодоления любых преград, стоящих на их пути. Для начала еще в 1946 году юный Джо Ледерберг, которому шел тогда двадцать второй год, поразил научный мир сообщением, что у бактерий бывает половая жизнь• Это утверждение казалось диким, учитывая что бактерии определенно лишены тех сложных клеточных структур, которые позволяют более крупным и сложнее устроенным организмам сортировать и разделять свои гены по половинчатым наборам, содержащимся в сперматозоидах и яйцеклетках. Было общеизвестно, что бактерии размножаются простым делением надвое, при котором каждой “дочерней” клетке достается точная копия генов “материнской”. Этот примитивный способ воспроизводства дает единственной бактерии возможность размножаться быстро и в геометрической прогрессии, порождая несколько миллионов потомков за несколько часов и до миллиарда в течение суток.

Существование полового процесса у бактерий было доказано Ледербергом с помощью набора мутантов кишечной палочки. Каждый из этих мутантов был лишен способности синтезировать одно или несколько жизненно важных веществ. Поэтому такие мутанты могли размножаться только на питательных средах, содержащих тот витамин или аминокислоту, которой они были не способны обеспечить себя сами. Но, смешивая в разных сочетаниях таких частично неполноценных мутантов, Ледерберг получил полноценное “потомство”, то есть бактерий, способных самостоятельно производить все нужные им для жизни вещества и успешно расти на питательной среде без каких-либо добавок. Неполноценным мутантам удалось каким-то образом объединить свои генетические активы. У организмов, видимых невооруженным глазом, от червей до человека, родители объединяют свои гены в потомстве путем слияния сперматозоида и яйцеклетки. Что собой представляет “половой акт” у бактерий, этого не знал тогда и сам Джошуа Ледерберг.

Два года спустя Эстер Ледерберг удалось приблизиться к ответу на вопрос, как проходит половая жизнь бактерий. Работая с новым набором мутантов кишечной палочки с измененными пищевыми потребностями, она обнаружила, что они внезапно утрачивали свою “половую функцию”. Будучи генетиком, Эстер понимала: исчезновение какого-либо признака часто можно использовать как ключ для поисков гена, который в норме обеспечивает существование этого признака. За несколько лет ей, ее мужу и их итальянскому коллеге Луиджи Кавалли удалось обнаружить некоторый “фактор фертильности”. Он находился в колечке из генов, плавающем внутри бактериальной клетки отдельно от ее главной хромосомы. Джошуа Ледерберг назвал такие колечки дополнительных генов плазмидами. Функция находящегося на такой плазмиде гена фертильности, или Г-фактора, состоит в том, чтобы вызывать образование пилей — своего рода бактериальных пенисов, вырастающих на наружной мембране клетки, формируя мостики, по которым она может передавать другой бактерии всю плазмиду вместе с содержащимся в ней дополнительным генетическим материалом. Получив этот подарок от клетки-донора, клетка-реципиент сама становится фертильной — то есть способной выстраивать половые мостики и делиться с другими клетками генами, в том числе генами устойчивости к антибиотикам.

Примерно в то же время Эстер получила первые данные, позволившие найти у бактерий еще один способ обмена генами. Она открыла бактериофага лямбда — заражающего бактерий вируса, или “фага”, который годами мог оставаться в бездействии в клетках кишечных палочек некоторых штаммов, выращиваемых в ее лаборатории. Время от времени фаг лямбда выскакивал из главной хромосомы зараженной бактерии и нападал на другие бактериальные клетки. Иногда это приводило к их гибели, но в других случаях бактериофаг успешно внедрялся в их хромосому и вместе с ней в бездействии передавался следующим поколениям. Вскоре после этого третий сотрудник лаборатории Ледербергов, двадцатидвухлетний Нортон Зиндер, показал, что бактериофаги, такие как фаг лямбда, замешаны в контрабанде генов. А именно, он показал, что когда бактериофаг вырезается из бактериальной хромосомы, он может случайно забрать кусок этой хромосомы с собой. Чтобы продемонстрировать, что при этом, по его мнению, происходило, Зиндер заражал колонии устойчивой к некоторому антибиотику сальмонеллы, а затем смешивал их в чашке Петри с незараженными и восприимчивыми к этому антибиотику штаммами. В ходе этих операций ему удалось отловить бактериофагов, подхвативших гены устойчивости и передающих эти гены в рабочем состоянии следующей порции заражаемых бактерий. Каждая из таких бактерий, если ей удавалось пережить инфекцию, сразу становилась устойчивой к антибиотику.

Зиндер назвал такую транспортировку генов трансдукцией, чтобы не путать ее с трансформацией — еще одним способом, позволяющим бактериям подхватывать новые признаки. Остававшийся неясным феномен трансформации был открыт еще в 1928 году в ходе эксперимента, проведенного Фредериком Гриффитом, сотрудником британского Министерства здравоохранения. Изучая эпидемию особо тяжелой формы пневмонии, Гриффит начал сравнивать разные штаммы пневмококка и искать отличия между ними. Наряду с другими отличительными признаками у самого смертоносного штамма имелась гладкая капсула, позволявшая пневмококкам выскальзывать из лап иммунной системы зараженного организма. Однажды Гриффит заразил своих подопытных мышей одновременно живым, но безвредным штаммом пневмококка и порцией убитых клеток смертоносного штамма. Очень скоро эти мыши погибли.

Исследуя их кровь под микроскопом, Гриффит обнаружил, что потомки некогда безвредных мутантов были одеты в капсулы. Он еще раз повторил свой эксперимент, чтобы убедиться, что мыши не заразились живыми высокопатогенными бактериями случайно. Нет, дело было не в этом. Прежде безвредные голые пневмококки каким-то образом подхватили способность образовывать капсулы от разрушенных клеток своих мертвых родственников.

В начале сороковых годов Освальд Эвери, Колин Маклауд и Маклин Маккарти из Рокфеллеровского института установили, что исследованные Гриффитом пневмококки подбирали в окружающей среде обрывки молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) патогенного штамма. Тем самым эти ученые получили первые убедительные свидетельства того, что именно из ДНК и состоят гены.

В 1952 году, когда были опубликованы данные об открытиях, сделанных в лаборатории Ледербергов, стало ясно, что бактерии используют целый ряд способов, позволяющих им подхватывать новые признаки. Они могут подбирать гены из окружающей среды, обмениваться ими в ходе конъюгации или получать их вместе с встраивающимися в бактериальную хромосому вирусами16. Теперь нам известен и еще один, четвертый путь работающего у бактерий “генетического такси” — так называемые прыгающие гены, или транспозоны, открытые в сороковых годах генетиком Барбарой Мак-Клинток. Транспозон по сути представляет собой какой-либо ген или группу генов с расположенными по краям “вставочными последовательностями” — отрезками ДНК, периодически вырезающимися из одной хромосомы и вставляющимися в другую вместе с расположенными между ними генами.

В клетках растений и животных (содержащих много хромосом в расположенном в центре клетки ядре) транспозоны просто перемешивают гены, при этом время от времени случайно включая их или выключая. У бактерий же транспозон способен переносить гены из главной хромоты в плазмиду, вместе с которой они могут поставляться другими бактериями. Некоторые транспозоны даже содержат гены независимой транспортировки. Стоит им выскочить из главной хромосомы, как они вызывают образование конъюгационного мостика, по которому транспозон передает в другую клетку копию самого себя.

Бактериальный сверхорганизм

Нет никаких оснований предполагать, что это антибиотики дали бактериям средства, позволяющие им обмениваться генами. В образцах бактерий, взятых у пациентов в начале двадцатых годов прошлого века, были обнаружены плазмиды, бактериофаги и транспозоны — все в наилучшем виде и готовые к переносу. Но те же сохраненные медиками образцы свидетельствуют и о том, что гены устойчивости к антибиотикам были редкостью или вообще не встречались у бактерий, вызывавших инфекционные заболевания в начале XX века.

В пятидесятые годы микробиологи еще не осознавали, насколько активно бактерии обмениваются генами, но последствия такого обмена ярко проявлялись в стенах медицинских учреждений всего мира. В 1959 году в больницах Японии были отмечены вспышки устойчивой ко многим антибиотикам формы дизентерии. Вызывавшие эти вспышки бактерии — шигеллы — не поддавались действию четырех различных классов некогда эффективных антибиотиков: сульфаниламидов, стрептомицинов, левомицетинов и тетрациклинов. Как ни странно, шигеллы, выделенные из стула пациентов до начала лечения антибиотиками, обычно оказывались, судя по результатам анализов, вполне чувствительными к препаратам всех четырех классов. Но применение препарата любого из этих классов каким-то образом делало микробов абсолютно устойчивыми ко всем четырем. Все это выглядело совершенно неправдоподобным, пока одна из исследовательских групп не обратилась к образцам стула, взятым у пациентов до начала лечения. Наряду с представителями нормальной кишечной микрофлоры исследователи обнаружили штаммы кишечной палочки, устойчивые к препаратам всех четырех классов. Не могли ли кишечные палочки каким-то образом передавать свою устойчивость ко многим антибиотикам намного более опасным шигеллам? Как выяснилось, именно это и происходило. Более того, японские исследователи установили, что передавать устойчивость ко многим антибиотикам от кишечных палочек шигеллам и обратно довольно просто: достаточно смешивать устойчивую и чувствительную культуры в одной пробирке.

Англоязычные микробиологи узнали эту новость в 1961 году. В майском номере широко читаемого издания Journal of Bacteriology Цутому Ватанабэ и Тосио Фукасава из Университета Кэйо в Токио не только изложили открытия своих коллег, но и сообщили о фантастических результатах собственных исследований. Им удалось отследить передачу как плазмид, так и бактериофагов, несущих гены устойчивости к антибиотикам, между четырьмя разными видами бактерий: кишечной палочкой (Escherichia coli), шигеллой дизентерии (Shigella dysenteriae) и двумя видами сальмонелл (Salmonella typhimurium и S. enteritidis). Последние два вида относятся к числу самых обычных возбудителей пищевых отравлений. Более того, Ватанабэ и Фукасава установили, что время, требующееся на то, чтобы передать гены устойчивости ко многим антибиотикам в пробирке, составляло в среднем около пятнадцати минут. При этом время прохождения зараженной инородными бактериями пищи по территории кишечной палочки в человеческом кишечнике составляет не один час, то есть его более чем достаточно, чтобы бактерии успели сблизиться друг с другом и поделиться несколькими трюками.

Микробиологам, читавшим эту статью, пришлось усваивать изложенные в ней открытия шаг за шагом. Во-первых, они должны были принять, что бактерии могут накапливать гены устойчивости к антибиотикам как нити бисера, заплетаемые в “фенечку”. Во-вторых, оказалось, что любой антибиотик может вызывать распространение устойчивости не только к себе самому, но и к ряду других препаратов, если несколько генов устойчивости очутились на одной плазмиде или внутри одного бактериофага. При этом, в сущности, антибиотик может способствовать распространению любого гена, сколь угодно опасного или благотворного, если он оказался сцеплен с геном устойчивости. Но, быть может, самым глубоким откровением стало то, что японские ученые показали преодолимость барьеров, разделяющих разные виды бактерий. Хотя сальмонеллы, шигеллы и кишечная палочка и относятся к одному семейству, обмен генами между ними означает пересечение границ даже не между видами, а между родами. Это был первый явный признак того, что бесконтрольный обмен генами, по сути, превратил все царство бактерий в один огромный сверхорганизм, объединенный фундаментальным стремлением к выживанию.

Опасность, которой пренебрегли

Хотя новость об обмене генами между бактериями и привлекла внимание микробиологов, практикующие врачи не придали ей особого значения. Призрак непреодолимой устойчивости к антибиотикам казался дальней угрозой, принимая во внимание представлявшийся нескончаемым запас новых антибиотиков, которые делались все эффективнее. Но вскоре канал поступления новых антибиотиков начал пересыхать. В восьмидесятых годах специалисты по фармацевтике осознали, что у них заканчиваются новые биохимические мишени для противомикробных средств. Следующее десятилетие ознаменовалось беспрецедентным ростом высокоустойчивых нозокомиальных (то есть внутрибольничных) инфекций. Помимо обычных источников неприятностей (таких как стафилококки), среди возбудителей этих инфекций были устойчивые к антибиотикам штаммы нормальной микрофлоры, редко вызывавшие проблемы до наступления эры антибиотиков. Важнейшими из этих “хороших микробов, ставших плохими”, были энтерококки — семейство шарообразных бактерий, известных как одни из самых невинных, а также самых распространенных микроорганизмов, живущих в кишечнике человека. В былые времена энтерококки не вызывали развития инфекции даже в тех случаях, когда попадали в открытые раны.

Предрасположенность энтерококков к вредоносности, проявившаяся под влиянием антибиотиков, была связана с двумя их неотъемлемыми свойствами. Во-первых, они от природы хорошо переносят жизнь вне организма- хозяина и могут оставаться в живых на открытом воздухе в течение нескольких часов. Кроме того, они способны переносить низкие и даже средние дозы вредных химических веществ, таких как дезинфицирующие средства и антибиотики. К восьмидесятым годам два вида из числа самых устойчивых — Enterococcus faecatis и Е. faecium — стали настоящим бедствием отделений реанимации, где через капельницы, мочевые катетеры и трубки для искусственной вентиляции легких они попадали в кровоток и внутренние ткани самых ослабленных пациентов, с нарушенной иммунной системой.

Вначале врачи полагали, что пациенты заражались энтерококками из собственного кишечника. Но вскоре стало ясно, что в больницах плодились свои, особые штаммы энтерококковых “супермикробов”. Пропитанная антибиотиками больничная среда способствовала выработке устойчивости, а неидеальные санитарные условия — формированию суперустойчивых штаммов, способных много дней, недель, а возможно и месяцев оставаться в живых на поверхностях спинок кроватей и столешниц и на таких предметах, как стетоскопы, телефоны и пейджеры, которыми пользовались врачи и медсестры, переходя от пациента к пациенту.

Хуже того, энтерококки продемонстрировали умение подхватывать вредоносные гены от других больничных бактерий. Они не только накапливали десятки генов устойчивости к антибиотикам, но и приобрели последовательности ДНК, отвечающие за выработку разрушающих человеческие клетки токсинов (так называемых гемолизинов и адгезинов) — химических когтей, позволивших энтерококкам забраться в такие ранее недоступные для них территории, как мочевые пути и мочевой пузырь. В результате выведенные в больницах энтерококки стали одним из главных хранилищ опасных генов, которые, в свою очередь, передавались другим бактериям, таким как синегнойная палочка (Pseudomonas aeruginosa) и кишечная палочка. Потомки обычных, безвредных бактерий, вредоносные штаммы этих микробов вошли в число основных возбудителей внутрибольничных инфекций. К середине девяностых годов смертность американцев от таких инфекций оценивалась в восемьдесят восемь тысяч в год, что приблизительно соответствует одной смерти каждые шесть минут — больше, чем от дорожно-транспортных происшествий и убийств вместе взятых.

Тревожнее всего было то, что больничные энтерококки подхватили пять генов, которые вместе давали полную устойчивость к ванкомицину — антибиотику, применявшемуся в качестве последнего средства, когда ничто другое не помогало. Препараты на основе ванкомицина, разработанные еще в 1956 году, долгое время почти не использовались из-за их токсичности и плохой усвояемости. Ванкомицин мог вызывать такие побочные эффекты, как почечная недостаточность и потеря слуха, а вводить его нужно было только внутривенно. Но в восьмидесятые годы получили распространение внутрибольничные штаммы стафилококков, устойчивые ко всем другим препаратам. С 1984 по 1994 год общее количество ванкомицина, используемого в больницах США, увеличилось более чем в пять раз: с 2 до 11 тонн.

Хотя все эти тонны ванкомицина были пущены в ход для подавления внутрибольничных штаммов устойчивого к метициллину золотистого стафилококка (MR5A), побочным эффектом их применения стало распространение микроба, обозначаемого другим пугающим сокращением — VRE. Дебют устойчивого к ванкомицину энтерококка (vancomycin-resistant enterococcus) состоялся в больницах США в 1988 году. Не прошло и пяти лет, как его стали находить уже едва ли не у каждого десятого госпитализированного пациента и у большинства пациентов, которым в течение нескольких дней или больше вводили ванкомицин. К счастью, штаммы VRE оказались по своей природе безвредными, пока они оставались в кишечнике пациента. Но всеобщую тревогу вызывала возможность появления демонического потомства от связи, в которую VRE и MRSA могли вступить в чьем-нибудь организме. Новоявленные штаммы VRSA (vancomycin-resistant Staphylococcus aureus) были потенциальными возбудителями совершенно неостановимых воспалений легких, заражений крови, менингитов и ряда других заболеваний.

Исследователям уже было известно, что энтерококк в принципе способен передавать золотистому стафилококку свои гены устойчивости к ванкомицину. Такой обмен генами уже удавалось проводить в лабораторных условиях. Им также было известно, что стафилококки иногда перемешиваются с энтерококками в кишечнике, куда стафилококк попадает вместе с проглоченными слизистыми выделениями носовой полости. И все же девяностые годы подходили к концу, а никаких признаков VRSA по-прежнему не удавалось обнаружить, и многие надеялись, что какой-то неведомый фактор несовместимости вообще не позволяет пугающему спариванию между этими микробами происходить иначе как в пробирке.

Затем, в июне 2002 года, VR5A был наконец обнаружен в мазке, взятом из катетера для диализа, который вводили сорокалетней пациентке-диабетику в штате Мичиган. В течение предыдущего года врачи неоднократно прописывали ей лечение ванкомицином, вначале для борьбы с хроническими язвами стопы, а в последний раз — чтобы спасти от угрожающего жизни заражения крови штаммом MRSA. Зараженный VR5A катетер был извлечен, и место, куда его вводили, благополучно зажило. Но через неделю VRSA был обнаружен вновь, на этот раз в инфицированной язве стопы, из которой он легко мог проникнуть в кровоток пациентки. Однако фортуна снова улыбнулась: лабораторные анализы показали, что высокоустойчивый ко всем остальным антибиотикам штамм оказался восприимчивым к сульфаниламидному препарату тридцатилетней давности — триметроприм-сульфаметоксазолу (или бактриму). Два других, более подробно отслеженных случая обнаружения штаммов VRSA последовали в 2004 году, оба в штате Нью-Йорк. Неприятно было то, что один из этих штаммов поначалу не удалось выявить с помощью стандартных лабораторных анализов, а значит, VRSA вполне мог оказаться более распространенным микробом, чем все полагали.

В промежутке между этими событиями Управление пищевых продуктов и медикаментов в ускоренном порядке одобрило к применению линезолид — первый антибиотик из нового класса оксазолидинонов. Как и многие более ранние антибиотики, оксазолидиноны подавляли способность бактериальной клетки синтезировать белки. Но новые антибиотики делали это новым, потенциально более эффективным способом: вместо того чтобы блокировать процесс синтеза на каком-то из его промежуточных этапов, линезолид препятствовал сборке самого клеточного аппарата для синтеза белков.

Производившая новый препарат фармацевтическая компания (Pfizer) в очередной раз объявила свое лекарство “волшебной пулей”, к которой невозможно выработать устойчивость. Управление пищевых продуктов и медикаментов США проявило больше осторожности, предписав использовать линезолид лишь для лечения сложных случаев внутрибольничных инфекций, возбудители которых предположительно или достоверно устойчивы к стандартным препаратам (мера, несомненно уменьшившая прибыль компании Pfizer от реализации данного средства). Несмотря на это, устойчивые штаммы микробов были обнаружены меньше чем через год после внедрения линезолида в медицинскую практику. На сей раз устойчивость возникла не сразу, как бывает при обмене плазмидами. Она вырабатывалась за недели и месяцы в организмах пациентов, которым был прописан продолжительный курс лечения линезолидом. Врачи реагировали на это, прописывая линезолид все в более высоких дозах, и так продолжалось до тех пор, пока препарат совсем не перестал работать.

Генетические исследования устойчивых к линезолиду штаммов стафилококков и энтерококков впоследствии показали, что устойчивость к этому антибиотику дает любая и3 дюжины различных мутаций. Хуже того, такие мутанты сами по себе оказались исключительно приспособленными микробами. К 2005 году они были уже широко распространены, хотя и в небольшом количестве, в медицинских учреждениях всего мира и обнаруживались даже у пациентов, никогда не принимавших линезолид. За полвека, прошедшие со времен внедрения пенициллина, ускоряющийся ход выработки микроорганизмами устойчивости к антибиотикам поставил под угрозу наши ранние завоевания и превратил борьбу с микробами в своего рода марафон, в котором наши соперники стали заметно вырываться вперед.

Старые привычки, новые открытия

“Болеть в больнице может быть очень опасно”, — говорит специалист по инфекционным заболеваниям Кёртис Донски. Опрятный, застегнутый на все пуговицы уроженец Среднего Запада, он заявляет это без малейшего намека на иронию, сидя в своем кабинете в Медицинском центре Стоукса Управления по делам ветеранов в Кливленде. В 1991 году, сразу по окончании медицинской школы, проходя резидентуру в Больнице Мириам Брауновского университета, он вступил в борьбу с одной из первых вспышек инфекций, вызываемых устойчивыми к ванкомицину энтерококками. В 1995 году он начал работать в Кливленде, в Кейсовском западном университете, получив грант на исследование генов, стоящих за устойчивостью штаммов VRE ко многим антибиотикам одновременно.

Еще на заре своей медицинской карьеры дотошный Донски продемонстрировал мастерство в трудоемкой лабораторной работе вроде той, что требуется для анализа генов устойчивости и отслеживания их распространения.

Однако в более широком плане он интересовался прежде всего запутанным вопросом о механизмах, позволяющих этим кишечным супермикробам так легко перескакивать от одного пациента к другому в стенах больницы. Клетки VRE могли передаваться через зараженные инструменты и руки, но сотрудники больниц сами заражались редко, как и те, с кем они контактировали за пределами медицинских учреждений.

“Картина, которую мы наблюдали, была совсем непроста, — говорит Донски. — Устойчивые к ванкомицину микробы обнаруживались отнюдь не только у пациентов, принимавших ванкомицин. Пациенты, получавшие другие, неродственные ванкомицину антибиотики, тоже были склонны подхватывать VRE". Донски стал исследовать эту проблему, как он это называет, “с экологической точки зрения”, сосредоточившись на изучении штаммов VRE в их естественной среде обитания, а именно в кишечнике, особенно при приеме антибиотиков.

В своей исследовательской лаборатории в больнице Управления по делам ветеранов Донски давал антибиотики мышам в режиме последовательности циклов из препаратов разных классов. Через несколько дней после начала любого такого цикла он впрыскивал каждой мыши порцию питьевой воды, содержащей клетки VRE. Вскоре проявилась отчетливая закономерность: микробы поселялись в организмах мышей, получавших такие антибиотики, как клинда- мицин и метронидазол, известные своей эффективностью средства против анаэробных, то живущих в бескислородной среде, бактерий — а именно такие и преобладают в кишечнике здорового организма. Когда же Донски давал мышам антибиотики, не оказывающие существенного влияния на кишечную микрофлору (цефепим, азтреонам и другие), мыши быстро избавлялись от микробов, которых им скармливали.

Результаты, полученные Донски, отчетливо коррелировали с данными медицинских карточек пациентов его больницы. “Именно в организмах тех из них, кто получал антибиотики, вредные для нормальной кишечной микрофлоры, и поселялись внутрибольничные болезнетворные микробы, в частности клебсиеллы, клостридии и VRE. Продолжив изучение медицинских записей, Донски обнаружил, что если пациент подхватывал VRE, то продолжение курса антибиотика, действующего на анаэробных бактерий, приводило к поразительному всплеску численности устойчивого к антибиотику энтерококка. В течение нескольких дней концентрация VRE в стуле пациента могла возрастать в сотни тысяч раз! Такие исключительные концентрации, по сути, гарантировали попадание VRE из стула пациента на расположенные в его палате предметы: микробы случайно переносились прикосновениями и движениями на другие части тела, халаты и белье, кнопки вызова, спинки кроватей, посуду, поверхности столов и так далее. Столь широкое распространение инфекции существенно увеличивало вероятность попадания бактерий в кровоток пациента через катетер или капельницу и одновременно способствовало передаче VRE другим пациентам через руки врачей, медсестер и санитаров.

Обнадеживало в полученных Донски данных то, что когда врачи переводили пациента на антибиотики, не столь вредные для кишечной микрофлоры, нормальные кишечные бактерии быстро восстанавливали свою численность и подавляли VRE, так что вскоре эти микробы оставались в кишечнике лишь в следовых количествах. Частота заражений крови при этом сокращалась, как и частота передачи VRE от пациента к пациенту. Когда в конце 2000 года Донски опубликовал результаты своего исследования в New England Journal of Medicine, этим он, по сути, обеспечил себе повышение на, быть может, неблагодарную должность начальника инфекционного контроля — конечно, почетную, но требующую от него постоянно давить на врачей, добиваясь от них избавления от закоренелых и опасных привычек.

Например, в 2001 году, подготовив обзор практики прописывания медикаментов, Донски обнаружил, что многие врачи, имеющие степень доктора медицины, не только без необходимости выбирали вредные для кишечной микрофлоры антибиотики, но и вообще прибегали к антибиотикам в случаях, когда в этом не было никакой нужды. Проблема была даже не в том, что врачи по ошибке прописывали антибиотики при вирусных, то есть небактериальных, инфекциях. Некоторые из них использовали антибиотики, пытаясь предотвратить возможные бактериальные инфекции, а многие другие держали пациентов на антибиотиках намного дольше, чем это было необходимо.

“Это выглядело так, будто, однажды прописав пациенту антибиотики, они уже неохотно решались на прекращение их приема”, — говорит Донски. Но Донски знал, что использование антибиотиков в качестве заграждения от инфекции дает противоположный эффект. Обсчитав имеющиеся данные, он продемонстрировал: каждый день, проведенный пациентом на антибиотиках, существенно повышает риск подхватить VRE или другую устойчивую к ним внутрибольничную инфекцию. Им было показано, что госпитализированных пациентов в целом лечили антибиотиками почти на треть времени дольше, чем это было оправданно. При этом Донски говорит, что если данные его отчета за 2001 год и неточны, то лишь в сторону недооценки проблемы, потому что оттуда исключены пациенты отделений интенсивной терапии, где врачи вынуждены принимать относительно антибиотиков решения, от которых может зависеть жизнь, и нет времени выяснять, нужно их применять или нет.

Но и сегодня слишком много врачей, несмотря на выслушиваемые в течение нескольких десятилетий лекции о вреде неоправданного использования антибиотиков, по-прежнему не видят в этих лекарствах ничего, кроме пользы, и исходят из принципа “в любом случае не повредит”, с досадой говорит Донски. “Они знают, что в долговременной перспективе злоупотребление антибиотиками может способствовать выработке устойчивости, но непосредственной угрозы такого злоупотребления по-прежнему не осознают”. Микроб, который наконец открыл глаза многим врачам, попал в газетные заголовки в декабре 2005 года, когда были опубликованы данные об общенациональной эпидемии высокоустойчивого к антибиотикам и смертоносного штамма клостридии Clostridium difficile.

Врачам и фармацевтам с начала семидесятых годов известно, что С. difficile — самый обычный возбудитель поносов, развивающихся после применения антибиотиков. Этот микроб стал источником неприятностей после внедрения антибиотиков широкого спектра действия, таких как клин- домицин. Как выяснилось, наделенные естественной устойчивостью к антибиотикам похожие на барабанные палочки споры С. difficile всегда были широко распространены в природе. Любой из нас время от времени проглатывает некоторое количество таких спор. С. difficile не вызывает никаких неприятностей — за исключением случаев, когда сплоченное естественное сообщество кишечных микроорганизмов оказывается нарушено антибиотиками, что позволяет этой бактерии вторгаться на чужую территорию. С. difficile обычно переживает период приема антибиотиков в состоянии спор, а затем, когда прием прекращается, выходит из спор и в массе плодится, опережая нормальных обитателей толстой кишки, пытающихся вновь занять свое место. В конце концов естественная микрофлора обычно побеждает, изгоняя С. difficile из кишечника после нескольких дней расстройства. Но если ей это не удается, то вызывающие понос токсины С. difficile могут привести к развитию острого колита, или воспаления кишечника.

К восьмидесятым годам споры С. difficile стали в особенно больших количествах встречаться в больницах, отчасти потому, что эти споры нередко выдерживают даже воздействие промышленных чистящих средств. В результате от 20 до 40 % госпитализированных пациентов подхватывали этих микробов во время пребывания в больнице — почти всегда после прохождения курса антибиотиков. И все же, за исключением редких случаев, заражение ими не вызывало ничего хуже поноса. Но затем появилась новая форма С. difficile.

В конце девяностых годов пациенты в больницах начали умирать от острого колита, вызываемого штаммом С. difficile, у которого лишился тормозов механизм синтеза токсинов. Этот новый штамм производил в двадцать раз больше яда, приводящего к воспалению толстой кишки, отчего в некоторых случаях в ней возникали смертоносные прободения, через которые кишечные бактерии в массе попадали в брюшную полость и в кровоток. Кроме того, этот штамм подхватил гены активного сопротивления широко используемым антибиотикам фторхинолонам. Это означало, что он мог начать бурно размножаться в кишечном тракте сразу, как только человек начинал принимать один из таких антибиотиков, а не сохраняться в покоящихся спорах, дожидаясь момента, когда из пищеварительной системы выйдет антибиотик.

Первые отмеченные медиками вспышки заболевания произошли в Канаде в 2003 году, когда этот гиперпатогенный штамм за шесть месяцев привел к гибели сотни с лишним пациентов в больницах Квебека. Многие из его жертв легли в больницу ради обычного обследования. В следующем году число погибших в Квебеке достигло внушительной отметки в две тысячи, и аналогичные вспышки были отмечены в Великобритании. Британские таблоиды бушевали, печатая статьи под заголовками вроде “Операция на ногте едва не стоила мне жизни” или “В страшной смерти мамы винят больницу”.

Тем временем в США, в Центрах по контролю и профилактике заболеваний (ЦКЗ), возникли подозрения, что американские больницы уже столкнулись со сходными проблемами, но поскольку в США нет ни национализированной системы здравоохранения, ни федеральных законов, требующих сообщать о заболеваниях, ЦКЗ не располагали четкими критериями для оценки ситуации. Кёртис Донски из Кейсовского западного университета вспоминает, как однажды летом 2005 года купил кливлендскую газету и прочитал в ней заголовки, по-прежнему трубившие о “канадском больничном супермикробе”, но ни словом не упоминавшие о критической ситуации, развивавшейся в больницах самого Кливленда. “Мы знали, что многие здешние больницы столкнулись с той же проблемой, — говорит Донски, вспоминая обсуждения этой ситуации с коллегами, — но не могли сослаться ни на что, кроме слухов. Никаких достоверных данных. И никто ничего не предпринимает”.

Единственный возможный способ получить хоть какую-то оценку происходящего в США состоял в том, чтобы проанализировать данные о выписке пациентов из больниц за многие годы. Эпидемиолог из ЦКЗ Клиффорд Макдоналд руководил этим геркулесовым трудом, результаты которого стали известны в конце 2005 года. Выяснилось, что за последние пять лет смертность от колитов в американских больницах возросла с менее чем 2 % до 17 %36. Не случайно, что за тот же период врачи стали более чем вдвое чаще диагностировать у пациентов заражение С. difficile.

В то самое время, когда эпидемиологи из ЦКЗ анализировали больничные документы, специалист по инфекционным заболеваниям Дейл Гердинг из чикагского Университета Лойолы пытался найти первоисточник нового гиперпатогенного штамма. Исследуя образцы С. difficile взятые у разных пациентов за последние двадцать пять лет, он обнаружил самых ранних представителей этого штамма в культуре, полученной в 1984 году. Этот образец был взят у пациента одной из больниц на Среднем Западе США. Дальнейшее расследование показало, что данный штамм С. difficile не только зародился в Соединенных Штатах, но и вызвал в американских больницах масштабные вспышки, о которых не сообщалось, за годы до появления подобных вспышек в Канаде и Великобритании. Первая такая вспышка началась в январе 2000 года в Медицинском центре Питсбургского университета. За следующие пятнадцать месяцев у 253 пациентов этого центра развилась острая инфекция. Восемнадцать из них умерли от вызванного ею прободения толстой кишки. Другие двадцать шесть выписались из больницы с искусственными калоприемниками, оставив свои толстые кишки в операционной, где их пришлось без промедления удалить, чтобы спасти людям жизнь. “Мы совершенно не представляли себе, что происходит”, — оправдывался перед журналистами начальник инфекционного контроля Медцентра Питтсбургского университета в 2005 году, когда он наконец сообщил об этой вспышке.

Ситуация при этом продолжала ухудшаться. В декабре 2005 года ЦКЗ обнародовали целый ворох только что поступивших сообщений о прежде здоровых детях и взрослых, попадавших в больницы уже зараженными этим гиперпатогенным микробом. Хотя в ЦКЗ и приветствовали готовность руководства больниц незамедлительно сообщить об этом, посути такие сообщения были аналогичны известию о том, что конюшня не заперта, после того как несколько сбегавших лошадей забрели обратно. Новая разновидность С. difficile теперь поражала не только госпитализированных пациентов: она распространилась на широкие круги населения и, судя по всему, продолжала распространяться. В первоначальном заявлении, обнародованном ЦКЗ, описывались двадцать три подобных случая, причем жертвами инфекции становились пациенты в возрасте от шести до семидесяти двух лет, в том числе две беременные женщины, одна из которых должна была родить двойняшек, но у нее случился выкидыш, после чего она умерла.

Подобно тому как стафилококки, устойчивые ко многим препаратам одновременно, открыли людям горькую правду, что антибиотики вырабатывают у микробов устойчивость, С. difficile, быть может, наконец убедит врачей в том, как опасно убивать в организме “хороших” микробов заодно с “плохими”, говорит Донски. “Никто не требует вообще прекратить применение антибиотиков, — подчеркивает он. — Но применять их, как и большинство медикаментов, нужно с осторожностью, стараясь свести к минимуму тот вред, который они приносят”.

Из больниц в окружающую среду

В 2003 году сезон гриппа в Северной Америке начался рано: первые случаи заболевания были отмечены уже осенью. Ко Дню благодарения врачи начали сталкиваться с воспалениями легких, которые нередко развиваются как осложнения при гриппе. Самые тяжелые случаи были, как всегда, связаны с вторичными бактериальными инфекциями в пораженных вирусом гриппа легких. Большинство подобных инфекций удавалось довольно быстро вылечить такими стандартными антибиотиками, как амоксициллин, или такими пушками большего калибра, как азитромицин или цефалексин. Врачи понимали, что некоторых пациентов из числа самых ослабленных, пожилых или страдающих иммунными расстройствами спасти не удастся. Но вскоре начали умирать даже молодые, сильные люди.

Джон Соломон Фрэнсис, тридцатитрехлетний специалист по инфекционным заболеваниям, уроженец нью- йоркского района Куинс, столкнулся с одними из первых жертв этой атипичной пневмонии. Крепко сложенный, ростом шесть футов четыре дюйма, Фрэнсис обычно сглаживал впечатление от своей внушительной внешности широкой улыбкой, обнажающей редко посаженные зубы. Но в тот день в конце ноября 2003 года, когда он стоял у постели молодой женщины тридцати одного года, лежавшей без сознания в отделении реанимации балтиморского Медицинского центра Джонса Хопкинса в Бейвью, с лица его не сходила горькая гримаса. Пока грудь женщины поднималась и опускалась под сипение аппарата для искусственной вентиляции легких, Фрэнсис открыл ее карточку и стал просматривать записи, сделанные при приеме в больницу. Предшествующих госпитализаций не было. Другими болезнями не страдает. Несколько часов назад она пришла в отделение неотложной помощи в сопровождении подруги — точнее, ее почти что внесли. Оформлявшая прием сестра отметила одышку, кашель и гемоптизис, то есть кровохарканье. Прежде чем потерять сознание, женщина сказала, что заразилась гриппом на прошлой неделе от кого-то из друзей и чувствовала себя так отвратительно, что семейный врач прописал ей антибиотик — азитромицин.

Этого должно было оказаться более чем достаточно, чтобы остановить любую бактериальную инфекцию, думал Фрэнсис. Но у пациентки явно была бактериальная пневмония в тяжелой форме. Теперь его задача как консультант-инфекциониста по вызову состояла в том, чтобы посоветовать работавшим с этой женщиной врачам, к какому лечению им прибегнуть. Ожидая худшего, он посоветовал ввести ей внутривенно коктейль из ванкомицина, гатифлоксацина и меропенема. Это было, может быть, и перегибом, но не было времени ждать, пока вырастут лабораторные культуры, чтобы определить, что именно убивает эту молодую женщину.

Вернув карточку на ее место в ногах кровати, Фрэнсис спустился по лестнице на этаж ниже, где радиолог обрабатывал полученные с помощью компьютерного томографа изображения грудной клетки пациентки. Фрэнсис увидел на них зияющие дыры, некоторые в квадратный дюйм размером, пронизывавшие пространство, занятое у здорового человека гладкой легочной тканью. Радиолог обратил его внимание на затемнения, указывающие на то, что эти дыры представляют собой абсцессы, заполненные кровью и гноем. Плотный белый ореол, окружающий легкие, говорил о том, что и плевра, то есть выстилка грудной полости, тоже заполнена жидкостью.

“Если бы она кололась наркотиками, я бы предположил, что у нее эндокардит”, — подумал Фрэнсис, вспомнив случаи, когда бактерии попадали в кровоток через грязную иглу, заражая сердце, а оттуда распространялись на легкие. По дороге обратно в отделение реанимации Фрэнсис встретил родителей пациентки и задал им необходимый неприятный вопрос. Но они ответили, что ни о какой наркомании и речи быть не может. Она только курила, это да, но немного — сигарет шесть в день. На следующее утро загадка осложнилась тем, что в культурах, полученных из образцов крови и мокроты пациентки, был обнаружен устойчивый к метициллину золотистый стафилококк, известный как проклятье больниц, но редко приносимый пациентами в больницу извне. Еще удивительнее было другое, хотя новость была уже хорошей: этот микроб оказался восприимчивым к нескольким антибиотикам, которые редко помогают против внутрибольничных штаммов MRSA.

Со вторым случаем тяжелейшего воспаления легких Фрэнсис столкнулся несколько дней спустя. На сей раз пациентом был прежде здоровый пятидесятидвухлетний мужчина, у которого тоже подозревали недавно перенесенный грипп. Врач-пульмонолог, позвонивший Фрэнсису поздно вечером, сказал ему, что немедленно ехать в больницу нет необходимости. Пациенту начнут внутривенно вводить ту же троицу антибиотиков, которую вводили молодой женщине. Но утром, когда Фрэнсис первым делом заехал в больницу, пациент был уже мертв. Только что поступившие результаты лабораторных анализов выявили у него в крови MRSA того же частично устойчивого к антибиотикам типа, что и у женщины, по-прежнему подключенной к аппаратуре для поддержания жизнедеятельности в конце того же коридора.

Вечером Фрэнсис описал эти два случая своему начальнику — Эрику Нюрембергеру. На следующее утро Нюремергер дал Фрэнсису прочитать статью, которая недавно встретилась ему в одном журнале, посвященную вспышке смертельной стафилококковой пневмонии среди детей и взрослых во Франции. Французские исследователи связывали эту инфекцию с агрессивным новым штаммом стафилококка, несущим гены некротизирующего (то есть убивающего ткани) токсина — лейкоцидина Пантона — Валентайна, названного так в честь его первооткрывателей и за свою способность пробивать дыры в борющихся с инфекцией клетках иммунной системы — лейкоцитах, белых кровяных тельцах. Как и сотрудники Медцентра Джонса Хопкинса, французские медики подтверждали, то у подавляющего большинства пациентов смертельной инфекции предшествовал грипп или какое-то похожее заболевание. В заключительном разделе своей статьи они сравнивали быструю и страшную смерть пациентов с тем, что наблюдалось в 1918 году во время пандемии испанского гриппа. Фрэнсис вспомнил одно из классических описаний этой болезни, которое он читал в годы обучения в медициной школе:

По мере того, как их легкие наполнялись , у пациентов развивалась одышка и усиливалась синюшность. После нескольких часов затрудненного дыхания у них начинались бред и недержание, и многие умирали, пытаясь освободить дыхательные пути от кровавой пены, которая иногда хлестала у них из носа и изо рта. Это было ужасно, действительно ужасно. Вирус гриппа, распространившийся осенью того года (штамм из китайской провинции Фуцзянь, который мало чем отличался от панамского гриппа, отмечавшегося годом раньше), был не хуже большинства других. Но едва пациентку Фрэнсиса успели отключить от аппаратуры для поддержания жизнедеятельности, как в Медцентр Джонса Хопкинса поступили еще две жертвы гриппа, обе женщины: одна двадцати, другая тридцати трех лет. Обе они лежали без сознания в реанимации, когда вернулись с анализов гемокультуры, показавшие наличие у них MRSA, и обе страдали от той же терзающей легкие пневмонии, которую Фрэнсис уже наблюдал в двух предыдущих случаях. Хуже того, в течение нескольких дней инфекция вызвала у них тяжелый сепсис (заражение крови), и бурная, но неэффективная реакция иммунной системы привела к усиленному свертыванию крови. В результате у обеих женщин начались множественные кровоизлияния, нарушилось кровоснабжение конечностей. Пальцы на руках и ногах почернели. Введение препаратов, препятствующих свертыванию крови, позволило спасти пальцы рук, но двадцатилетней пациентке пришлось ампутировать левую ногу ниже колена. Тридцатитрехлетняя потеряла обе ноги. Тем временем первая пациентка Фрэнсиса смогла вернуться домой на Рождество, проведя четыре недели в реанимации.

В тот период Нюрембергер и Фрэнсис днем и ночью без выходных работали в исследовательской лаборатории медцентра, проверяя выделенные из организмов четырех пациентов культуры стафилококков на наличие гена лейкоцидина Пантона — Валентайна. Он обнаружился во всех четырех культурах. Дальнейшее генетическое профилирование показало, что штамм во всех четырех случаях был один и тот же. Когда Фрэнсис связался с ЦКЗ, он узнал, что Медцентр Джонса Хопкинса был далеко не единственной больницей, столкнувшейся с этой проблемой. Сообщения о пневмонии, вызываемой похожими высокопатогенными и устойчивыми к антибиотикам стафилококками, понемногу поступали со всей страны. Ее жертвами в большинстве случаев оказывались прежде здоровые дети и молодые взрослые, всегда только что перенесшие респираторную вирусную инфекцию, что-то вроде гриппа.

Хотя эти жертвы MRSA и попали в итоге в больницы, где некоторые из них умерли, все они подхватили стафилококка за пределами больничных стен. Всего несколькими годами раньше эпидемиологи из ЦКЗ скептически относились к поступавшим сообщениям о внебольничной пневмонии, вызываемой MRSA. “Мы допустили тогда ошибку, исходя из того, что эти первые сообщения на самом деле касались MRSA, каким-то невыявленным образом связанного с больничной средой”, — признаёт сотрудник ЦКЗ Джеффри Хагеман.

Самые первые известия об этой инфекции поступили из чикагской Детской больницы Уайлера, где в 1996 году консультантка по инфекционным болезням Бетси Херольд столкнулась со случаями, когда дети, ничем другим не болевшие, попадали в отделение неотложной помощи с зараженными MRSA костями, мягкими тканями и кровью. Она попросила научную сотрудницу Лилли Иммерглюк изучить лабораторные данные, касающиеся устойчивости к антибиотикам всех стафилококковых инфекций, с которыми в больнице имели дело за последние три года. Лилли обнаружила пятьдесят два случая заражения MRSA, тридцать пять из них — у прежде здоровых детей. Бактерии, которыми были заражены все тридцать пять маленьких пациентов, отличались той же атипичной схемой устойчивости и восприимчивости к антибиотикам, которую отметила в 1996 году Бетси Херольд. Для сравнения Лилли Иммерглюк изучила данные той же больницы за годы с 1988-го по 1990-й. Она обнаружила всего десять случаев, вызванных этим характерным штаммом, который впоследствии стал известен как community-acquired (внебольничный) MRSA.

Самым тревожным было то обстоятельство, что заболеваемость внебольничным MRSA в Детской больницеУайлера выросла с 1990 по 1995 год с ю на каждые 100 000 госпитализируемых детей до 250 с лишним. Когда в 1998 году данные, полученные Бетси Херольд, были опубликованы в Journal of the American Medical Association, те, кто воспринял их всерьез (преимущественно — другие врачи с чикагского Южного берега), сделали вывод: среди городского населения Чикаго распространился одичавший штамм внутрибольничного стафилококка, утративший несколько генов устойчивости в городских кварталах, не так пропитанных антибиотиками, как внутрибольничная среда.

Затем, в 1999 году, сотрудники государственных эпидемиологических служб в Северной Дакоте и Миннесоте сообщили о смерти четырех детей от тяжелой инфекции, вызываемой MRSA: семилетней афроамериканской девочки, попавшей в детскую больницу в центре Миннеаполиса с мучительными болями, вызванными заражением бедра; семнадцатимесячного младенца с температурой, подскочившей до 40,5° с, родители которого поспешно доставили его в клинику Индейской службы здравоохранения, расположенную неподалеку от их резервации в Северной Дакоте; тринадцатилетней девочки из сельской местности штата Миннесота, у которой MRSA быстро распространился из легких на оболочки головного мозга; и недавно начавшего ходить ребенка из Северной Дакоты, который умер меньше чем за сутки, несмотря на то что врачи из отделения неотложной помощи сразу заподозрили MRSA и начали лечение ванкомицином. Во всех четырех случаях устойчивым к антибиотикам стафилококком заражались прежде здоровые дети, у которых не отмечалось никаких контактов с такими обычными источниками MRSA, как больницы или дома престарелых. Хотя многие и продолжали списывать смерть этих пациентов на случайность, подобные происшествия убедили ряд медиков заняться изучением необычных заболеваний такого рода, имевших место в их собственных районах.

В Хьюстоне педиатр Шелдон Каплан из Техасской детской больницы отметил возрастающую частоту поступления детей с зараженными MRSA легкими, костями, суставами, мягкими тканями или кровью. “Когда я сообщал об этих случаях, все говорили, что они должны быть как-то связаны с внутрибольничными инфекциями, переданными, например, во время визита в дом престарелых или в результате контакта с родственником, работающим в больнице”. Но чем больше Каплан изучал подобных юных пациентов, тем больше он убеждался, что они не были жертвами случайно переданного им внутрибольничного микроба.

“Во-первых, обнаруженный у них MRSA обладал другим профилем устойчивости, чем наши внутрибольничные штамм, — говорит он. Устойчивые к метициллину стафилококки, поступавшие в Техасскую детскую больницу извне, оказались устойчивыми к антибиотикам из семейства пенициллина и метициллина, но при этом к мало чему другому. Однако эти штаммы с лихвой компенсировали недостаток устойчивости к антибиотикам исключительной патогенностью. Какие-то особенности новых микробов позволяли им вызывать намного более серьезные, активно распространяющиеся заболевания, чем вызывали какие-либо другие штаммы стафилококков, с которыми доводилось сталкиваться Каплану и его коллегам.

Как некогда Бетси Херольд, Каплан поручил своим сотрудникам-постдокам определить типы штаммов по лабораторным культурам возбудителей всех стафилококковых инфекций, попадавших в больницу извне. Карлос Сэттлер и Эдвард Мейсон установили, что за февраль, первый месяц этой работы, с MRSA было связано уже больше трети внебольничных стафилококковых инфекций, отмеченных в Техасской детской больнице. Прошло всего несколько месяцев, и инфекции, вызываемые MRSA, стали встречаться у хьюстонских детей даже чаще, чем вызываемые “нормальными”, то есть восприимчивыми к метициллину, стафилококками.

Тем временем по всей стране начали распространяться вспышки “плотоядных” кожных инфекций среди членов спортивных команд и среди других групп населения, для которых характерны близкие физические контакты: заключенных, обитателей ночлежек, гомосексуалистов и детей дошкольного возраста. Самая известная из этих вспышек произошла в сезон игры в американский футбол 2003 года, когда болезнь поразила полдюжины опытных лайнменов и лайнбекеров из команды “Сент-Луис Рэме”, от которых ею заразились и их противники из команды Сан-Франциско “Форти-Найнерс”. В тот же год лайнбекер Джуниор Сеау и возвращающий Чарли Роджерс из команды “Майами Долфинс” оказались в больнице под капельницей с ванкомицином — инфекция угрожала их конечностям. Кроме них в больницу попали также Кеньятта Уокер из команды “Тампа-Бей Бакканирс” и Бен Тейлор из команды “Кливленд Брауне”, состояние которых потребовало срочной операции.

Генетический анализ, проведенный сотрудниками ЦКЗ, показал, что штамм стафилококка, вызвавший все эти инфекции, обладал довольно скромным “блоком” генов устойчивости, делающим этих микробов невосприимчивыми к антибиотикам из беталактамной группы, таким как пенициллины, метициллины и цефалоспорины, но оставляющим их уязвимыми для многих антибиотиков второго ряда, к которым внутрибольничные штаммы MR5A давно выработали устойчивость. Этот “облегченный набор” генов устойчивости шел в одной упаковке с комплексом генов, повышающих способность микробов распространяться по внутренним тканям и избегать атак со стороны клеток иммунной системы организма, а также их токсичность. Наиболее изученным из этих так называемых факторов патогенности остается лейкоцидин Пантона — Валентайна (PVL). Не исключено, что ген PVL представляет собой просто характерный маркер целого ряда других, еще неоткрытых генов патогенности. Так или иначе, его наличие отчетливо коррелирует со способностью стафилококков вызывать инфекции, приводящие к обширному разрушению тканей и к мощному, но неэффективному иммунному ответу, который усугубляет критическое состояние пациента развитием септического шока — резким падением давления крови, которое может привести к быстрому отказу органов и смерти.

Для некоторых из врачей старшего поколения не стало сюрпризом, когда проведенный недавно анализ культур стафилококкового штамма 80/81 показал, что в этих культурax тоже содержится ген PVL47. Хотя в шестидесятых годах, после внедрения метициллина, и казалось, что этот штамм исчез, в действительности, как и предсказывал Айхенвальд, он продолжал кружить вне досягаемости медицинах радаров, при этом, возможно, делясь своими генами патогенности с другими штаммами. Преобладающий сегодня в Европе и Австралии подтип внутрибольничного MRSA оказался прямым потомком штамма 80/81. В США ген PVL в итоге достался еще более агрессивному штамму стафилококка — USA300 — и его не столь смертоносному родичу USA400. Именно штамм USA400 и дал в 1996 году вспышки в Чикаго и на Среднем Западе. A USA300 был тем штаммом, который убивал пациентов Фрэнсиса, а также убил студента колледжа Рики Ланнетти и по меньшей мере две дюжины других людей во время сезона гриппа 2003–2004 годов. С тех пор этот штамм стал наиболее распространенным возбудителем стафилококковых инфекций, с которыми сталкиваются в отделениях неотложной помощи больниц всей страны, — как неприятнейших кожных заболеваний, так и нередко смертельной стафилококковой пневмонии, с 2003 года сопровождающей каждый сезон гриппа. “Страшно подумать, что случится, когда мы столкнемся с по-настоящему опасным вирусом гриппа, — говорит Джон Соломон Фрэнсис из Медцентра Джонса Хопкинса. — Всякий раз, когда я слышу, как люди тревожатся по поводу пандемии птичьего гриппа, меня пугают именно осложнения, которые может вызвать штамм USA300".

Внутренний накопитель

Для большинства из нас MRSA и С. difficile остаются пугающей, но отдаленной угрозой, которая убивает людей без разбора и которой мы пытаемся избежать с помощью, например, таких волшебных талисманов, как антибактериальные мыла и гели. Но особую тревогу вызывает то обстоятельство что за последние полвека организм обычного человека стал огромным накопителем устойчивых к антибиотикам бактерий. Иногда эти обитающие в нашем теле бактерии могут напрямую вредить нашему здоровью, в частности в тех случаях, когда они случайно попадают в не предназначенное для них место, например при ушных инфекциях у младенцев или при инфекциях мочевых путей у женщин. Но особенно опасен готовый набор генов устойчивости к антибиотикам, которым эти обитатели нашего организма могут делиться со своей намного более опасной родней.

Первые признаки растущей внутренней угрозы появились еще в шестидесятых годах, после сделанного Цутому Ватанабэ открытия, что кишечные бактерии могут обмениваться какими-то загадочными “факторами устойчивости”, которые оказались плазмидами, набитыми генами устойчивости к антибиотикам49. В 1969 году Эллен Мурхаус из Королевской коллегии хирургов Ирландии опубликовала результаты исследования, выявившего устойчивых к антибиотикам бактерий в стуле более 80 из 100 обследованных здоровых дублинских младенцев. Многие из этих микробов оказались неуязвимы для трех или большего числа антибиотиков, которые должны были останавливать их рост или вызывать их гибель. В 1972 году британский бактериолог Карен Линтон сделала следующий шаг в направлении, намеченном неожиданным открытием Эллен Мурхаус, установив, что большинство здоровых жителей Бристоля и его окрестностей были носителями устойчивых к антибиотикам кишечных бактерий, частота встречаемости которых оказалась в среднем выше у детей (67 %), чем у взрослых (46 %), но выше всего — у людей, работающих с сельскохозяйственными животными (79 %). Особую тревогу вызывало, что исследовательница показала способность устойчивых бактерий, выделенных из организмов испытуемых, без труда делиться генами устойчивости с другими бактериями, восприимчивыми к антибиотикам.

Несколько более утешительными были результаты другого исследования, проведенного примерно в то же время в Израиле: микробиолог Давид Сомполинский установил, что хотя курс антибиотиков и вызывал резкий всплеск устойчивости у кишечной микрофлоры пациента, в течение следующих месяцев уровень устойчивости постепенно снижался. А именно после двухнедельного курса тетрациклина и левомицетина более 80 % кишечных бактерий у испытуемых выработали устойчивость к этим антибиотикам, но два месяца спустя доля таких бактерий упала до 10 % — у всех, кроме госпитализированных пациентов, у которых уровень устойчивости микрофлоры по малопонятным причинам оставался высоким даже после окончания курса антибиотиков.

Открытия Сомполинского подкрепили распространенное представление о том, что устойчивых к антибиотикам бактерий неизбежно ослабляет их дополнительный багаж из обеспечивающих устойчивость плазмид. Согласно этой концепции, стоит убрать давление отбора, создаваемое антибиотиками, и устойчивые микробы вскоре уступят место своей восприимчивой к антибиотикам родне. Этих соображений оказалось достаточно, чтобы убедить врачей, работавших в шестидесятые и семидесятые годы, что восприимчивость к антибиотикам всегда можно восстановить, давая пациенту “отдых от лекарств” или просто переводя его на какой-то другой препарат.

Одним из немногих, кого подобные рассуждения не могли успокоить, был молодой врач Стюарт Ливи, недавно окончивший Школу медицины Пенсильванского университета. Он относился к горстке тех практикующих врачей, кто догадывался о последствиях перемешивания генов, на что в то время начали проливать свет специалисты по бактериальной генетике, такие как Ватанабэ, вместе с которым Ливи учился в течение одного семестра в медицинской школе в Токио. В 1977 году, устроившись к тому времени на работу в Университет Тафтса, он начал первое широкомасштабное исследование с целью оценить уровень устойчивости кишечных бактерий на материале нескольких сотен разнообразных испытуемых, среди которых были госпитализированные пациенты и студенты, а также целые семьи из городской и сельской местности нескольких штатов. Результаты этого исследования потрясли даже самого Ливи. Устойчивые к антибиотикам микроорганизмы составляли 50 % или более кишечных бактерий у трети с лишним здоровых испытуемых, из которых никто не принимал антибиотиков уже больше шести месяцев. Ливи рассчитал, что из организма среднего американца ежедневно выходит с экскрементами от ю миллионов до миллиарда устойчивых к антибиотикам кишечных палочек.

“Не могу забыть, в какое разочарование меня повергали конференции по медицинской микробиологии, — вспоминает Ливи три десятка лет спустя. — Люди, перед которыми я выступал, говорили: “Эти факторы устойчивости, может быть, и интересны генетикам, но они не составляют никакой клинической проблемы”. Меня это просто поражало, потому что я понимал, что это лишь надводная часть айсберга”.

Для тех же, кто прислушался к выводам Ливи, его данные стали опровержением идеи о том, что гены устойчивости уничтожаются отбором вскоре после того, как пациент перестает принимать антибиотики. Другие исследователи подтвердили этот тревожный новый вывод. В начале девяностых годов Абигайль Сэльерс из Иллинойсского университета в Урбане и Шампейне начала отслеживать ход распространения целого ряда генов устойчивости, которые ей далось выявить у множества штаммов и видов микроорганизмов из рода Bacteroides — одной из самых массовых групп кишечных бактерий. Сэльерс стремилась выяснить, откуда берутся эти гены и что способствует их распространению. Чтобы ответить на поставленные вопросы, она освоила методы микроархеологии и стала использовать ДНК-зонды для поиска генов устойчивости в замороженных образцах стула, взятых с конца шестидесятых по начало девяностых годов как у здоровых испытуемых, так и у госпитализированных пациентов.

Ей удалось установить, что до семидесятых годов ген устойчивости к тетрациклину tetQ встречался менее чем у четверти представителей рода Bacteroides из исследованных образцов. При этом в образцах, полученных в девяностые годы, уже более 85 % представителей этого рода содержали данный ген независимо от того, был ли образец взят у госпитализированного пациента или у человека, не принимавшего никаких антибиотиков уже не один год. Сходным образом многие штаммы Bacteroides подхватили за прошедшие три десятка лет и три других гена (iermB, ermFи ermG), обеспечивающих устойчивость к более новому антибиотику — эритромицину. Доля таких штаммов возросла с менее 2 % в 1970 году до более 20 % в середине девяностых. Результаты, которые получила Абигайль Сэльерс, явственно свидетельствовали о том, что встречаемость устойчивых к антибиотикам бактерий в нашем организме неуклонно возрастала с каждым десятилетием.

Учитывая, что представители рода Bacteroides составляют не менее четверти кишечной микрофлоры человека, Абигайль Сэльерс понимала, какую угрозу таит постепенное возрастание их устойчивости к двум антибиотикам из числа наиболее часто прописываемых врачами по всему миру. “Эти бактерии сразу станут опасны, стоит им попасть в брюшную полость в результате какой-либо травмы, — говорит она. — Но самая большая опасность состоит в том, что у большинства из нас в организме может содержаться более чем достаточно генов устойчивости, чтобы превратить инфекцию, которая прежде была излечимой, в неизлечимую”. По крайней мере теоретически, представители рода Bacteroides могут делиться своими генами с возбудителями опасных кишечных заболеваний, такими как заражающие пищевые продукты сальмонеллы, шигеллы и кампилобактеры, а также респираторных заболеваний, такими как золотистый стафилококк и пиогенный стрептококк, регулярно проходящие через кишечник, после того как мы проглатываем их вместе со слюной и слизистыми выделениями носовой полости.

Абигайль Сэльерс подсчитала, что такие бактерии, проходя через желудочно-кишечный тракт, проводят от двадцати четырех до сорока восьми часов в контакте с “местными” бактериями. “А этого более чем достаточно, чтобы подцепить что-нибудь интересное в таком клубе для обмена партнерами, как наша толстая кишка, — шутит она. — Иными словами, если использовать другое сравнение, мы превратили свой кишечник в бактериальный аналог сайта eBay. Вместо того чтобы вырабатывать устойчивость к антибиотикам трудным способом (посредством мутаций), можно просто заглянуть туда и приобрести ген, уже созданный какой-нибудь другой бактерией”. Абигайль Сэльерс установила, что время, за которое штамм бактерий из рода Bacteroides может вырезать у себя ген tetQ и передать его другому подобному штамму, составляет всего несколько часов. В последнее время ее исследовательская группа в Иллинойсском университете изучала, насколько широко представители рода Bacteroides способны распространять эти опасные гены и какие условия побуждают их это делать.

Можно сказать, что работать в ее лаборатории значит играть роль свахи, подбирающей порой очень странные пары. Стоя за лабораторным столом, аспирантка Кая Малановска снимает крышку с чашки Петри, чтобы взять оттуда с помощью бактериальной петли порядка полумиллиарда клеток кишечной палочки. Она переносит их в пробирку, содержащую такое же количество клеток Bacteroides фetaiotoomicron, плавающих в крошечной лужице бульона с добавлением антибиотика. Очистив пробирку от кислорода, Кая оставляет оба вида бактерий вместе на целую ночь в уютном тепле лабораторной “кишки” — термостата размером с комнату, в котором поддерживается такая же температура, как в кишечнике здорового человека (37 °C). Для научного руководителя аспирантки не секрет, какой результат она получит через пару дней. “Бактериальный аналог случайных связей позволит двум видам обменяться несколькими генами”, — объясняет Абигайль Сэльерс. Β данном случае в связь вступают два вида, состоящие в очень отдаленном родстве друг с другом, как если бы корова спаривалась с пумой или даже со змеей.

Другое, потребовавшее еще больших усилий открытие ее лаборатории состояло в обнаружении генетических свидетельств того, что грамотрицательные бактерии из рода Bacteroides исходно подхватили некоторые из этих генов устойчивости с противоположной стороны царства бактерий — у таких грамположительных организмов, как образующий споры кишечный микроб Clostridium perfringens и палочковидная почвенная бактерия Bacillus sphaericus. Подобная передача генов — от жестких и тяжеловооруженных грамположительных клеток к Bacteroides thetaiotaomicron с их скользкой капсулой — долгое время считалась маловероятной, если вообще возможной. “Это как если бы броненосец спаривался с кальмаром”, — говорит Абигайль Сэльерс. Или, если точнее отразить степень эволюционного родства, как если бы броненосец скрещивался с секвойей.

Абигайль Сэльерс знает, что антибиотик в пробирке у ее аспирантки не только не сможет убить бактерий, плавающих внутри, но и будет способствовать передаче ДНК между ними. “Если представить себе передачу генов между бактериями как бактериальный аналог случайных связей между незнакомыми людьми, то антибиотики играют здесь роль афродизиака, — говорит она. — Тетрациклин может их как следует завести”. Такая рекация, возможно, связана с одним из многих методов совместного выживания, широко распространенных в мире бактерий. Принцип здесь, по словам исследовательницы, может быть такой: “Я поделюсь с тобой своими генами, если ты поделишься со мной своими”.

Абигайль Сэльерс разделяет обеспокоенность Стюарта Ливи из Университета Тафтса по поводу того, что не только антибиотики, но и многие другие современные антибактериальные продукты могут способствовать распространению устойчивости к лекарственным препаратом за счет этих и других трюков, которыми владеют бактерии. “Ливи указывает на серьезные основания для беспокойства, — говорит она, — поскольку некоторые из этих продуктов могут способствовать отбору мутаций, делающих бактерий устойчивыми не только к самим этим продуктам, но и к некоторым другим антибиотикам”. Особенное беспокойство у Ливи вызывает триклозан — химикат, который особенно часто добавляют в антибактериальные мыла, зубные пасты, ополаскиватели для полости рта и бытовые чистящие средства. В 1998 году сотрудница его лаборатории Лора Макмёрри показала, что триклозан действует скорее как антибиотик, чем как убивающие все подряд вещества для дезинфекции, такие как спирт или гипохлорит натрия. А именно она показала, что триклозан отключает фермент, используемый бактериями для синтеза жиров, причем совсем небольшое изменение ДНК, то есть мутация, позволяет кишечной палочке и многим другим микроорганизмам обходить эту преграду.

Сотрудники лаборатории Ливи с тех пор также показали, что триклозан может запускать механизм, обеспечивающий устойчивость ко многим антибиотикам у кишечной палочки, сальмонелл, шигелл и других кишечных бактерий. Он делает это, заставляя сработать ключевой генетический переключатель — так называемый оперон устойчивости ко многим антибиотикам, или mar (multiple-antibiotic-resistance орегоп). Этот переключатель в свою очередь активирует целый набор из примерно шестидесяти различных генов, помогающих бактерии выжить, в том числе ген так называемого откачивающего насоса, который выводит из бактериальной клетки не только триклозан, но и ряд других антибиотиков. Аналогичный генетический “рвотный рефлекс” запускается, когда эти бактерии сталкиваются с дезинфицирующими средствами, такими как скипидар, или химическими консервантами, такими как хлорид бензалкония и другие четвертичные аммониевые соединения, широко используемые в глазных каплях, аэрозолях для носа и косметике. Следовательно, все эти хозяйственные товары могут способствовать выработке у бактерий устойчивости ко многим антибиотикам, отбирая тех мутантов, у которых трюмный насос для откачивания антибиотиков работает круглосуточно57. Проблему может усугубить то обстоятельство, что триклозан и его близкий химический родственник триклокарбан устойчиво сохраняются в очищенных стоках и за последние двадцать лет стали повсеместно встречаться в грунтовых и подземных водах, а также в пресноводных озерах и реках США.

Стюарт Ливи и Абигайль Сэльерс отнюдь не одиноки в своем стремлении донести до людей данные исследований, показывающие, что за период чуть больше чем пол- века массовое применение антибиотиков и других антибактериальных веществ преобразило экосистемы микробов обитающих внутри нас. Например, исследователи из лон' донского Стоматологического института Истмена недавно установили, что почти у всех младшеклассников в ротовой полости обитают бактерии, устойчивые к тетрациклину, несмотря на то что врачи вообще не прописывают тетрациклин детям младше двенадцати из-за того, что этот антибиотик портит цвет растущих зубов.

Вопрос, ответа на который подобные исследования дать не могут: откуда произошли все эти опасные гены. В редких случаях новая разновидность устойчивости к антибиотикам возникает в результате случайных мутаций. Если повезет, такая мутация оказывается в состоянии изменить биохимическую мишень антибиотика так, что ему больше не за что будет ухватиться в бактериальной клетке. Простая мутация может также подействовать на переключатель, заставляющий откачивающий насос работать сверхурочно. Но сам откачивающий насос представляет собой вполне работоспособный биохимический аппарат, генетический чертеж которого выработался в ходе эволюции за сотни миллионов лет. То же относится и к сложным генам бактериальных ферментов, таких как беталактамаза, которая расщепляет, блокирует или иным способом нейтрализует десятки важных антибиотиков. Ясно, что эти механизмы устойчивости не могли выработаться в ходе эволюции за последние шестьдесят с чем-то лет. Так же ясно, что до внедрения антибиотиков они встречались редко, если вообще встречались, у бактерий, заселяющих или заражающих человеческий организм. Но оказалось, что они всегда были не дальше от нас, чем грязь, которую мы топчем ногами.

Устойчивость хоть лопатой загребай

В распоряжении Джерри Райта, главы Противомикробного исследовательского центра Университета Макмастера в Гамильтоне (провинция Онтарио, Канада), имеется оборудованная по последнему слову техники лаборатория, в которой есть все, что может понадобиться разработчику новых медикаментов, включая стоящий 15 миллионов долларов США аппарат для высокоскоростного скрининга, позволяющий одновременно проверять эффективность действия десятков потенциальных медикаментов на сотни бактериальных мишеней. Однако Райт убедился, что технологии XXI века бледнеют перед лицом изящных механизмов создания антибиотиков, которые можно наблюдать в комке грязи.

“Лучшим умам синтетической химии потребовались годы неимоверных усилий на получение даже в малых количествах таких структурно сложных антибиотиков, как ванкомицин, — объясняет он. — Но многие разновидности бактерий могут делать это с легкостью”. Особый интерес у Райта и его команды из Противомикробного центра вызывают стрептомицеты (Streptomyces) — обширный род почвенных бактерий, давно привлекавших внимание ученых своей способностью образовывать сложные колонии из длинных нитевидных клеток с напоминающими плодоножки стебельками, несущими споры. На определенном этапе эти производящие антибиотики бактерии пополнили наш медицинский арсенал дюжиной с лишним новых классов препаратов, в том числе стрептомицинами, тетрациклинами, неомицинами, эритромицинами и ванкомицинами.

В подземном мире микробов эти биохимические соединения, судя по всему, играют две разные роли. Результаты ряда исследований указывают на то, что при низких концентрациях они работают как сигнальные молекулы позволяя бактериальным клеткам ощущать присутствие других клеток собственного и других видов и реагировать на него. При более высоких концентрациях они могут играть более знакомую нам роль антибиотиков как ядов, оттесняя конкурентов в бесконечной толкотне сложных микробных сообществ, повсеместно, от пустынь нашей планеты до горных вершин, пропитывающих песок и почву.

Райт начал исследования генов стрептомицетов в середине девяностых. Цель исследований состояла как раз в том, чтобы узнать у этих бактерий некоторые трюки, полезные для разработки лекарственных препаратов. Райт и его аспирант Кистофер Маршалл сосредоточились в особенности на одном отрезке хромосомы, принадлежащей бактерии Streptomyces toyocaensis, о котором было известно, что он задействован в синтезе тейкопланина — антибиотика, близкородственного ванкомицину. Результатом этого исследования стал каталог из нескольких десятков генов, в числе которых был и нежданный подарок судьбы — набор генов самосохранения, защищающих клетки S. toyocaensis от их собственного яда.

Райта не удивило, что эти гены устойчивости оказались перемешаны у бактерии с генетическими чертежами аппаратуры для производства яда, позволяя микробу эффективно координировать выработку “противоядия”, не менее важную, чем синтез самого яда. Но чего Райт не ожидал, так это того, что кластер из пяти генов устойчивости, выделенный им и Маршаллом из данного обитателя грязи, казался до ужаса знакомым. Любой микробиолог, работавший с внутрибольничными супермикробами, такими как устойчивые к ванкомицину энтерококки, немедленно узнал бы эти гены: один — чтобы срезать места связывания антибиотика на грамположительной клеточной стенке, еще два — чтобы изготавливать устойчивые к антибиотику детали для заделывания возникающих при этом в стенке щелей, и последняя пара — регуляторные гены, позволяющие включать первые три в случае надобности, когда поблизости объявится ванкомицин или какой-либо из его химических родственников.

Райт и Маршалл воспользовались ДНК-зондами, чтобы выудить те же самые гены устойчивости у других стрептомицетов. Они обнаружили эти гены у выделяющего ванкомицин Streptomyces orientalis, а также у полудюжины других штаммов и видов, производящих химически родственные ванкомицину антибиотики. “Тут-то мы и хлопнули себя по лбу, — говорит Райт. — Если бы мы только провели такой эксперимент пятнадцать лет назад, когда началось широкое применение ванкомицина, мы бы узнали, какой именно механизм устойчивости придет вслед за этим антибиотиком в наши поликлиники и больницы”.

Учитывая повсеместное присутствие стрептомицетов в почве, Райт заинтересовался, что еще можно накопать в подобной грязи. Следующий этап его исследования был, по его словам, смехотворно прост для ученого, имеющего в своем распоряжении новейшую аппаратуру на много миллионов долларов: он был “весь выполнен на оборудовании, доступном и сотню лет назад”. Отправляясь на любую научную конференцию или просто в поход по лесам со своими детьми, он всегда привозил оттуда полиэтиленовый пакет на “молнии”, заполненный почвой, будь то засыпанный листьями лесной суглинок или усеянная окурками земля с клумбы перед конференц-центром. После чего он велел своим студентам и аспирантам проводить скрининг добытых образцов в поисках стрептомицетов и проверять устойчивость этих бактерий к набору из двадцати одного антибиотика разных классов. Студентов и аспирантов он тоже просил, когда те отправлялись домой на каникулы, набивать свои рюкзаки пластиковыми пакетами и привозить эти пакеты обратно с образцами почвы. За следующие два года в его лаборатории скопилась коллекция, где был и суглинок из прерий Саскачевана, и глина с автостоянок Торонто, и удобренная почва из садов на берегах Ниагары, и небольшой кусок Канадских Скалистых гор. Младший брат Райта, работающий полицейским в глуши, на границе Онтарио и Манитобы, прислал ему даже оттаявший образец мерзлой почвы с северного фронтира. “У нас была грязь со всей страны, от Ванкувера до Галифакса”, — говорит Райт.

Студентки Ванесса Д'Коста и Кэтрин Макгран выполнили непростую лабораторную работу по выделению нитевидных спорообразующих стрептомицетов из накопленных образцов почвы. Они получили коллекцию из почти пятисот штаммов и видов, в том числе никогда ранее не выделявшихся. Самый впечатляющий результат состоял в том, что все эти микроорганизмы оказались устойчивыми, причем не только к своим собственным характерным антибиотикам, но и ко многим другим. Все они без исключения могли переваривать, деактивировать, выключать, выводить из клетки или каким-то иным способом нейтрализовать многие антибиотики. В среднем каждый из этих стрептомицетов проявлял устойчивость к семи или восьми антибиотикам, а многие могли устоять против четырнадцати или пятнадцати. В ходе всего исследования была обнаружена устойчивость к каждому из двадцати одного проверенного антибиотика, в число которых входили и такие давние стандартные препараты, как тетрациклин и эритромицин, и такие многообещающие новые лекарства, как синерцид, укротитель VRE, а также тигацил и кубицин, на которые возлагались большие надежды в борьбе с MRSA. Еще удивительнее было то, что многие из исследованных микроорганизмов оказались устойчивыми к целиком и полностью синтетическим антибиотикам, таким как ципрофлоксацин и превозносимые до небес рекламой новые чудо-лекарства телитромицин и линезолид — вещества, не похожие ни на одно соединение, с которым микроорганизмы могли встречаться в природе.

В 2006 году Райт опубликовал полученные его командой результаты в авторитетном журнале Science, в статье, озаглавленной “Выборочное исследование антибиотического резистома. Многие ученые высказывали свое удивление по поводу того, что бактерии оказались способны к нейтрализации более дюжины синтетических и полусинтетических антибиотиков, но Райт говорит, что он ничего другого и не ожидал: “Устойчивость к антибиотикам можно выработать многими разными способами, и среди них немало довольно неспецифичных. Например, откачивающие насосы будут выводить из клетки едва ли не любое подозрительное вещество”. Особенно интересно, что команде Райта встретилось несколько ранее неизвестных механизмов устойчивости. Более половины исследованных бактерий синтезировали новый для науки фермент, расщепляющий как синерцид, так и рифампицин (незаменимое средство для лечения туберкулеза). Другие бактерии оказались способны нейтрализовать телитромицин с помощью невиданного ранее трюка: присоединяя определенный углевод к химическому скелету антибиотика и тем самым лишая его противобактериального эффекта.

Эта публикация вызвала появление заголовков в духе желтой прессы (“В почве полно супермикробов!”) и некоторую панику. Какое уж там осмотрительное использование антибиотиков! А не приносили ли мы факторы устойчивости к ним в наши дома и больницы на подошвах своей обуви? По словам Райта, вовсе нет. “Эти гены едва ли могут перескакивать непосредственно от стрептомицетов к болезнетворным бактериям”, — объясняет он. Во-первых, такие выделяющие антибиотики микроорганизмы, как стрептомицеты держат эти гены “защиты от самоубийства” надежно встроенными в свою главную хромосому. Прежде чем эти гены войдут в состав работающей в бактериальном мире системы обмена, они должны быть выделены и упакованы в мобильные генетические элементы, такие как плазмиды и транспозоны. Во-вторых, хотя гены устойчивости, обнаруженные Райтом у микробов из грязи, и оказались очень близки ко многим подобным генам, обнаруженным у болезнетворных бактерий, небольшие отличия в орфографии ДНК этих генов говорили о том, что свой переход из одной группы микроорганизмов к другой они совершили через посредников.

Всякий раз, когда ген передается от одного микроорганизма другому, в нем, как при игре в испорченный телефон, происходят небольшие изменения, отражающие “ДНК-диалект” каждого нового хозяина. А именно, ДНК любого организма — от бактерии до слона — отличается характерным для него содержанием ГЦ, то есть долей ДНК-букв, образуемых азотистыми основаниями гуанином и цитозином (которые вместе с аденином и тимином и составляют весь ДНК- алфавит). Бактерии рода Streptomyces отличаются одними из самых высоких показателей содержания ГЦ во всем царстве бактерий. Гуанин и цитозин составляют более 70 % всех азотистых оснований в ДНК стрептомицетов, в том числе и в их генах устойчивости. Когда же подобные гены обнаруживаются у таких болезнетворных бактерий, как энтерококки и стафилококки, содержание ГЦ в них оказывается близко к 50 %. При этом содержание ГЦ в “собственных” генах этих болезнетворных организмов еще ниже. И у стафилококков и у энтерококков оно составляет около 37 %. Эти соотношения указывают на то, что данные гены провели какое-то время в промежуточных организмах и содержание в них ГЦ постепенно менялось в направлении показателей, характерных для каждого нового хозяина.

“Ситуация, с которой мы здесь сталкиваемся, напоминает неполноту палеонтологической летописи, — говорит Райт. — У нас есть первое звено: почвенные микроорганизмы с их естественной устойчивостью. И у нас есть победнее звено: устойчивые к ванкомицину больничные интерококки. У них имеются одни и те же гены устойчивости. Но мы знаем, что тот путь, который позволил последним получить гены от первых, включал целый ряд промежуточных звеньев”.

С чего начать поиски этих промежуточных звеньев? Ясно, что активное использование антибиотиков в медицине сыграло здесь немалую роль. Кроме того, их активное использование в сельском хозяйстве, в особенности в корках для сельскохозяйственных животных, могло открыть для этих генов канал, ведущий напрямую на наш обеденный стол.

Что творится на фермах

“ЧУДО-ЛЕКАРСТВО” АУРЕОМИЦИН УСКОРЯЕТ РОСТ НА 50%

Специально для “Нью-Йорк тайме” Филадельфия. Золотистое вещество ауреомицин — спасительное лекарство из группы, известной под названием антибиотиков — оказалось одним из самых действенных среди открытых до сих пор веществ, ускоряющих рост, он дает лучший эффект, чем любой известный витамин.

Химики из фармацевтической компании LederleLaboratories Томас Джукс и Роберт Стокстад сообщили 9 апреля 1950 года о своем случайном открытии “эффектной" новой роли, которую могут играть антибиотики. Они полагали, что это явление “имеет огромные перспективы для выживания человечества в мире сокращающихся ресурсов и растущего народонаселения”. Всего пять фунтов неочищенного антибиотика, добавленные к тонне корма, повышали скорость роста поросят на 50 %. Сходные результаты были получены на цыплятах и телятах, которые благодаря этой добавке росли быстрее, чем когда-либо в истории животноводства.

Способность антибиотиков усиливать рост животных открылась химикам из Lederle в ходе опытов по выделению витамина В12, который уже использовался для стимуляции роста скота, из сточных вод, получаемых при выращивании микроорганизмов для производства антибиотиков. Исследователи добывали этот витамин в чанах с бактерией Streptomyces rimosus — золотистым почвенным микроорганизмом, производящим ауреомицин. К своему удивлению, Джукс и Стокстад обнаружили, что необработанные сточные воды повышают скорость роста животных намного сильнее, чем чистые препараты витамина В12. Результаты добавления в корм чистого ауреомицина оказались еще более впечатляющими. Другой ученый из компании Lederle, Бенджамин Даггар, выделил ауреомицин всего двумя годами раньше и разработал на его основе антибиотик самого широкого в истории спектра действия, позволяющий истреблять более пятидесяти разновидностей болезнетворных микробов — возбудителей известных недугов. И все же, учитывая возможный спрос у американских фермеров, открытие Джукса и Стокстада могло принести компании даже большую прибыль.

Выращивание молоди на антибиотиках не увеличивало размеры взрослых животных. Но, ускоряя рост молодняка, этот метод резко сокращал время (а значит, и стоимость) получения животных, готовых к забою. Кроме того, тенденция ставить производство сельскохозяйственных животных, на поток” делала индивидуальное лечение невыгодным, при стоимости антибиотиков, упавшей до каких-нибудь тридцати — сорока центов за фунт, намного разумнее казалось лечить сразу все стадо, щедро добавляя антибиотики в корм и воду.

На пресс-конференции, где они объявили о своем открытии, Джукс и Стокстад попытались разуверить тех, кто беспокоился о возможном попадании скармливаемых животным антибиотиков на обеденный стол. Они объяснили, что эти вещества будут разлагаться в ходе пищеварения в организме животного. Поступившие в следующем месяце данные с указанием на обратное удостоились лишь краткого упоминания в прессе. Газета “Нью-Йорк тайме” опубликовала где-то в середине колонки “Заметки о науке” следующее сообщение:

У висконсинских сыроваров возникли проблемы с молоком, залитым в чаны для створаживания. Выяснилось, что причина проблем была в том, что коров лечили от мастита (заболевания вымени) пенициллином или ауреомицином. Д-р У.-В. Прайс из Висконсинского университета установил, что эти препараты задерживают рост и мешают работе обычных бактерий, необходимых для производства качественных сыров.

Сегодня, по данным Института здоровья животных (организации, лоббирующей интересы ветеринарной фармацевтики), все поголовье сельскохозяйственных животных США потребляет более 20 миллионов фунтов антибиотиков ежегодно. По оценкам Союза обеспокоенных ученых (отстаивающего интересы потребителей), суммарное число еще выше и достигает почти 25 миллионов фунтов. При этом на лечение и профилактику заболеваний людей в США ежегодно уходит около 3 миллионов фунтов антибиотиков. Члены союза особенно обеспокоены объемом антибиотиков, скармливаемых животным в малых дозах (ниже, чем лечебные) исключительно для стимуляции роста. По их оценкам, на такое нелечебное использование приходится 70 % всех антибиотиков, скармливаемых сельскохозяйственным животным, то есть более 17 миллионов фунтов ежегодно. По подсчетам самих производителей, соотношение несколько иное: от 2 до 3 миллионов фунтов ежегодно для стимуляции роста и почти 20 миллионов фунтов ежегодно на профилактику инфекций в известные периоды повышенного риска (когда поросят и телят отнимают от матери, а также на время транспортировки, объединения и скученности стад) и на предотвращение распространения болезней — когда фермер замечает покашливание у курицы, насморк у теленка или какой-либо еще признак заболевания у отдельной особи. Немногим меньше половины от этого общего количества (около ю миллионов фунтов) приходится на ионофоры и соединения мышьяка — противомикробные препараты, не используемые для лечения и профилактики заболеваний людей. Остальные же 12–14 миллионов фунтов составляют антибиотики из тех же классов, которые принимают люди: тетрациклины, цефалоспорины, фторхинолоны, пенициллины, сульфаниламиды и тому подобные.

За последние тридцать лет многие десятки исследований подтвердили, что подобная постоянная диета из антибиотиков приводит к формированию высокоустойчивой микрофлоры в пищеварительном тракте и на коже животных, а также в воздухе, почве и грунтовых водах на фермах и в их окрестностях. Анализы мяса и яиц, поступающих на продажу в супермаркеты, показывают, что по крайней мере некоторая часть этой устойчивой к антибиотикам микрофлоры оказывается в полиэтиленовых упаковках вместе с мясом, которое мы покупаем, а также внутри яиц

^опадая туда еще до формирования скорлупы). Оттуда дЗже при самой аккуратной готовке немного невидимых микроорганизмов неизбежно попадает на различные поверхности на кухне, а время от времени и на обеденный стол — в непрожаренных котлетах, отбивных или омлете.

Каждый год от 3 до 4 миллионов американцев обращайся к врачам или попадают в больницы с бактериальными пищевыми отравлениями, вызываемыми сальмонеллами и кампилобактерами — самыми обычными возбудителями подобных расстройств. Еще большему числу людей приходится провести один или два неприятных дня поблизости от туалета, пока расстройство не пройдет само собой. Β особо тяжелых случаях, когда бактерии распространяются за пределы кишечника, эффективные антибиотики могут спасти человека от серьезного повреждения органов или смерти и обеспечить полное выздоровление. Но за последние два десятилетия вначале животные, а затем и люди все чаще стали заражаться сальмонеллам и кампилобактерами, устойчивыми ко многим антибиотикам одновременно.

“Сальмонеллы — это само по себе плохо. Но сальмонеллы, устойчивые к антибиотикам, еще хуже”, — говорит эпидемиолог из ЦКЗ Том Чиллер, обеспечивающий связь этого ведомства с Национальной системой мониторинга устойчивости к антибиотикам, организованной совместно Министерством сельского хозяйства США и ветеринарным подразделением Управления пищевых продуктов и медикаментов. Чиллер сообщает, что за девяностые годы частота тяжелых случаев сальмонеллеза, вызываемого бактериями, устойчивыми ко многим антибиотикам, резко подскочила, достигнув пика в 2000 году, когда такие случаи составили около 40 % от всех случаев этого заболевания. С тех пор рост заболеваемости сконцентрировался на самых устойчивых к антибиотикам штаммах, неуязвимых для девяти и более некогда эффективных средств. Причем эти супермикробы оказываются еще опаснее из-за загадочной тенденции к большей инвазивности, повреждению органов и повышенной частоте летальных исходов, даже в тех случаях, когда врачи применяют по-прежнему эффективные антибиотики.

“Самая серьезная проблема, — продолжает Чиллер, — состоит в том, что мы наблюдаем рост устойчивости к нашим главным антибиотикам — к двум основным классам препаратов, которые любой врач станет использовать против этих инфекций”. Один из этих классов — фторхинолоны, такие как ципрофлоксацин, другой — цефалоспорины. Если они не сталкиваются с устойчивостью, ципрофлоксацин и другие “флоксацины” позволяют намного быстрее любых других препаратов справиться с тяжелыми формами сальмонеллеза и заражений кампилобактерами. Однако для лечения детей врачи по умолчанию выбирают цефалоспорины, принимая во внимание токсичность фторхинолонов, особенно для растущих костей, связок и нервной системы.

“Ни одному врачу не пожелаешь столкнуться с такой устойчивостью у пациента, находящегося в критическом состоянии”, — добавляет Чиллер. Призывы принять меры на государственном уровне зазвучали громче в 2003 году, когда результаты мониторинга показали, что устойчивость к ципрофлоксацину у всех кампилобактеров, которыми загрязнены попадающие на полки супермаркетов курятина и яйца, подскочила примерно до 15 %. В итоге в 2005 году Управление пищевых продуктов и медикаментов наложило запрет на использование энрофлоксацина (ветеринарного аналога ципрофлоксацима) на птицеводческих фермах. Эта мера, ставшая первым в истории США запретом на применение в животноводстве ранее разрешенного антибиотика, ознаменовала переломный момент в то разгорающейся, то затухающей кампании против сомнительной практики использования американскими животноводами антибиотиков из тех же семейств, которые активно применяются для лечения и профилактики человеческих заболеваний.

Еще большее беспокойство вызывает подозрение, что огромный объем антибиотиков, скармливаемых сельскохозяйственным животным, поддерживает работу канала, по которому гены устойчивости поступают из их микрофлоры в нашу. Приходится предположить, говорит Чиллер, что на каждую сальмонеллу или кампилобактера, 0 т которых кто-то заболевает, приходятся сотни миллионов в норме безвредных бактерий, таких как энтерококки или энтеробактеры, постоянно поступающих с животноводческих ферм к нам в тарелки. “Им не обязательно вызывать у нас заболевания, чтобы обмениваться у нас в кишечнике генами с другими бактериями”.

Но хотя логика и косвенные доказательства и подтверждают реальность этого сценария, животноводы и представители фармацевтической промышленности с давних пор подчеркивают, что никому ни разу не удалось достоверно отследить передачу генов устойчивости от бактерии из коровы, курицы или свиньи возбудителю человеческих заболеваний иначе как в искусственных условиях лабораторной пробирки. “Кто скажет, что на самом деле не может быть наоборот, что огромное количество противомикробных препаратов, принимаемых людьми, не способствует выработке устойчивости у животных?” — спрашивает ветеринар Ричард Карневале, вице-президент по научным вопросам Института здоровья животных. Карневале указывает на результаты исследований, проведенных в Университете Лома-Линда и показавших, что в организме у людей, которые питаются мясом, не больше устойчивых к антибиотикам микробов, чем у вегетарианцев (хотя испытуемые-вегетарианцы, участвовавшие в этом исследовании, потребляли как яйца, так и молоко). Он также отмечает, что другие ученые продемонстрировали высокий уровень устойчивости к антибиотикам у бактерий, загрязняющие мясо, снабженное ярлыком “выращено без антибиотиков”. “Устойчивых микробов можно найти даже в оленьи* экскрементах, собранных в чаще леса”.

Фактор, который исследователи еще только начинают рассматривать и который может объяснить некоторые из этих явных аномалий, связан с тем, что происходит с тоннами антибиотиков, ежегодно выходящими из сельскохозяйственных животных с экскрементами, говорит Чиллер. Например, было показано, что из стока животноводческих ферм антибиотики попадают в грунтовые воды и в реки. Кроме того, добавляет он, предполагать, что достоверно отслеженный резкий рост встречаемости устойчивых бактерий на полках супермаркетов связан с их переходом от людей к животным, а не наоборот, просто нелогично. “Насколько мне известно, животных людьми никто не кормит”, — говорит он.

Результаты нескольких исследований дают убедительные косвенные свидетельства передачи устойчивости к антибиотикам от сельскохозяйственных животных людям. Например, осенью и зимой 1999 и 2000 года эпидемиологи исследовали вспышку высокоустойчивой инфекции мочевых путей среди студенток Калифорнийского университета в Беркли. ДНК-дактилоскопия показала, что возбудители этой инфекции происходили от одного клона, то есть уникального подштамма, кишечной палочки. Эти данные убедили исследователей, что все возбудители распространились из какого-то одного источника. Поскольку некоторые из пациенток жили в одной комнате или вообще были знакомы друг с другом, ученые сделали вывод, что источником этой инфекции была зараженная пища. Когда они выяснили, что тот же самый клон кишечной палочки вызвал вспышки подобной инфекции в Мичигане и Миннесоте в промежуток с 1996 по 1999 год, они поняли: хотя источник загрязнения не удалось выявить, он скорее всего был связан с кишечной палочкой крупного рогатого скота, распространившейся вместе с развозимой по всей стране говядиной.

По иронии судьбы, одно из самых убедительных свидетельств передачи опасных генов устойчивости от сельскохозяйственных животных людям было получено благодаря пр0валу ранних попыток ограничить применение антибиотиков в европейском животноводстве. Еще в шестидесятых годах британские врачи требовали от правительства провести расследование роли антибиотиков, используемых в животноводстве, в возрастающей устойчивости к антибиотикам сальмонелл и кампилобактеров, вызывающих инфекции, с которыми сталкивались поликлиники и больницы Великобритании. Результатом этих усилий стал доклад комиссии Суонна от 1969 года, где была показана отчетливая корреляция между использованием усиливающих рост антибиотиков и повышением концентрации устойчивых к антибиотикам бактерий в организмах забитых животных, а также историческим повышением заболеваемости людей устойчивым к антибиотикам сальмонеллезом. В ответ на этот отчет британское правительство запретило использование в малых дозах (“в питательных целях”) в сельском хозяйстве любых классов антибиотиков, в то время применяемых для профилактики и лечения человеческих заболеваний. Большинство стран Западной Европы последовали примеру Великобритании, заботясь о сохранении эффективности применяемых в медицине антибиотиков.

В результате животноводам пришлось обратиться к набору антибиотиков второго ряда, считавшихся неподходящими для людей из-за их предполагаемой токсичности или плохой усвояемости. Важнейшими из них были гликопептиды — семейство антибиотиков, к которому относится ванкомицин. В то время мало кто мог себе представить, что уже в ближайшие десятилетия антибиотики этого класса станут последней надеждой больниц перед лицом ширящейся эпидемии инфекций, устойчивых к метициллину. В конце восьмидесятых, когда европейские врачи впервые прибегли к ванкомицину, они были неприятно поражены тем, что устойчивость к этому антибиотику была уже широко распространена в микрофлоре у человека. Последующие исследования показали: в микрофлоре миллионов европейцев присутствуют штаммы VRE, несущие гены устойчивости к ванкомицину, почти идентичные выделяемым из кишечных бактерий кур и свиней, выращенных на авопарцине — еще одном антибиотике из класса гликопептидов и химическом близнеце ванкомицина.

Хотя ни один свидетель и не наблюдал своими глазами передачу генов устойчивости от сельскохозяйственных животных к людям, на это отчетливо указывали все данные. При этом в США и Канаде, где фермеры не использовали авопарцин (в их распоряжении была масса других антибиотиков), VRE у людей оставался редкостью, если вообще встречался за пределами больничных стен. Особый интерес у микробиологов вызвало то, что разновидности VRE, обитавшие в организме европейцев, явственно отличались от разновидностей, обитавших в организмах сельскохозяйственных животных, которыми они питались. Однако их гены устойчивости оказались почти идентичны. Иными словами, кишечные бактерии животных не заражали людей, а лишь передавали человеческой микрофлоре свои гены, проходя через кишечник человека.

В Дании, первой европейской стране, где авопарцин запретили (в 1995 году), было отмечено незамедлительное падение встречаемости устойчивых к ванкомицину бактерий у домашней птицы, хотя на их встречаемости у свиней эта мера никак не сказалась. Но у свиных кишечных бактерий гены устойчивости к ванкомицину соседствовали с генами устойчивости к другому антибиотику — тилоину. Когда же датское правительство добавило и тилозин список антибиотиков, которые запрещено использовать для стимуляции роста, это вызвало желаемое падение устойчивости к ванкомицину и у бактерий, загрязняющих свинину. В 1996 году примеру Дании последовали Германия, Бельгия и Нидерланды. Клинические исследования, проведенные за следующие пять лет, показали, что суммарная встречаемость VRE у европейцев сократилась вдвое, с 12 % до 6 %, но так и не достигла уровня, предшествовавшего периоду использования авопарцина.

В 1999 году Европейский союз потребовал полностью прекратить использование антибиотиков для стимуляции роста сельскохозяйственных животных, наложив на них запрет, постепенно введенный в действие в течение следующих семи лет. Что же послужило поводом для столь радикальней меры? В 1999 году немецкие исследователи проверяли эффективность синерцида — многообещающего нового антибиотика для лечения инфекций, вызываемых VRE. Они сразу же обнаружили, что как у пациентов, так и у здоровых испытуемых часто встречались микроорганизмы, устойчивые к новому антибиотику. Как и ванкомицин, синерцид был еще одним представителем класса антибиотиков (стрептограминов), редко используемого для лечения и профилактики заболеваний людей, но популярных среди животноводов как средство для стимуляции роста сельскохозяйственных животных.

В тот же год в Соединенных Штатах ученые из ЦКЗ выявили устойчивость к синерциду почти у 90 % энтерококков, которые загрязняют поступающую в продажу курятину, и у 12 % энтерококков, выделенных из организмов здоровых испытуемых. Исследователи предупреждали, что если начать использовать этот антибиотик для лечения людей, данный показатель быстро достигнет уровня, отмеченного у животных. Подтверждая прогноз, в 2006 году исследователи из Министерства здравоохранения штата Миннесота сообщили об устойчивости к синерциду 40 % энтерококков выделенных у людей, которые имели дело с сырым мясом птицы или просто потребляли большое количество курятины. При этом у контрольной группы из 65 вегетарианцев им вообще не удалось обнаружить устойчивых к синерциду энтерококков.

Сегодня в ведомствах Канады и США, связанных со здравоохранением и сельским хозяйством, по-прежнему идет борьба за то, чтобы наложить на использование сельскохозяйственных антибиотиков ограничения, которые отражали бы какой-то компромисс между интересами экономики и общественной безопасности. Некоторые люди предупреждают, что североамериканскому животноводству с его упором на крупные специализированные хозяйства и невысокой рентабельностью продаж будет намного сложнее подстроиться под любые запреты на ускоряющие рост антибиотики, чем европейскому, в среднем представленному фермами меньшего размера. Кроме того, объединения, отстаивающие интересы животноводов, не преминули обратить внимание на случаи, когда европейский запрет на добавление антибиотиков в малых дозах в корм здоровым животным приводил к повышению частоты инфекций, требующих лечения более высокими дозами, что могло даже увеличивать общий объем антибиотиков, потребляемых сельскохозяйственными животными.

Парадокс антибиотиков

Антибиотики по своей природе несут в себе семена собственного краха, предупреждает Стюарт Ливи в книге “Парадокс антибиотиков” — его манифесте, посвященном опасностям, связанным с неправильным и чрезмерным использования антибиотиков. На момент выхода этой книги в средах массовой информации уже сложился образ Ливи как классического пророка-пессимиста, запомнившегося телезрителям по выступлениям в новостях своими усами и чертами лица, напоминающими Граучо Маркса, а также пестрыми галстуками-бабочками. Его предостережения уже начали сбываться: от устойчивых к антибиотикам бактерий теперь ежегодно гибнут десятки тысяч американцев, и это в стране, где выбор антибиотиков для спасения жизни человека ни в коей мере не определяется их стоимостью. Ливи доказывает, что хотя осмотрительное использование и продлит эффективность антибиотиков, эти препараты дают нам в лучшем случае лишь временное решение вековой проблемы инфекционных заболеваний.

Часть 5. Брать хитростью, а не силой

2000 г. до н. э. — “Вот, поешь этих кореньев”. 1000 г. н. э. — “Эти коренья для язычников. Вот, прочти эту молитву”.

1850 г. — “Эта молитва — суеверие. Вот, выпей это снадобье”.

1920 г. — “Это снадобье — шарлатанство. Вот, прими эту таблетку”.

1945 г. — “Эта таблетка — слабое средство. Вот, прими этот пенициллин”.

1955 г• — “Упс… микробы стали устойчивыми. Вот, прими этот тетрациклин”.

1957–2007 гг. — Еще 42 раза “упс… “Вот, прими этот более сильный антибиотик”.

20?. — “Микробы победили! Вот, поешь этих кореньев”.

Аноним

Старые добрые времена?

Двадцатисемилетний Валентин Келлер, невысокий, худощавый портной из штата Огайо, выписался из госпиталя в разгар Гражданской войны, прослужив в армии северян чуть больше года. “Не может ходить без костылей, но и с костылями испытывает сильную боль”, - писал выписывавший его врач, отметив также приглушенные звуки дыхания, что свидетельствовало, вероятно, о плеврите, то есть скоплении жидкости вокруг легких. Как и многие его братья по оружию, он стал инвалидом не от пули или штыка, а из-за инфекционного заболевания. Келлер страдал постоянными болями и умер в сорок один год от “водянки”, или застойной сердечной недостаточности, вероятно связанной с перенесенным в детстве брюшным тифом или острой ревматической лихорадкой.

Изучая проблемы, вызванные нашей войной с микробами, мы рискуем поддаться ложному впечатлению, будто людям жилось лучше в те столетия, когда повышение уровня санитарии и внедрение антибиотиков еще не разрушили наши “естественные” взаимоотношения с микробами Активисты современного движения против прививок исходят именно из этого, когда доказывают, что, избавляя наших детей от таких некогда обычных недугов, как корь, свинка и ветрянка, мы делаем их уязвимее для болезней, чем были их предки, отличавшиеся более крепким здоровьем. Даже профессиональным медикам доводилось задаваться вопросом, не принесла ли современная медицина качество жизни в жертву ее количеству, то есть продолжительности, одарив нас не “золотыми годами”, а годами, омраченными слабым здоровьем. В восьмидесятых и девяностых годах страхи по поводу финансового бремени, которое ляжет в результате подобных процессов на общество, вызвали появление массы экономических исследований по этим вопросам.

Важнейшие из подобных исследований провела команда, которую возглавляли нобелевский лауреат Роберт Фогель и сотрудница его лаборатории Дора Коста.

В течение всего последнего десятилетия они занимались раскопками богатейших источников информации о здоровье американцев в XIX веке — медицинских архивов армии северян, касающихся участников и ветеранов Гражданской войны. Но, быть может, самый прискорбный факт открывают нам результаты медосмотров на призывных пунктах: они показывают, что от призыва в армию пришлось освободить десятки тысяч юношей и молодых людей, слишком болезненных или искалеченных, что делало их непригодными к прохождению военной службы. Некоторые из их немощей были связаны с детским трудом в эпоху, предшествовавшую принятию законов о технике безопасности на производстве. Но намного чаще причиной были детские болезни, такие как корь, брюшной тиф или острая ревматическая лихорадка, приводившие к хроническому плевриту, водянке и ревматизму (воспалительному артриту).

Те, кто успешно проходил медосмотр (и в армии северян, и в армии южан медкомиссии были не слишком придирчивы: они принимали, например, одноглазых и страдающих недержанием), столкнулись с еще более опасными болезнями в переполненных окопах и лагерях. Половина из 620 тысяч людей, погибших в ходе Гражданской войны, умерли от болезней, самыми смертоносными из которых были непрекращающиеся вспышки кори, дифтерии, брюшного тифа и стрептококковых инфекций. Дань, которую заплатили им те, кто выжил, становится ясна из подготовленного Дорой Костой обзора результатов медосмотра ветеранов: любая перенесенная солдатом лихорадка увеличивала риск развития в среднем возрасте атеросклероза, то есть затвердения артерий. Солдаты, перенесшие брюшной тиф или острую ревматическую лихорадку, впоследствии чаще заболевали пороками сердечных клапанов и артритами. Туберкулез же делал их предрасположенными к хроническим респираторным заболеваниям.

“Ветераны армии северян становились от различных хронических недугов инвалидами уже к пятидесятилетнему возрасту”, — говорит Дора Коста. В том, что касается общего здоровья и подвижности, добавляет она, “пятидесятилетние ветераны в 1890 году напоминали своих нынешних семидесятипятилетних потомков”. Почти половина ветеранов Гражданской войны в возрасте от пятидесяти до шестидесяти пяти лет страдали от тяжелых артритов, в то время как среди современных мужчин того же возраста этот показатель составляет всего ю%. Почти у трети отмечались сердечные шумы, а у каждого пятого были порок сердечного клапана, поврежденные легкие или и то и другое — расстройства, которые сегодня поражают менее 5 % их потомков того же возраста. Из этого Дора Коста делает вывод, что жизнь современных пожилых американцев не так уж “омрачена слабым здоровьем” — напротив, их здоровье в течение XX века заметно улучшилось.

Еще один интересный вывод следует из отмеченного исследовательницей примечательного различия в выживаемости солдат Севера, выросших в городах, и их деревенских однополчан. Среди городских парней процент переживших эпидемии военного времени оказался намного выше, чем среди деревенских. Но среди выживших ветеранов войны деревенские парни жили в среднем на несколько лет дольше. То и другое связано с повышенным грузом инфекций, переносимых детьми в перенаселенных трущобах городов XIX века: те из них, кому повезло выжить, попадали в армию по крайней мере с частичным иммунитетом против микробов, свирепствовавших в тесноте военных условий, но бремя перенесенных за всю жизнь инфекций собирало свою дань в поздние годы. Реальность прямой связи между этими факторами была подтверждена несколькими недавними исследованиями: чем больше инфекций переносит человек, тем больше у него риск артрита, сердечно-сосудистых заболеваний, инсульта и даже рака в среднем возрасте. Чем же обусловлена эта связь? Воспалениями, которые сохраняются еще долгое время после того, как проходит сама инфекция.

Воспаление — это далеко не всегда “плохо”, это просто состояние повышенной боевой готовности иммунной системы, вооруженной и готовой к вторжению новых врагов. Но подобно взвинченному полицейскому, те самые клетки и вещества, которые обеспечивают воспалительную реакцию, склонны палить по случайным прохожим, то есть по здоровым тканям. Вред, который это приносит, принимает множество разных форм, от болей при воспалительном артрите до рубцевания кровеносных сосудов при атеросклерозе.

Что же до тех, кто полагает, будто постоянные инфекции — это “естественно”, то их ошибка состоит в том, что они рассматривают лишь малый отрезок человеческой истории, последовавший за возникновением цивилизации порядка пяти тысяч лет назад. Как уже отмечалось в первой части этой книги, порожденная цивилизацией новая практика скученности и постоянных поселений способствовала расцвету микробов, калечащих и убивающих своих хозяев, д что до той четверти миллиона лет, которые наш вид провел, почти не зная передачи инфекций от человека к человеку, то некоторое представление о них нам могут дать последние сохранившиеся кочевые племена из бассейна Амазонки, не знающие цивилизации и по-прежнему живущие в каменном веке.

Фотографии и данные медицинских обследований этих жителей Амазонии, например племени нукак-маку, свидетельствуют об их крепком здоровье — даре, который они утрачивают за какие-то недели после выхода из джунглей. Антропологи приходили в ужас, наблюдая, как легко члены этого племени подхватывали тяжелые инфекционные заболевания не только при контактах с жителями постоянных поселений, но даже из-за, казалось бы, безвредных микробов, которые содержатся в почве в их окрестностях. Эта чрезвычайная уязвимость для инфекций определяется не только тем, что нукак-маку ранее не сталкивались с микробами цивилизации. Результаты недавних исследований указывают на то, что в среде, где смертельные инфекции по-прежнему редки, естественный отбор поддерживает мягкие или толерантные формы иммунного ответа — потому что они в шестнадцать раз снижают риск выкидыша у женщин. Дело в том, что растущий эмбрион представляет собой в некотором роде “инородное тело”, и для его успешного внутриутробного развития от иммунной системы матери требуется исключительная толерантность.

При этом жизнь в условиях постоянных инфекций напротив, создает сильное давление отбора на выживание младенцев, генетически предрасположенных к иммунному ответу большой и грубой силы. Повышенный риск выкидыша оказывается скромной ценой по сравнению с приобретаемой тем самым повышенной вероятностью того, что ребенок вообще достигнет репродуктивного возраста. В результате пять тысяч лет цивилизации и сопровождавших ее инфекций дали нам “цивилизованную” иммунную систему повышенной агрессивности, врожденной и усиливаемой как слабыми, так и сильными инфекциями.

Грубо говоря, улучшенные санитарные условия, антибиотики и детские прививки частично восстановили утраченное с приходом цивилизации здоровье человечества, многократно сократив бремя воспалений, вызываемых болезнями, которые средний человек переносит за свою жизнь. Но они сделали это, не изменив генетических основ нашей агрессивной иммунной системы. А санитарные условия и антибиотики, кроме того, заодно с болезнетворными, вызывающими воспаления микробами смели и множество других, безвредных и успокаивающих иммунную систему. В результате мы, судя по всему, получили смещение агрессии иммунной системы на “воображаемую угрозу” аллергенов, а иногда и здоровых клеток нашего собственного организма.

Поэтому наша задача сегодня состоит не в том, чтобы отказаться от улучшенных санитарных условий и антибиотиков, а в том, чтобы сохранить их эффективность и исправить побочные эффекты. Эта задача особенно сложна применительно к антибиотикам, учитывая, что выработка устойчивости оказывается неизбежным следствием их применения. Более того, многие фармацевтические компании, неоднократно сталкивавшиеся с выработкой микробами устойчивости к их новейшим препаратам, решили вообще выйти из игры. В ответ на это врачи и ученые из Американского общества лечения и профилактики инфекционных забиваний стали добиваться от правительства США выделе- щедрых исследовательских грантов и предоставления роговых льгот, необходимых, чтобы вернуть фармацевтические компании в рискованный бизнес разработки новых антибиотиков. “Кто захочет вкладывать миллионы долларов в разработку нового лекарства, которое неизбежно станет неэффективным, если найдет широкое применение?” — спрашивает президент общества Мартин Блейзер. Уместно также задаться вопросом, не приведет ли такое поощрение разработки новых антибиотиков к новому витку того самого процесса, который и вызвал нынешнюю критическую ситуацию с устойчивостью к антибиотикам. Достаточно ли уроков мы извлекли за пятьдесят лет расточительства, лишавшего наши антибиотики эффективности, чтобы научиться по-новому разрабатывать и использовать эти чудо-лекарства?

Сохранить антибиотики: меньше значит больше

Хотя врачи и пациенты и требуют новых, более сильных антибиотиков, ясно, что мы еще не научились ответственно использовать даже те, что уже имеются в нашем распоряжении. Например, мы знаем, что чем меньше будем их использовать, тем дольше они сохранят свою эффективность. Но за два десятка лет все попытки заставить врачей ограничить неоправданное использование антибиотиков принесли не так уж много плодов. Главным камнем преткновения стала упорно сохраняемая практика месяцами или даже годами держать здоровых, но предрасположенных к инфекционным заболеваниям пациентов на профилактических (превентивных) антибиотиках, хотя и известно, что это способствует выработке устойчивости к ним у представителей микрофлоры, причем не только у самих этих пациентов, но и у людей, с которыми они живут. В 1999 году Американская академия педиатрии начала активно убеждать своих членов отказаться от практики предписывать ежедневный прием амоксициллина младенцам и дошкольникам, предрасположенным к ушным инфекциям. Но дерматологи по-прежнему нередко прописывают длительные курсы антибиотиков, чтобы помочь подросткам пережить годы склонности к прыщам, а гинекологи часто прибегают к подобным мерам для профилактики инфекций мочевых путей у предрасположенных к таким инфекциям женщин.

К этому стоит добавить растущую популярность антибиотиков как противовоспалительных средств для борьбы с небактериальными заболеваниями, такими как астма, ревматоидный артрит и даже невроз навязчивых состояний. Популярность этого подхода резко подскочила в девяностые годы, когда выяснилось, что несколько классов антибиотиков, в том числе тетрациклины и макролиды, каким-то образом снижают воспалительную активность клеток-солдат иммунной системы. Но поскольку антибиотики не устраняют первопричину этих расстройств, чтобы это лечение было эффективным, их нужно принимать долгое время и даже всю жизнь.

Кардиологи, в свою очередь, проявили живейший интерес к возможности использовать антибиотики для борьбы с атеросклерозом (закупоркой артерий), который, как нам теперь известно, относится к воспалительным заболеваниям. Воспаление при этом может возникать из-за следовых количеств бактерий, случайно попадающих в кровоток из ротовой полости и дыхательных путей и оказывающихся в итоге в неактивном состоянии на стенках наших кровососных сосудов. Никто не знает, почему у одних людей иммунная система не обращает внимания на этих вообще-то безвредных бактерий, а у других реагирует на них закупоривающим артерии воспалением. Так или иначе, в девяностых годах многие кардиологи начали прописывать своим пациентам антибиотики в надежде, что они окажутся полезны при сердечно-сосудистых заболеваниях. Эта практика почти повсеместно прекратилась в 2005-м, когда два масштабных исследования показали, что антибиотики не позволяют уничтожить таких бактерий и не снижают риск сердечного приступа. Однако полученные результаты оставляли открытой возможность того, что более длительные курсы более сильных антибиотиков могут все же давать делаемый эффект. Если подобный эффективный режим приема удастся выявить (а несколько компаний делают на это ставки, просчитывая размеры своей прибыли), на антибиотики могут быть посажены десятки миллионов мужчин и женщин среднего возраста в одних только Соединенных Штатах.

Ученые, обеспокоенные ростом устойчивости, предупреждают, что такое расширение области применения антибиотиков может иметь печальные последствия. Но большинство врачей возмущает сама мысль, что кто-то посягает на их свободу прописывать любым пациентам любые медикаменты. В кратковременной перспективе помощь одному пациенту, которому прыщи отравляют жизнь, или другому, с повышенным риском сердечного приступа, кажется важнее далекой угрозы выработки у микробов опасных форм устойчивости — по крайней мере, до тех пор пока врач не начинает терять пациентов по вине неуязвимых бактериальных инфекций, от которых сегодня погибает больше четырнадцати тысяч американцев ежегодно.

Врачам может казаться, что обвинения их в злоупотреблениях несправедливы, учитывая, что на прописываемые ими лекарства приходится меньше половины всех ежегодно продаваемых антибиотиков. “Даже если мы резко сократим количество прописываемых антибиотиков, устойчивость, вероятно, никуда не денется, принимая во внимание все антибиотики, добавляемые в корм скоту”, — утверждает Джим Кинг, президент Американской академии семейных врачей, имеющий частную практику в Селмере (штат Теннеси). В пользу этого утверждения говорят результаты недавних исследований, показавшие, что устойчивые к антибиотикам бактерии, которые плодятся в крупных животноводческих хозяйствах, не только попадают нам на стол с мясом и яйцами, но и распространяются за пределы ферм со сточными водами и дождевым стоком, попадая в наши реки и водохранилища. Тем не менее ясно, что антибиотики оказывают на нас (точнее, на нашу микрофлору) более прямое действие, когда мы сами глотаем или иным способом принимаем их в большой концентрации. Специалисты составили список из мер, которых врачам следует придерживаться, чтобы ограничить вред, наносимый использованием антибиотиков:

• Прекратить прописывать антибиотики без нужды. Сегодня врачи определенно намного меньше, чем лет десять назад, склонны прописывать антибиотики, когда в этом нет никакой необходимости, то есть при таких болезнях, как вирусные инфекции, от которых антибиотики не помогают. Но прописанные без нужды препараты по-прежнему составляют около трети всех антибиотиков, которые мы принимаем. Согласно данным регулярных опросов, по словам самих врачей, основная причина, по которой они прописывают ненужные антибиотики, состоит в том, что на этом “настаивают пациенты”. За этим странным утверждением, предполагающим, что больные оказывают на врачей давление, кроется признание: врачам легче выписать рецепт, чем объяснить пациенту, что антибиотики помогают только против живых организмов, таких как бактерии, но не против вирусов, которые вызывают многие респираторные заболевания, в том числе простуды и грипп. “Иногда проще взять и выписать тот рецепт, который пациент хотел бы получить, — признаёт Кинг. — Проще, хотя, конечно, это и неправильно”.

• СОКРАТИТЬ КУРСЫ ЛЕЧЕНИЯ АНТИБИОТИКАМИ.

В 2006 году команда врачей из Амстердама установила, что стандартный способ лечения бактериальной пневмонии — десятидневный курс амоксициллина — примерно на семь дней длительнее, чем нужно. Они показали, что трехдневный курс этого антибиотика столь же эффективно очищает организм от инфекции, опровергнув миф, будто сокращенный курс может привести к тому, что наиболее стойкие микробы останутся в организме и вызовут повторное развитие инфекции, на этот раз устойчивой. Но, быть может, еще удивительнее то, что до недавнего времени никто не ставил под сомнение оправданность стандартной продолжительности лечения этой и других распространенных бактериальных инфекций. “Многие подобные вещи делались просто по традиции, без каких-либо научных оснований”, — говорит Кёртис Донски из Кейсовского западного университета. Отрадно, что работа голландцев способствовала проведению еще по крайней мере дюжины подобных исследований. “Во всех исследованиях, результаты которых обнародованы на настоящий момент, — говорит Донски, — пациентам ничуть не хуже помогали сокращенные курсы антибиотиков”. При этом он добавляет, что могут пройти годы, прежде чем новые практические рекомендации получат широкое признание, и предупреждает: пациентам не стоит брать подобные дела в свои руки, ведь недостаточно продолжительное лечение действительно может приводить к повторному развитию глубоко укоренившихся инфекций.

• Использовать менее разрушительные препараты. “Антибиотик, прописанный для лечения инфекции, проникает во все уголки организма, создавая отбор на устойчивость среди бактерий и меняя нашу микроэкологию, быть может, навсегда”, — предупреждает Мартин Блейзер из Американского общества лечения и профилактики инфекционных заболеваний, возглавляющий также Медицинский центр Нью-Йоркского университета. Особенно вредны в этом отношении так называемые антибиотики широкого спектра действия, с давних пор рекламируемые фармацевтическими компаниями за их способность подавлять едва ли не любую бактериальную инфекцию. Не столь губительны для микрофлоры, а значит, и в меньшей степени способствуют выработке устойчивости антибиотики более узкого спектра действия, например уже давно используемые пенициллины и эритромицины (макролиды), позволяющие уничтожать таких микробов, как пиогенный стрептококк (вызывающий острый фарингит), при этом почти не вредя другим, соседним бактериям. К сожалению, сегодня врачи намного чаще, чем десять — пятнадцать лет назад прибегают к “большим пушкам” — лекарствам от всего на свете, из-за их удобства, а также в связи с тем, как активно их продвигают фармацевтические компании. Эта тревожная тенденция, как утверждают специалисты по устойчивости, с лихвой перекрывает все, чего мы добились, убеждая врачей прописывать в целом меньше антибиотиков.

Главная проблема здесь в том, говорит Кинг, что на определение конкретной бактерии, вызывающей данное заболевание, и на выяснение ее восприимчивости к антибиозам требуются время и усилия. “Загруженность частной практики не позволяет нам всякий раз выращивать культуры, чтобы определять возбудителей инфекции”, — объясняет он. Например, получение культуры микроорганизмов из взятого из горла мазка или образца мочи обычно занимает от двадцати четырех до сорока восьми часов, а пробка их на устойчивость к антибиотикам может занять ни одни сутки.

“Никто не станет этого делать, — говорит Кинг. — Как врач я просто выберу антибиотик, который, судя по моему опыту, помогает против подобных инфекций”. В идеале, добавляет он, ответственный врач должен для начала прописать антибиотик самого узкого спектра действия, помогающий при инфекциях подобного типа, и лишь после этого, если больному через день или два не стало лучше, прибегнуть к орудию большего калибра. “Но иногда проще взять и сразу прописать лекарство широкого спектра действия, чтобы не надо было проверять, помогает оно или нет”, — признаётся он.

Этот подход — “сперва стрелять, потом целиться” — оказывается в большей степени оправданным в больницах, где от быстрого использования эффективного антибиотика может зависеть жизнь пациента. Но использование в отделениях реанимации антибиотиков широкого спектра действия таит в себе еще больший риск — нарушить нормальную микрофлору организма, освободив пространство для вторжения внутрибольничных супермикробов. Принимая все это во внимание, специалисты по устойчивости к антибиотикам сходятся на том, что развитие быстрых методов точной диагностики станет ключом к реорганизации существующей практики прописывания лекарств.

Прицел на врага

Осенью 2005 года акушер из Флоридского университета Родни Эдвардс подарил своим помощницам-медсестрам новую игрушку — устройство для амплификации генов, способное проводить ДНК-дактилоскопию быстрее любого оборудования из самой продвинутой лаборатории для судмедэкспертизы. “Они были в восторге”, — говорит Эдвардс о том энтузиазме, с которым сестры взялись за дело, состоявшее в том, чтобы быстро определять присутствие бактерии Streptococcus ogoloctiae, или стрептококка группы В, в родовых путях рожениц. Этот микроб входит в состав нормальной кишечной микрофлоры, а у 20–40 % женщин — также и вагинальной микрофлоры. Для матери он безвреден, но для новорожденного может быть смертелен. Примерно у одного из ста зараженных этим стрептококком младенцев в кровотоке или спинномозговой жидкости развивается угрожающая жизни инфекция. Поэтому акушеры между тридцать пятой и тридцать седьмой неделями беременности проводят у женщин плановые анализы, посылая вагинальный мазок в лабораторию, где из него за три дня выращивают бактериальные культуры, и прописывают тем, у кого обнаруживается эта бактерия, курс антибиотиков на время родов.

Проблема состоит в том, что многие женщины попадают в родильную палату, не имея результатов такого анализа: из-за преждевременных родов, задержки результатов, потерянной справки или непройденных стандартных процедур подготовки к родам. В результате принимающим роды акушерам приходится ежегодно без нужды давать антибиотики миллионам рожениц (а значит, и их детям), чтобы защитить от бактерии, которая у большинства женщин в родовых путях отсутствует. А это значит, что и женщины и дети без нужды рискуют подхватить устойчивую к антибиотикам внутрибольничную инфекцию.

Устройство, которое тестировали подчиненные Эдвардса 2005 и 2006 годах, дает возможность исправить эту ситуацию. Медсестра тампоном аккуратно берет мазок со стенок отверстия влагалища, вставляет тампон в небольшую кассету, заливает содержимое заранее подготовленной пробирки определенным объемом “реагента № 1” в “отверстие № 1”, а содержимое пробирки с “реагентом № 2” — в “отверстие № 2, затем вставляет кассету в один из четырех входов настольного амплификатора генов. Общее время сбора и обработки образца — две минуты. Время ожидания результатов — час.

“Я думаю, что за этим методом будущее, даже если его и не будут использовать для проверки всех пациентов”, — говорит Эдвардс, тестировавший экспериментальный ДНК- анализатор (называемый GeneXpert, цена сорок тысяч долларов) для компании Cepheid. Хотя теоретически такие устройства позволяют амплифицировать и выявлять характерные фрагменты ДНК любых микробов, а также их генов устойчивости к антибиотикам, в настоящее время только два подобных аппарата, позволяющих делать ПЦР “в реальном времени”, то есть быстро амплифицировать гены, одобрены Управлением пищевых продуктов и медикаментов США. То устройство, которое тестировал Эдвардс, получило одобрение в середине 2006 года. Второе, позволяющее за два часа находить стафилококков, знаменует собой следующий шаг в развитии методов быстрой диагностики, потому что позволяет определять также характер устойчивости: оно не только говорит врачам, имеется ли у пациента золотистый стафилококк, но и сообщает им, есть ли у него устойчивость к метициллину (во многих крупных медицинских учреждениях она отмечается уже более чем у половины стафилококков). Когда врачи вынуждены проводить такие анализы старомодным способом (выращивая бактериальные культуры, как это делал еще Пастер больше века назад, а затем проверяя их реакцию на различные антибиотики), на получение результатов может уходить до трех дней в течение которых врачам приходится страховаться на все возможные случаи, используя самые мощные антибиотики из своего арсенала.

Многие специалисты называют появление таких устройств, как GeneXpert, прорывом — не столько за саму возможность проводить с их помощью ДНК-дактилоскопию, сколько за простоту их использования. За последние годы одобрение Управления пищевых продуктов и медикаментов получили уже около дюжины методов генетического анализа. Но до сих пор все эти методы требовали проведения сложных лабораторных манипуляций, а на получение результатов уходило не меньше чем полдня. “Если мы хотим, чтобы больше врачей, особенно терапевтов, руководствовались, прописывая лекарства, точной диагностикой, — говорит Роберта Кэри, специалист по диагностической микробиологии из ЦКЗ, — нужно сделать методы диагностики настолько простыми, чтобы даже в самый неудачный день врач мог отвлечься на телефонный звонок, проводя анализ, и все равно получить правильные результаты. Причем быстро, иначе врачи не станут этим заниматься”.

Джим Кинг как семейный врач соглашается с таким выводом: “Я хочу иметь возможность выписать пациенту рецепт сейчас, а не через пару дней”. Такие аппараты для обнаружения последовательностей ДНК, как GeneXpert от компании Cepheid, пока остаются слишком дорогостоящими для использования вне больниц, и в распоряжении терапевтов на сегодня имеется лишь один экспресс-метод микробиологической диагностики, которым можно пользоваться, не выходя из кабинета: RapidStrep, позволяющий минут за десять выявлять наличие пиогенного стрептококка в мазке, взятом с горла пациента. Этот метод находит не ДНК, а крупные молекулярные маркеры, расположение на скользкой капсуле, покрывающей стафилококков данного вида. Даже один такой анализ, если добросовестно его проводить, мог бы заметно сократить количество неоправданно прописываемых антибиотиков, а тем самым и скорость выработки устойчивости у микробов в организмах пациентов, с которыми работает каждый врач.

Насколько заметно, можно судить по результатам недавних практических экспериментов, в ходе которых французские исследователи провели в ряде небольших городов мощную информационную кампанию, разъясняя детям в детских садах, их родителям и врачам, как важно осмотрительно использовать антибиотики. Они особенно подчеркивали, что нельзя лечить с их помощью болезни горла, если быстрый анализ на антигены не выявит присутствия пиогенного стрептококка — единственной бактерии, нередко вызывающей боли в горле (которые в подавляющем большинстве случаев связаны с вирусами).

К концу этой четырехмесячной кампании использование антибиотиков в данных городах упало почти на 20 %. Более того, исследователи отметили также резкое падение устойчивости к антибиотикам у другой бактерии — пневмококка, одного из главных возбудителей пневмонии и менингита, а также хронических ушных инфекций. В тех городах, где добросовестное использование экспресс-метода анализа на стрептококков привело к снижению объема прописываемых антибиотиков, доля носителей устойчивых штаммов пиогенного стрептококка среди детей в детских садах, исходно составлявшая больше половины, теперь оказалась немногим больше трети.

К сожалению, в распоряжении врачей имеется лишь очень скромный набор антигенных экспресс-методов, подобных десятиминутному анализу на стрептококков, поскольку эффективность таких методов зависит от наличия у бактерии довольно большого и сложного поверхностного антигена. У большинства бактерий такие молекулярные “рекламные панели” отсутствуют.

Другая, даже более серьезная проблема с подобными анализами (как на антигены, так и на характерные гены) состоит в том, что они не позволяют врачу узнать, что еще может быть причиной расстройства, говорит Майкл Данн, заведующий отделением клинических разработок фармацевтического гиганта Pfizer в Нью-Лондоне (штат Коннектикут). “Если пренебречь всеми остальными микробами и сосредоточиться на борьбе с тем, которого выявил анализ, есть риск, что пациент тем временем умрет от чего-нибудь другого”, — объясняет он. Например, рана, зараженная стафилококком, может быть одновременно заражена также пиогенным стрептококком или синегнойной палочкой, причем любой из этих микробов, если им пренебречь, способен вызвать смертельное заражение крови.

Данн говорит, что ему хотелось бы дать исследованиям в области антибиотиков, проводимым компанией Pfizer, новое направление, отойдя от средств широкого спектра действия и обратившись к поискам “снайперских пуль”, готовых уничтожать лишь микробов определенного вида. В то же время он отмечает, что это может произойти лишь в том случае, если в распоряжении врачей окажутся методы точной диагностики, позволяющие выявлять у пациента широкий спектр микробов и определять, к каким антибиотикам они восприимчивы.

Совсем другой Майкл Данн (совпадение имен и интересов оказалось чистой случайностью), специалист по молекулярной микробиологии из Университета Вашингтона в Сент-Луисе, описал как раз такое приспособление в одном из номеров Journal of Clinical Microbiology за 2003 год24. В своем откровенно футурологическом очерке второй Данн описывает обычное утро 2025 года терапевта Джеффри Лейна, три года назад окончившего медициною школу. Лейн берет мазок с горла шестнадцатилетнего ^ноши, который жалуется на сильные боли при глотании, головную боль и тошноту. Проведя тампоном по миндалинам пациента, Лейн вставляет этот тампон в портативный аппарат для диагностики инфекционных заболеваний — на вид чем-то похожий на устройство, которым пользуется доктор Леонард Маккой из сериала “Звездный путь”.•Затем Лейн вставляет в ручку аппарата одну из пяти деющихся в его распоряжении кассет — предназначенную для респираторных инфекций. Внутренности этой кассеты набиты генными зондами, позволяющими выявлять более 150 разновидностей бактерий, вирусов и грибов, известных как возбудители подобных инфекций, а также несколько тысяч бактериальных генов разных форм патогенности и устойчивости к антибиотикам. В другом отделении аппарата установлены молекулярные зонды, позволяющие находить белки и другие молекулы, по которым можно определить, работают ли какие-либо из этих генов, синтезируя токсины или ферменты, деактивирующие антибиотики (признак того, что содержащая эти гены бактерия — не случайный свидетель, а возбудитель заболевания). Пациент покидает кабинет врача через пятнадцать минут, после того как диагностическое устройство обнаруживает у него больше дюжины ДНК- и РНК-последовательностей, специфических для пиогенного стрептококка, и определяет, что данный микроб устойчив к пенициллинам, метициллинам, цефалоспоринам и стрептограминам. Получив эти сведения, Лейн выписывает пациенту старомодный бета-лак- там в сочетании с ингибитором бета-лактамазы.

Со времени публикации этого очерка исследователи протестировали три прототипа подобного диагностического устройства, один из которых уже близок к поступлению в продажу. Появление первого из них, ДНК-микрочипа разработанного учеными из Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса, связано с угрозой биотерроризма. Этот микрочип позволял за шесть часов одно, временно проверять образец на наличие восемнадцати различных смертельных микробов и вирусов, в том числе одиннадцати разновидностей бактерий, от Bacillus anthracis (возбудителя сибирской язвы) до Yersinia pestis (возбуди- теля чумы)25. Делалось это путем поиска генов 16S рРНЦ любого из этих микробов (видоспецифичного признака, которым микробиологи пользуются при сортировке смешанных образцов неизвестных бактерий, — см. часть 2). “Для 2002 года это был впечатляющий результат, — говорит Том Слезак, специалист по биоинформатике из Ливерморской лаборатории. — Но теперь мы знаем, что возможности анализов по 165 рРНК ограниченны. В некоторых случаях они даже не позволяют надежно определять вид”. Еще более важным препятствием на пути клинического применения подобных микрочипов, добавляет Слезак, была стоимость их использования: проверка каждого образца обходилась в несколько сотен долларов. И все же этот прототип остается важным достижением: стоимость ДНК-микрочипов с каждым годом падает, а более информативные генные мишени уже найдены и ждут внедрения в технологии следующего поколения.

Вторая попытка получить что-то похожее на описанный Данном MyCrobe была сделана в 2004 году в Медицинском и стоматологическом университете Нью-Джерси для выявления особо устойчивых к антибиотикам и наиболее смертоносных штаммов стафилококков. Разработанное сотрудниками университета устройство позволяло проверять взятые у пациентов образцы на наличие шести бактериальных генов. Наличие первых трех из них подтверждало присутствие в образце золотистого стафилококка, а остальные указывали на устойчивость к метициллину, устойчивость к ванкомицину и синтез токсина — лейкоцидина Пантона — Валентайна. Менее чем за три часа анализ давал результаты в виде набора разноцветных светящихся точек. Проблема была в том, что по этим мерцающим точкам исследователи не могли сказать, имеются обнаруженные гены устойчивости у золотистого стафилококка или же у какого-то “случайного свидетеля” — другой бактерии из того же образца. Например, гены устойчивости к метициллину встречаются также у кожного микроба Staphylococcus epidermidis, а гены устойчивости к ванкомицину распространены у внутрибольничных штаммов кишечных бактерий энтерококков.

В 2005 году биотехнологическая компания GeneOhm из Сан-Диего начала тестировать метод второго поколения для диагностики MRSA, в котором используется изящное решение проблемы “какой ген у какого микроба”. Анализ образцов на предмет наличия MRSA, занимавший два часа, проводился с помощью двух сцепленных друг с другом ДНК- зондов, один из которых соединялся с отрезком ДНК, связанным с устойчивостью к метициллину, а другой — с видоспецифичным геном золотистого стафилококка. Поскольку сдвоенный зонд не может дотянуться до двух удаленных мишеней одновременно, такой анализ дает положительный результат только в том случае, если обе мишени расположены на одной хромосоме (то есть имеются у одного итого же микроба). В 2007 году, когда пишутся эти строки, данное приспособление уже успешно прошло клинические испытания и имеет неплохие шансы получить одобрение Управления пищевых продуктов и медикаментов.

“Я полагаю, — говорит Майкл Данн из компании Pfizer, — что мы стоим сейчас на пороге настоящего прорыва в диагностике, который позволит нам получать антибиотики, действующие даже не на единственный вид, а на единственный штамм, быть может — даже единственный организм.

Необходимость истреблять всех “хороших” стрептококков в горле у пациента, чтобы избавить его от “плохого” пиогенного стрептококка, безвозвратно уйдет в прошлое”.

Антибиотики с выключателем

В то же время не исключено, что существуют способы, которые позволят врачам не отказываться от антибиотиков широкого спектра действия, при этом, по крайней мере отчасти, уменьшив тот вред, который приносят данные антибиотики. Финская фармацевтическая компания Ipsat разработала “ферменты для защиты кишечника”, расщепляющие остатки антибиотиков прежде, чем они попадут через желчный пузырь в толстую кишку, где обитает подавляющее большинство наших кишечных бактерий. Первые испытания как на животных, так и на людях показали, что такой деактивирующий фермент не снижает эффективности антибиотиков там, где они нужны (в тканях), но при этом предотвращает нарушения и повышение устойчивости, обычно вызываемые антибиотиками в кишечной микрофлоре. К настоящему времени компании удалось получить деактивирующие ферменты для пенициллинов и таких антибиотиков широкого спектра действия, как цефалоспорины и карбапенемы, на которые приходится почти половина всех прописываемых людям антибиотиков. Однако подобные ферменты действенны только при введении антибиотиков внутримышечно или внутривенно, то есть прекрасно подходят для госпитализированных пациентов, но не особенно помогут тем, кто принимает их через рот.

В случае же антибиотиков, принимаемых орально, которые усваиваются в пищеварительном тракте, задача оказывается противоположной — сделать так, чтобы они были неактивны до того, как будут усвоены. Лекарства, которыми удается этот трюк, называют пролекарствами. \ ним относятся, например, такие известные медикаменты, нб относящиеся к антибиотикам, как леводопа (средство, помогающее при болезни Паркинсона, оно начинает действовать только после попадания в мозг) и некоторые препараты для химиотерапии при злокачественных опухолях " они делаются токсичными, только оказавшись внутри опухоли. Одни из первых антибиотиков-пролекарств появились в начале девяностых годов, когда биохимики приступили к работе над улучшением усвояемости новых сильнодействующих антибиотиков из класса цефалоспоринов, чтобы их можно было принимать в виде таблеток, а не вводить внутримышечно или внутривенно. Они обнаружили, что усвояемость цефалоспорина сильно улучшается, если присоединить к определенному участку его молекулы небольшой довесок (сложный эфир). Дальнейшая работа позволила научиться присоединять к молекулам цефалоспорина сложные эфиры, которые немедленно отваливались, как только антибиотик оказывался внутри кишечных тканей, и переставали мешать его работе.

Случайным побочным эффектом таких разработок стало появление ряда антибиотиков, не вызывающих “расстройства кишечника”, то есть поноса, начинающегося, когда от антибиотиков погибают бактерии, помогающие нашему пищеварению. У некоторых антибиотиков-пролекарств обнаружилось и еще одно дополнительное достоинство: они выводятся из организма преимущественно с мочой, а не с желчью через кишечник, а значит, не трогают кишечную микрофлору ни на пути внутрь, ни на пути наружу. Кроме того, повышенная концентрация в моче делает их особенно эффективными против инфекций мочевых путей.

Исследования, проведенные в Европе, где антибиотики- пролекарства уже приобрели популярность, подтвердили, что такие пролекарства, как пивмециллинам или бакампц циллин, не оказывают сильного воздействия на бактерир, обитающих в ротовой полости, носоглотке и пищеварительном тракте. Пивмециллинам особенно популярен в Швеции, Дании и Норвегии, где он стал основным лекарство^ от инфекций мочевых путей — благодаря низкому уровню устойчивости к нему возбудителей (от которой страдают по всему миру многие женщины, больные хроническими формами подобных инфекций). Однако в США антибиотики-пролекарства еще предстоит внедрять: лишь немногие из американских врачей когда-либо слышали о таких препаратах.

Подавление устойчивости

Минимизация сопутствующего ущерба от применения антибиотиков может замедлить дальнейшую выработку устойчивости к ним, но не обязательно позволит снизить тот уровень устойчивости, которого микробы уже достигли на сегодняшний день. Надежды на то, что бактерии будут избавляться от генов устойчивости, как только перестанут в них нуждаться, давно пришлось похоронить. Теперь нам известно, что устойчивые к антибиотикам бактерии могут вполне успешно конкурировать со своими неустойчивыми родичами даже в организме человека, не прикасавшегося к антибиотикам уже не один месяц или не один год.

Хотя и наивно было бы надеяться на то, что нам когда-либо удастся вернуть те следовые количества устойчивости, которые наблюдались до внедрения пенициллина, рано или поздно у нас в распоряжении могут оказаться технологии, позволяющие избирательно выключать бактериальную устойчивость, подавляя ген за геном и инфекцию за инфекцией. Одно из перспективных направлений последний в этой области касается “плазмидных рвотных” — химических соединений и других средств, побуждающих бактерий извергать из себя плазмиды — эти колечки ДНК, которыми они обмениваются, нередко под завязку набитые генами устойчивости. Первые попытки “лечить” от плазмид бактерий, устойчивых ко многим антибиотикам, были предприняты в семидесятых годах, когда микробиологи только начали разбираться в том, что представляют собой эти “факторы устойчивости”. В лабораторных условиях исследователям иногда удавалось очищать колонию бактерий от устойчивости к антибиотикам, воздействуя на нее токсичными веществами, например акридиновыми красителями, едкими детергентами или таким канцерогеном, как бромистый этидий.

В то время подобные токсичные вещества казались совершенно непригодными для лечения пациентов. Что серьезные побочные эффекты некоторых антибиотиков, используемых сегодня в качестве последнего средства, заставили ученых вернуться к исследованиям препаратов, очищающих бактерий от плазмид. Например, припадки, к которым иногда приводит антибиотик имипенем, считаются теперь “допустимым” побочным эффектом при лечении инфекций, вызываемых устойчивыми к ванкомицину энтерококками или устойчивыми ко многим антибиотикам псевдомонадами (Pseudomonas) или ацинетобактерами (Acinetobacter). К сожалению, ни одно средство “лечения от плазмид” не действует ни на все разновидности плазмид, ни даже на большинство из них, а некоторые бактерии носят с собой сразу несколько их разновидностей.

Более безопасный и более эффективный подход будет, возможно, найден благодаря исследованиям механизмов, позволяющих бактериям передавать свои коллекции плазмид дочерним клеткам. Бактерии, как и все клетки размножаются делением, хотя механизм деления у них намного проще, чем у более крупных и сложнее устроенных клеток растений и животных. Оказывается, плазмиды содержат собственный генетический аппарат для независимого удвоения и наследования. Более того, они должны жестко контролировать этот процесс: при каждом делении клетки в ней всегда должно быть достаточно плазмид, чтобы раздать их следующему поколению, но не слишком много, чтобы их количество внутри отдельной бактериальной клетки не стало чрезмерным.

Пол Хергенротер, долговязый химик-вундеркинд из Иллинойсского университета, считает, что сложность механизма размножения плазмид дает ученым достаточно возможностей испортить этот механизм — либо заставив плазмиды “думать”, что их слишком много (и тем самым выключив их удвоение), либо приведя в негодность их аппарат распределения копий по дочерним клеткам. В 2006 году исследовательской группе Хергенротера удалось реализовать первый из этих двух вариантов с помощью молекул небольшого, похожего на антибиотик вещества апрамицина, имитирующего сигнал о том, что плазмид стало слишком много. В клетках кишечной палочки, которым в среду добавляли это вещество, плазмиды устойчивости переставали удваиваться, и с каждым новым поколением дочерним клеткам доставалось все меньше плазмид. После смены примерно 250 поколений (кишечные палочки делятся в среднем раз в двадцать минут) в их колониях почти не осталось плазмид, и они стали вполне уязвимы для антибиотиков, которые еще три дня назад не оказывали на них никакого действия. Ясно, что врачам понадобится более быстродействующее средство для очистки бактерий от плазмид, если они будут использовать его в сочетании с антибиотиками. Но успех Хергенротера стал важнейшим шагом в этом направлении.

Другой способ борьбы с такими плазмидами состоит в том, чтобы найти гены, используемые некоторыми бактериями для включения и выключения содержащихся в этих плазмидах генов устойчивости. Такая “индуцируемая устойчивость” создает ужасные проблемы при лечении некоторых Разновидностей бактериальных инфекций, потому что их возбудители могут, судя по результатам лабораторных анализов, казаться восприимчивыми к определенному антибиотику, а во время лечения пациента неожиданно включать гены устойчивости. Однако выключатели этих генов привлекают медиков как перспективные мишени для средств, подавляющих устойчивость микробов к антибиотикам. Например, в английском Бристольском университете специалистка по молекулярной биологии Вирве Энне занимается поисками выключателя, который в нормальных условиях подавляет активность целой плазмиды устойчиво- стиукишечной палочки. Эта плазмида, когда она включена, делает кишечную палочку неуязвимой для тетрациклина, ампициллина, стрептомицина и сульфаметоксазола — четырех антибиотиков из числа наиболее широко используемых в медицине. К началу 2007 года исследовательнице удалось сузить область поисков “регуляторного переключателя” этой плазмиды до одной из нескольких групп генов. Когда она найдет этот переключатель, следующая ее задача будет состоять в том, чтобы разобраться, какого рода сигналы его запускают и как их можно заблокировать.

Разумеется, плазмиды — не единственное хранилище генов устойчивости. Некоторые из таких генов, попадая в бактерию на плазмиде, тут же перескакивают в главную хромосому. Другие возникают в результате мутаций или встраиваются в хромосому вместе с ДНК бактериофагов (вирусов, которые заражают бактерий) или конъюгативных транспозонов (своего рода перескакивающих генов). Надежда во всех этих случаях прежде всего на один или несколько методов прямого выключения генов — на так называемые антисмысловые генетические технологии. Эти технологии предполагают искусственное создание фрагментов ДНК с обратной последовательностью, блокирующих работу соответствующих генов. Самым известным примером применения таких технологий был не имевший коммерческого успеха сорт помидоров “Флавр-Савр”, выведенный в начале девяностых. Специалисты по генной инженерии получили этот медленно созревающий сорт, введя в него антисмысловой ген, частично блокировавший синтез гормона созревания, что позволяло фермерам собирать уже зрелые (а значит, более ароматные) помидоры, не боясь, что они сгниют по дороге к покупателю. Незначительно улучшенного аромата оказалось недостаточно, чтобы преодолеть недоверие покупателей к генетически модифицированному “Франкенфрукту”, но сам факт его получения был выдающейся демонстрацией возможности антисмысловых технологий.

Примерно в то же время, когда “Флавр-Савр” совершал свой непродолжительный дебют, команда Стюарта Ливи в Университете Тафтса начала работу над созданием анти- смыслового гена, блокирующего работу гена устойчивости ко многим антибиотикам mar (multiple-antibiotic-resistance), обнаруженного у множества близкородственных болезнетворных микробов, в том числе сальмонелл (возбудителей пищевых отравлений), шигелл (возбудителей бактериальной дизентерии), чумных палочек (возбудителей чумы) и дюжины с лишним возбудителей внутрибольничных инфекций: энтерококков, цитробактеров, серраций и клебсиелл. Ген таг представляет собой своего рода центральный переключатель для целого набора генов устойчивости, делающих микробов невосприимчивыми к десяткам антибиотиков, от давних стандартных средств, таких как тетрациклин и ампициллин, до перспективных новых препаратов таких как норфлоксацин. Ливи и его коллеги встроили Щученный антисмысловой ген к гену таг в плазмиды помощью минутного повышения температуры до 42 °C и электрического импульса побуждали клетки кишечной палочки поглощать такие плазмиды. Этот метод, конечно, нельзя было использовать на практике для борьбы с болезнетворными микробами, но он открывал многообещающее новое направление исследований.

Но с тех пор как Ливи продемонстрировал саму подобную возможность, ряду других ученых удалось добиться аналогичных результатов, побуждая бактерий в пробирках поглощать антисмысловые последовательности, лишавшие их устойчивости к ванкомицину в одном эксперименте и к амикацину в другом. (Амикацин — довольно токсичное средство, особенно часто применяемое при тяжелых формах внутрибольничных инфекций, устойчивых ко всему остальному.) Как и в случае с методами чистки от плазмид, конечный успех работ, ведущихся в этом направлении, целиком и полностью зависит оттого, удастся ли найти практические способы заставить бактерий делать то, что от них требуется, в организме пациента. С другой стороны, обнадеживает то, что микробиологи в настоящее время исследуют сразу несколько возможных способов введения антисмысловых генов в бактериальные клетки. Например, такие гены можно упаковывать в бактериофагов, или заключать в маленькие жировые пузырьки, легко проходящие через клеточные стенки бактерий.

Возможности животноводства

Хотя самый непосредственный источник устойчивости к антибиотикам — это их использование для профилактики и лечения человеческих заболеваний, все новые и новые данные подтверждают, что устойчивые бактерии и их опасные гены попадают в наш организм также с мясом, яйцами и через загрязненные стоки с животноводческих ферм Ширится движение североамериканских ученых, врачей и потребителей сельскохозяйственной продукции, которые пытаются добиться от государственных структур США и Канады запрета на добавление антибиотиков в корма для стимуляции роста сельскохозяйственных животных. В Европейском союзе полный запрет на такую практику был введен в 2005 году. Но даже если использование антибиотиков для стимуляции роста полностью прекратится, их по-прежнему будут в большом количестве скармливать сельскохозяйственным животным для профилактики распространения предполагаемых инфекций. А кроме того, как справедливо отмечали представители фармацевтической промышленности, в некоторых случаях введенный в Европе запрет на ускоряющие рост антибиотики привел к росту заболеваемости и более активному использованию антибиотиков в терапевтических целях.

Что же делать? Скотт Макьюэн, специалист по ветеринарии и безопасности пищевых продуктов из Гуэлфского университета, консультируя канадские органы государственного регулирования, советует найти выгодный обеим сторонам компромисс. “На наш взгляд, успех в этом деле зависит от более тонкого подхода”, — говорит Макьюэн.

В качестве консультанта при Министерстве здравоохранения Канады, канадского аналога Управления пищевых продуктов и медикаментов, Макьюэн давно пытается угодить защитникам интересов как промышленности, так и потребителей. “На мой взгляд, — говорит он, — европейский опыт должен научить нас тому, что есть множество ситуаций, где мы можем резко понизить устойчивость микрофлоры животных, не оказывая никакого или почти никакого негативного воздействия на производительность животноводческих ферм”. В частности, Макьюэн отмечает, что прекращение добавления антибиотиков в пищу животных в более зрелом возрасте, ближе к тому возрасту, в котором их забивают» может дать их организмам шанс повторно заселиться не столь опасными бактериями, не вызывая существенных вменений ни в скорости роста, ни в их восприимчивости инфекциям. Когда же фермеры впервые отнимают пороет от матери и собирают их вместе в больших “поросячьих яслях”» не проводя при этом профилактического курса антибиотиков, среди таких поросят нередко свирепствуют аспираторные и желудочно-кишечные инфекции.

В то же время Макьюэн отмечает, что ионофоры (на которые приходится до половины “питательных” антибиотиков, используемых в североамериканском животноводстве) никогда не применялись и, судя по всему, не будут применяться для лечения и профилактики заболеваний человека, а кроме того, не отмечено никакой связи между устойчивостью к этим препаратам и устойчивостью к важнейшим “человеческим” антибиотикам. “Так почему бы их не использовать? — удивляется Макьюэн по поводу запрета на их применение в Европе. — Если же кто-то попытается сказать, что в качестве стимуляторов роста стоит обратиться к цефалоспоринам или фторхинолонам, то это очевидная ерунда. Все наши данные говорят о том, что устойчивость к этим антибиотикам вырабатывается быстро и представляет явную угрозу здоровью людей”. Наилучший, по словам Макьюэна, из найденных до сих пор компромиссов являет собой политика такого гиганта американского фастфуда, как McDonald's. Согласно новым правилам этой компании, распространяющимся на всех ее поставщиков мяса во всем мире, им запрещается использовать исключительно для стимуляции роста антибиотики какого-либо из классов, разрешенных к применению для лечения заболеваний людей, — независимо оттого, активно ли применяются эти антибиотики в настоящий момент.

Ограничить использование антибиотиков в ветеринарии, заключает Макьюэн, как и их применение для лечения и профилактики заболеваний человека, будет не так-то просто. Ясно, что никто не захочет вообще отказаться от лечения больных животных, будь то из сострадания или из нежелания есть мясо таких животных. “Тут начинают поступать предложения использовать одни классы антибиотиков только для людей, а другие — только для животных, — говорит он. — Но сделать это не так-то просто. Вспомним хотя бы примеры с авопарцином и ванкомицином”. По словам Макьюэна, что бы мы ни делали для решения этих проблем, одной из важнейших задач всегда будет непрерывный мониторинг, включающий поддержание баз данных по всем антибиотикам, используемым животноводами и ветеринарами, сбор сведений о том, какие гены устойчивости наблюдаются у бактерий, загрязняющих мясо и яйца, и анализ устойчивости к важнейшим “человеческим” антибиотикам, с которой врачи сталкиваются у своих пациентов. “В настоящее время золотым стандартом такого мониторинга может служить система, внедренная в Дании, — говорит Макьюэн, — где порядок предоставления информации строго регулируется, и ни одна свинья или другое животное не получит антибиотика без соответствующего предписания, а данные, поступающие со всей страны, сопоставляются и анализируются”. При этом он готов признать, что стоимость и практические особенности такой системы делают ее недоступной для внедрения в Канаде и США, где животноводством занимаются более крупные предприятия, а потребляемые животными антибиотики представляют собой мешанину из средств, требующих и не требующих предписаний к применению. “Может быть, когда-нибудь…” — говорит Макьюэн. А пока канадское правительство организовало предварительный вариант подобной системы мониторинга, где внимание сосредоточено на сети сигнальных ферм и ветеринарных клиник, призванных на ранних этапах предупреждать устойчивых микроорганизмах, оказавшихся на пути к столу.

Мы добились бы большего, если бы вернули животноводство к более традиционным способам ведения хозяйства, добавляет Макьюэн. Результаты всех исследований говорят о том, что животные, выращенные на небольших семейных” фермах, нуждаются в меньшем количестве антибиотиков и переносят меньше устойчивых к антибиозам бактерий. Но такие старомодные фермы не могут тягаться с крупными животноводческими предприятиями, масштабы которых позволяют им существенно сократить расходы. “Мало кто из потребителей согласится платить соответствующую разницу в цене”, — признаёт Макьюэн. В конечном итоге, подытоживает он, решить эту проблему позволят поиски эффективных альтернатив антибиотикам. 0 этом отношении выгоду сельскому хозяйству сулят разработки новых способов лечения и профилактики заболеваний человека.

Не только антибиотики: новые способы борьбы с микробами

Как и целая куча других химикатов, бактериофаги чертовски похожи на живые организмы. Большинство бактериофагов, если посмотреть на них в электронный микроскоп, напоминают головастых пауков или, может быть, лунные модули. Когда фаг поджимает свои членистые “ноги”, его “хвост” соприкасается с клеточной стенкой бактерии.

И по нему вирус вводит в клетку гены, которые превратят ее в фабрику по производству фагов. Вирусы, заражающие растения и животных, напоминают просто шарики из жеваной бумаги и представляют собой гены в белковой оболочке, которые садятся на поверхность клетки, и она по ошибке поглощает их.

В более сложном устройстве бактериофагов нет ничего удивительного, если принять во внимание, что их гонка вооружений с бактериями началась задолго — возможно, за несколько миллиардов лет — до появления на Земле любых других форм жизни. Столь долгой эволюцией может объясняться и то, что бактериофаги — самые разборчивые из всех вирусов на планете. Многие из них заражают не просто определенный вид бактерий, а лишь несколько избранных штаммов. До появления молекулярно-генетических методов эта разборчивость давала микробиологам удобный способ определять штаммы бактерий и отличать их друг от друга. Например, штамм золотистого стафилококка 80/81, по чьей вине в пятидесятые годы погибали дети, был назван так за свою восприимчивость к бактериофагам № 8о и 81 из набора, в котором их было больше сотни.

В наши дни особую известность бактериофагам принесли популярные статьи вроде той, что вышла в журнале Wired под заголовком “Почему прожорливые советские вирусы спасут мир?” (подзаголовок: “Они завтракают бактериями, устойчивыми к антибиотикам”)45. Романтическим историям об открытиях, связанных с бактериофагами, и о способах их применения посвящены многие десятки журнальных статей, документальных телефильмов и книг, от статьи Питера Радетски “Хороший вирус”, опубликованной в 1996 году в журнале Discover, до вышедшей в 2006 году книги Томаса Хойслера “Вирусы против супермикробов”.

История медицинского применения бактериофагов началась в 1916 году, когда французско-канадский микробиолог Феликс д’Эрелль впервые выделил их из образца стула и канализационной воды и продемонстрировал, что эти вирусы способны расти только внутри бактерий, которых они при этом эффективно убивают. В том же году д’Зрелль разработал фаговое средство для лечения шигелезз (бактериальной дизентерии). На Западе его исследования не нашли широкого признания, и в 1933 году д’Эрелль покинул Йельский университет и поехал в Тбилиси, где при его участии один из его бывших подопечных, Георгий Ииава, организовал на щедро выделенные Сталиным средства целый институт для изучения бактериофагов. Хотя сам Зяиава вскоре попал в опалу и в 1937 году был расстрелян, методы фаговой терапии успешно развивались за железным занавесом и использовались там в качестве дешевой альтернативы антибиотикам. В России и Грузии фаговые средства от расстройств кишечника, инфекций мочевых путей и ряда других распространенных заболеваний по-прежнему можно купить в аптеке, а тбилисский институт, теперь носящий имя его основателя, остается мировым центром разработки методов фаговой терапии. Но денег на исследования в этой области всегда выделялось мало, и с распадом СССР 0 1991 году институт оказался почти без средств. Поэтому строгие доказательства эффективности фаговой терапии так и остались в лучшем случае скудными.

Честь возрождения исследований фаговой терапии на Западе во многом принадлежит Александру (Сандро) Сулаквелидзе — грузинскому специалисту по молекулярной биологии, ставшему в 1993 году научным сотрудником Медицинской школы Мэрилендского университета. В то время его руководитель Гленн Моррис пытался найти способ остановить нарастающие вспышки инфекций, вызываемых устойчивыми к ванкомицину энтерококками в университетской больнице в Балтиморе. “Может быть, попробовать использовать фагов?” — предложил Сулаквелидзе.

Фаги казались несравненным лекарственным средством: действуя лишь на узкий круг мишеней, они сулили мало вреда нормальной микрофлоре человеческого организма и были совершенно безвредны для его собственных клеток. Более того, в любой воде, загрязненной канализационными стоками, можно было найти нескончаемую череду разнообразных фагов, чтобы выявить среди них наилучшего или наилучших для лечения любой конкретной инфекции. К 1996 году Моррис и Сулаквелидзе уже собирали фагов в Балтиморской гавани и докладывали на медицинских конференциях результаты экспериментов, проведенных пока в пробирках, в лабораторных условиях.

Сказать, что эти идеи вызвали интерес, значит ничего не сказать. К 2002 году уже больше двух дюжин новых биотехнологических компаний стремились первыми начать клинические испытания средств фаговой терапии, участвуя в бурной гонке, с которой могла сравниться лишь поднятая в прессе шумиха по поводу того, что называли “забытым средством Сталина”. Среди пациентов, зараженных неизлечимыми бактериальными инфекциями, возникло что-то вроде культа, вызвавшего появление в прессе новой волны статей — о том, как отчаявшиеся люди отправлялись в Тбилиси за средствами, недоступными на Западе. В 2003 году ньюаркская газета Star-Ledger рассказала историю Кевина Смилли, тридцатисемилетнего американского инженера, страдавшего от мучительного бактериального синусита, возбудители которого оказались устойчивы ко всем антибиотикам. Поиск в интернете по запросу “альтернативы антибиотикам” привел его в тбилисский институт. Там ему хирургическим путем вживили пропитанные фагами “биодермные” полоски — в операционной, где за месяц до этого во время операции с потолка упала единственная лампа верхнего света. “Только быстрота реакции одного из врачей спасла от катастрофы, — писала репортер Эми Эллис Натт, — и на протяжении оставшейся операции ему пришлось самому держать лампу над пациентом”. Смилли получил месячную передышку, после чего, уже по возвращении в США, его болезненная инфекция возобновилась. В конце статьи сообщалось, что Смилли теперь принимает один из новых антибиотиков и планирует совершить новую поездку в Тбилиси. (С тех пор у него диагностировали одну из форм иммунодефицита, делающую его предрасположенным к хроническим инфекциям.)

Смилли отнюдь не одинок в своей стойкой вере в возможности фаговой терапии. Но прошло уже больше десятка лет с тех пор, как на Западе поднялась шумиха вокруг фагов, а популярных статей о средствах фаговой терапии по-прежнему намного больше, чем научных публикаций. Некогда обширный круг компаний, проводящих исследования в этой области, сократился до пяти или шести, и ни одна из них еще не перешла к испытаниям на пациентах. В конце 2006 года одна компания (Intralytix, основанная Моррисом и Сулаквелидзе) получила одобрение Управления пищевых продуктов и медикаментов на использование первого фагового препарата — пищевой добавки, уничтожающей содержащихся в мясе листерий.

Почему же прогресс в этой области отнюдь не оправдал первоначальных надежд? Во-первых, ученых всегда передергивало, когда о фагах говорили, что они “совершенно безвредны”. Хотя фаги действительно вездесущи (когда мы облизываем губы, около миллиона фагов может попадать нам в рот), для терапевтического применения их необходимо очищать и сгущать до концентраций намного более высоких, чем любые встречающиеся в природе. Не может ли такая пилюля из концентрированных вирусов, при всей их безвредности для человеческих клеток, запустить опасную иммунную реакцию? Судя по данным нескольких небольших испытаний, скорее всего нет. Но есть и другие потенциальные опасности. “Почти все разновидности токсинов, производимых болезнетворными бактериями, связаны с генами, передаваемыми фагами, — говорит Винсент Фискетти, исследующий этих вирусов с шестидесятых годов. — Вот что делают фаги. Переходя от одного хозяина к другому, они подхватывают и переносят гены”. Токсины, выделяемые микробами при дифтерии, холере, некротическом фасциите и вызываемых кишечной палочкой геморрагических инфекциях, все кодируются фагами, превратившими некогда безвредных микробов в патогенных убийц.

Сулаквелидзе и многие другие поборники фаговой терапии отвергают эту опасность как легко преодолимую. “Мы исследуем геномы наших фагов на предмет генов токсинов и чего угодно другого, чего нам не хотелось бы передавать, и просто не используем тех, у кого эти гены есть”, — говорит Сулаквелидзе. Если учитывать, что в каждом ведре загрязненной воды содержатся миллионы фагов, может показаться, что эта задача проста. Но даже самый “чистый” фаг вполне способен подхватить какие-нибудь новые нехорошие гены — особенно если применять его против супермикробов, несущих немало такой опасной ДНК. Чтобы снизить риск, добавляет Сулаквелидзе, нужно тщательно отбирать фагов, почти или совсем не склонных встраиваться в хромосомы хозяев.

Проблема, предупреждает Фискетти, состоит в том, что мы по-прежнему еще очень далеки от полного понимания процессов перетасовки генов бактериофагами. В частности, Фискетти и его коллега Томас Броуди недавно показали, что фаги, кодирующие токсины, в пробирке ведут себя совсем не так, как в организме животного. Если поместить нетоксичный штамм пиогенного стрептококка в пробирку вместе со штаммом, несущим кодируемый фагом токсин, это ни к чему не приведет. Но если нанести оба штамма на горло мыши или поместить их в культуру клетку человеческого горла, то кодирующие токсин фаги будут время от времени перескакивать на нетоксичных стрептококков, делая из них патогенных микробов. Хотя Фискетти весьма увлечен идеей использования фагов, он склонен проявлять осторожность в отношении их терапевтического применения: “Мы просто не можем сказать, что произойдет, когда мы сконцентрируем этих вирусов и будем применять и* для борьбы с патогенными микроорганизмами”.

Помимо проблемы безопасности на пути методов фаговой терапии стоят и практические затруднения. Поскольку иммунная система узнаёт в бактериофагах вирусов, она быстро очищает от них организм. Утверждают, что советские ученые еще на раннем этапе исследований в этой области добились определенных успехов в решении проблемы, многократно вводя животным некоторый набор фагов и выделив ряд вирусов, по каким-то причинам сохраняющихся в крови в течение нескольких дней. Однако таких неуязвимых для иммунной системы фагов пока не удалось выделить среди тех, что известны своей способностью поражать болезнетворных бактерий. Поэтому даже в Восточной Европе успешное использование фагов всегда ограничивалось средствами, которые не должны поглощаться организмом, например кишечными “смывателями”, направленными на возбудителей поноса, таких как шигеллы или сальмонеллы, а также пропитанными фагами полосками, которые можно накладывать на раны или слизистые оболочки, как это сделали в зараженных носовых пазухах Кевина Смилли.

Еще одно препятствие состоит в том, что бактерии быстро вырабатывают устойчивость к фагам, чего и следовало ожидать, учитывая продолжительность их совместной истории. Поэтому лекарственные средства на их основе должны представлять собой разнообразные “коктейли” что, во-первых, делает эти средства менее специфичными (увеличивая угрозу сопутствующего ущерба миκрофлорe а во-вторых, затрудняет их проверку на предмет безопасности. Наконец, фаговые средства почти невозможно патентовать. Фармацевтическая компания может запатентовать определенный коктейль из фагов, но ничто не помешает другой компании смешать еще один коктейль, немного отличающийся от первого. “Без патентов очень сложно добиться от кого-нибудь вложения миллионов в исследования и разработки, — говорит Фискетти. — Такое дело начинает казаться безрассудством”.

Быть может, самой резкой критике фаговая терапия подверглась в 2004 ГОДУ» когда Стивен Проян, начальник отдела антибактериальных исследований фармацевтического гиганта Wyeth, отметил, что за столетие изучения фаговых методов терапии на подопытных животных была опубликована всего одна статья, в которой была показана польза от такой терапии. “Это молчание о многом говорит, — писал Проян в научном журнале Nature Biotechnology. — Надо признать, что собственные истории, рассказываемые пациентами, которым якобы помогла фаговая терапия, одновременно забавны и печальны, потому что те, кому не удалось вылечиться от инфекции, своих историй по понятным причинам не рассказывают”. Параллели с такими модными лекарствами, как развенчанное “средство от рака” амигдалин, напрашиваются еще настойчивее, если почитать в интернете рекламу, зазывающую пациентов в Тбилиси на лечение в любой из множащихся там центров фаговой терапии или в готовящуюся к открытию дочернюю клинику в мексиканском городе Тихуана.

И все же даже такие критики фаговой терапии, как Проян, и такие осторожные ее сторонники, как Фискетти, готовы согласиться, что исследования в этой области могут рано или поздно привести нас к важным новым подходам к борьбе с бактериальными инфекциями. Проян как специалист по разработке лекарств считает перспективными исследования в следующем связанном с фагами направлении. Фаги заражают бактерий, пронзая доспехи бактериальной клетки в уязвимых местах, отмечает он. Так почему бы не использовать фагов в поисках новых мишеней для противомикробных препаратов? Монреальская компания PhogeTech работает именно в этом направлении, анализируя крошечные геномы фагов, которые заражают стафилококков, и изучая белки, используемые этими фагами для захвата аппарата копирования генов и синтеза белков в клетках этих микробов.

Тем временем сотрудникам лаборатории Фискетти в Рокфеллеровском университете удалось выделить некоторые из ферментов, производимых бактериальной клеткой по указке бактериофагов, когда они заканчивают размножаться у нее внутри. Эти ферменты заставляют клетку совершить что-то вроде харакири: ее оболочка разрывается и новые фаги выходят наружу, заражая другие клетки и повторяя цикл. Фискетти установил, что эти ферменты (лизины) работают ничуть не хуже, если действовать ими на бактерию снаружи. “Стоит им только соприкоснуться с бактерией, и она погибнет”, — говорит он. Более того, большинство лизииов, выделенных Фискетти, оказались веществами такого же прицельного действия, как и сами производящие их фаги. К настоящему времени ему удалось выделить лизины, эффективные против возбудителя сибирской язвы и полудюжины болезнетворных разновидностей стрептококков. Кроме того, Фискетти показал, что эти вещества работают не только в пробирке: например, они позволяют вылечивать мышей от пневмококков — главных возбудителей ушных инфекций и бактериальной пневмонии у людей. “Возможность вылечивать детей и пожилых людей от пневмококков уже позволит спасти множество жизней и предотвратить развитие множества воспалений среднего уха”, — говорит он. Но важнее всего, наверное, то, что выделенные Фискетти пневмококковые лизины не трогают “хороших” стрептококков, таких как Streptococcus salivarius и S. vestibularis, помогающих выгонять из организма их более опасных родственников.

Использование лизинов бактериофагов вместо целых вирусов позволяет также избежать опасностей, связанных с обменом генами и иммунными реакциями. При этом иммунная система не пытается очистить организм от лизинов с их маленькими молекулами, и они могут долгое время сохраняться в тканях, подобно традиционным антибиотикам. По словам Фискетти, за те лет десять, что он работает с лизинами, ему редко доводилось сталкиваться с выработкой устойчивости к ним у бактерий. “Мы всеми силами пытались стимулировать ее выработку”, — говорит он и описывает эксперименты, в которых бактерий подвергали воздействию низких концентраций препарата, а затем искали обладателей частичной устойчивости среди выживших. “Но бактерий никогда нельзя недооценивать, — предупреждает он. — Может быть, устойчивость к лизинам им и сложнее выработать, чем устойчивость к традиционным антибиотикам. Но рано или поздно это случится”.

Что же до того, дождемся ли мы появления лизиновых антибиотиков, Фискетти надеется, что уже нашел необходимые источники финансирования, чтобы в ближайшие несколько лет начать испытания таких средств на людях. Ему помогает то, что у него уже имеется больше двадцати патентов на различные вещества, в том числе необычайно широкий патент на использование любых фаговых лизинов для профилактики инфекций путем очищения кожи, слизистых оболочек или кишечника человека от микробов, склонных вызывать неприятности.

Наиболее перспективным направлением использования целых фагов, предсказывает Фискетти, станет применение их для уничтожения устойчивых к антибиотикам бактерий вне организмов, например в больницах и в домах престарелых. Исследователи из компании Intralytix в настоящее время разрабатывают как раз такое содержащее фагов средство для дезинфекции, действующее специфически на листерий. Этот аэрозоль, по словам Сулаквелидзе, идеально подойдет для использования на предприятиях пищевой промышленности, особенно для обеззараживания таких известных мест скопления бактерий, как системы кондиционирования воздуха и водостоки. “Даже высокие концентрации химикатов нередко не позволяют уничтожить всех бактерий в таких местах, — объясняет он. — Листерии плодятся там вновь и вновь”. В таких ситуациях целые фаги могут иметь преимущество перед их лизинами, потому что сами вирусы способны сохраняться там и размножаться, пока им есть кого заражать.

Компания Intralytix уже получила официальное разрешение на тестирование одного из дезинфицирующих средств, разработанных ее сотрудниками, на птицефабриках и начала сотрудничество с исследовательской службой Министерства сельского хозяйства США для тестирования фаговых аэрозолей и жидкостей на зараженных листериями и сальмонеллами продуктах, хотя полученные результаты оказались неоднозначными. Другие исследовательские группы пытались применять фагов для снижения уровня бактериального загрязнения мяса. Особенно успешно такие испытания прошли фаговые аэрозоли, распыляемые на поверхность сырой говядины, свинины и мяса птицы. Не столь успешными оказались опыты по добавлению фагов в корм животных непосредственно перед забоем.

Коконы и лягушачья слизь

Примерно в то же время, когда западная наука повторно открыла методы фаговой терапии, научные журналы полнились сообщениями о еще одном “естественном” средстве борьбы с микробами. Молекулы антимикробных пептидов состоят из крошечных цепочек аминокислот — как в молекулах белков, только меньше. До 1981 года их совсем не замечали среди множества более сложных бактерицидных веществ, содержащихся в слезах, слизистых выделениях и других жидкостях многоклеточного организма. Но в тот год шведский микробиолог Ханс Боман выделил два антимикробных пептида (АМП) из покоящихся куколок гигантской ночной бабочки церкопии (Hyolophora cecropio) и назвал их в ее честь церкопинами. Церкопины, выделенные Боманом, убивали широкий набор бактерий, но оказались совершенно безвредными для небактериальных (эукариотических) клеток. Это замечательное открытие частично объясняло, как насекомые и другие беспозвоночные животные противостоят инфекциям, не имея антител, Г-клеток и β-клеток, которыми вооружены более “адаптивные” иммунные системы высших животных. Четыре года спустя патолог из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Роберт Лерер открыл, что в организме человека (а вероятно, и в организмах всех других форм многоклеточной жизни) АМП тоже синтезируются. Он обнаружил их упакованными в пожирающие бактерий иммунный клетки — так называемые нейтрофилы. Лерер назвал эти человеческие АМП дефензинами.

Идея использовать АМП в медицине в качестве противобактериальных препаратов пришла в следующем, 1986 году в голову одному сердобольному исследователю из Национальных институтов здравоохранения, имевшему привычку не убивать подопытных лягушек, у которых он извлекал икру, а оставлять их в живых и зашивать разрезы, которые дЛЯ этого требовалось сделать. Майкл Заслофф изучал работу генов на удобном материале — больших и прозрачных икринках шпорцевой лягушки. Введя самке лягушки обезболивающее и хирургическим способом удалив ее икру, он тратил несколько секунд на то, чтобы наскоро зашить разрез, и выпускал лягушку обратно в мутную воду аквариума, к ее сестрам. Однажды, доставая нескольких мертвых старых лягушек из этой зеленой воды, Заслофф обратил внимание на примечательное состояние тех лягушек, которых он уже оперировал. Хотя он не только не стерилизовал свой скальпель, но и не чистил сколько-нибудь регулярно аквариум, разрезы на теле этих лягушек прекрасно заживали, без малейших признаков воспаления. Заслофф заподозрил, что в слизистой коже земноводных должна содержаться особенно сильно действующая разновидность вещества, подобного церкопинам Бомана или дефензинам Лерера.

Гомогенизировав образцы кожи нескольких лягушек, которыми пришлось пожертвовать, он выделил два антимикробных пептида, обладавших, как он утверждал, широким антибиотическим действием, причем более сильным, чем какое-либо другое из известных науке веществ. Он назвал их магайнинами — от слова, означающего на иврите “щит”, и в 1987 году опубликовал свои открытия, получившие широкое признание. В прессе вокруг антимикробных пептидов, как и вокруг фазовой терапии, вскоре поднялась шумиха. После хвалебной заметки в разделе новостей “Нью-Йорк тайме” опубликовала редакционную статью, где достижения Заслоффа ставились в один ряд с достижениями не только Александра Флеминга, открывшего пенициллин, но также Говарда Флори и Эрнста Чейна, потративших десяток лет на то, чтобы сделать из пенициллина работающий лекарственный препарат. “Д-р Заслофф благодаря огромным возможностям современных биологических технологий, прошел все этапы сам, причем всего за один год”, — писали редакторы, отмечая, что это открытие приспело как нельзя вовремя, чтобы спасти человечество от нарастающей критической ситуации с устойчивостью к антибиотикам. “Даже если сбудется лишь часть из того, что обещают лабораторные эксперименты с этими веществами, — говорилось в заключении статьи, — это все равно будет означать, что д-р Заслофф сумел найти достойного преемника пенициллину”.

Дальнейшие исследования показали, каким образом антимикробные пептиды избирательно губят бактерий. Их молекулы несут слабый положительный заряд и поэтому прилипают к отрицательно заряженным наружным поверхностям бактериальных мембран, но не к почти лишенным заряда мембранам животных клеток. Прилипнув к поверхности микроба, молекула пептида меняет свою форму так, что пронзает оболочку клетки. Пронизанная такими отверстиями, бактерия “истекает кровью”, только в обратном направлении: она гибнет от воды, хлещущей в клетку снаружи.

Заслофф полагал, что нашел у микробов настоящую ахиллесову пяту. “Несмотря на свое древнее происхождение, антимикробные пептиды по-прежнему остаются эффективными орудиями защиты, опровергая всеобщее убеждение, что бактерии, грибы и вирусы могут выработать устойчивость к любому вообразимому веществу и рано или поздно ее выработают”, — заявлял он. Казалось, что бактериям, чтобы выработать устойчивость к этим пептидам, пришлось бы принципиально изменить физическую структуру своих мембран, изменив их электрический заряд, что невозможно, как доказывали Заслофф и его единомышленники. Такая самоуверенность была настоящим искушением судьбы. Но результаты исследований Заслоффа, судя по всему, подтверждали этот вывод.

Заслофф и спонсоры его исследований вскоре организовали частную компанию для финансирования клинических испытаний. Как практикующий педиатр, а не только как исследователь, Заслофф был особенно увлечен разработкой на основе АМП средства для лечения муковисцидоза ν маленьких пациентов. В 1997 году, работая в Пенсильванском университете, он принял участие в исследованиях, показавших, что эта болезнь развивается, по крайней мере отчасти, из-за дефективных дефензинов, работающих в легких. Тем временем полученные им ранее результаты вызвали настоящий бум открытий других антимикробных пептидов и получения патентов на них, каждый из которых мог принести миллиарды долларов в этом жаждущем новых антибиотиков мире.

К 1998 году Заслофф испытал эффективность своих магайнинов в качестве средства от стрептодермии (бактериального кожного заболевания) и диабетических кожных язв на тысяче с лишним добровольцев. В обоих случаях АМП показали умеренную эффективность в подавлении и профилактике инфекций. Этого было достаточно, чтобы вызвать интерес такого фармацевтического гиганта, как компания SmithKline Beecham, которая собралась выпустить разработанный Заслоффом антибиотический крем под названием “Лоцилекс”. Но весной следующего года на пути этого препарата к покупателям возникла внезапная преграда, когда консультативный совет Управления пищевых продуктов и медикаментов, обсуждавший возможность окончательного одобрения, объявил о том, что хотя безопасность лоцилекса и была убедительно показана, его эффективность требовалось подтвердить дополнительными исследованиями.

Это решение вызвало бурю гнева среди обнадеженных диабетиков и внезапную утрату интереса со стороны компании SmithKline Beecham. Но другие исследования, связанные с АМП, продолжали идти полным ходом. При этом всеобщая уверенность в безопасности АМП была так велика, что Заслофф даже предложил сделать на основе другого продукта его компании, акульего АМП сквала- мина, средство для подавления аппетита. Испытания, проведенные на мышах, дали неожиданный результат, показав, что этот пептид способствует сокращению приема пищи. К 2001 году число открытых антимикробных пептидов уже приближалось к пятистам, а в научной литературе вышли тысячи связанных с АМП статей. В том же году Майкл Шнаерсон и Марк Плоткин опубликовали книгу “Убийцы внутри нас” — пугающее описание смертоносного распространения устойчивых к антибиотикам бактерий. В заключительных главах авторы, уважаемые научные журналисты, говорили об антимикробных пептидах наравне с методами фаговой терапии как о двух главных надеждах на спасение современной медицины.

Но вскоре два специалиста по эволюционной биологии плеснули воды на разгоревшееся вокруг АМП пламя энтузиазма. В июне 2003 года Грэм Белл из канадского Университета Макгилла и Пьер-Анри Гуйон из Сорбонны опубликовали в журнале Microbiology полемическую статью, озаглавленную “Вооружаем врага”. В этой статье они предупреждали о том, что какими бы безопасными АМП ни казались в ближайшей перспективе, если их использование приведет к выработке устойчивости, то последствия могут оказаться катастрофическими. “Эволюция устойчивости к любому антибиотику, разумеется, делает его менее эффективным для лечения заболеваний, — писали они. — При этом она отнимает у любого синтезирующего этот антибиотик организма часть его антибактериального арсенала. В обычных случаях это не вызывало бы тревоги, но в данном случае антибиотик синтезируем мы сами”. Теоретически выработка устойчивости к АМП могла бы приведи к возникновению бактерий, неуязвимых для тех самых веществ, — их человеческий организм использует в качестве первой линии обороны. Побочным эффектом могли стать небольшие царапины, которые больше не заживают, глазные и респираторные инфекции, вызываемые микробами, повсюду летающими в воздухе. Даже самые невинные из бактерий, обитающих у нас в организме, стали бы вызывать тяжелые заболевания.

Предостережение Белла и Гуйона вызвало ошеломление, а затем возмущенную реакцию со стороны множества старателей, работающих на новом фармацевтическом поле антимикробных пептидов. Первым, кто ответил на эту статью в научной прессе, был сам Заслофф, который отверг возможность выработки устойчивости к АМП как “невероятную” и назвал логику Белла и Гуйона “принципиально ошибочной”. Он доказывал, что в распоряжении бактерий были миллионы лет на выработку устойчивости к этим веществам, но этого так и не случилось. Бросая Беллу личный вызов, Заслофф писал, что тот может попробовать использовать пексиганан, один из особенно широко испытываемых магайнинов, воздействуя на каких угодно микробов в какой угодно концентрации в течение какого угодно времени. “Готов спорить, что этот пептид не вызовет появления устойчивости”, — сказал он репортерам. Белл принял этот вызов, и оба ученых согласились опубликовать результаты этой работы в совместной статье.

Из двадцати четырех бактериальных культур, которые выращивались в лаборатории Белла под влиянием пексиганана, двадцать две выработали устойчивость к этому препарату. Как же удалось специалисту по эволюционной биологии добиться выработки устойчивости, которую не смогли выявить микробиологи, такие как Заслофф? Белл и один из его студентов-младшекурсников, Габриэль Перрон, воспользовались проверенным методом отбора и выведения устойчивых организмов. Они начали с того, что стали выращивать свои бактериальные штаммы (двенадцать разновидностей кишечной палочки и двенадцать синегнойной палочки) в бульоне, в который была добавлена чрезвычайно низкая доза пексиганана, что, по сути, гарантировало выживание хотя бы нескольких клеток. Каждое утро Перрону приходилось выделять выжившие клетки и переносить их в новую пробирку. При этом доза пексиганана каждые несколько дней повышалась вдвое. Это давало немногим выжившим мутантам время для накопления дополнительных мутаций, которые могли усилить их устойчивость. Этот процесс, хотя его осуществление в лабораторных условиях и требует немалого труда, чем-то похож на то, что может происходить с бактерией, когда она распространяется и размножается в организмах или какой-либо другой среде, где присутствует антибиотик одной из существующих разновидностей.

Будучи специалистом по эволюционной биологии, а не генетиком, Белл оставил другим выяснение того, какие конкретно мутации давали микробам, живущим в содержащей АМП среде, возможность выжить. Его дело было сделано: он доказал, что даже если бактерии и не вырабатывают устойчивости к антимикробным пептидам в природе, длительное применение этих веществ в больших концентрациях (то есть именно то, что происходит при лечении инфекций) принципиально меняет характер давления отбора и устойчивость может вырабатываться. Что же касается Заслоффа, он принял этот результат с редким достоинством для человека, посвятившего почти двадцать лет работы антибиотикам, к которым, по его твердому убеждению, невозможно было выработать устойчивость.

“Если что-то может случиться в пробирке, весьма вероятно, что это может случиться и в реальной жизни”, — заявил он накануне публикации результатов исследования. Белл, в свою очередь, согласился с Заслоффом, что такие результаты не должны послужить поводом для отказа от изучения антимикробных пептидов, но должны стать предупреждением, требующим более осторожного подхода к десяткам препаратов, готовящихся к применению в медицине и ветеринарии. Помимо более строгих проверок на устойчивость, Белл и Заслофф убеждали ученых исследовать также возможность перекрестной устойчивости, то есть подробнейшим образом проверять, могут ли АМП различных организмов, например насекомых, рыб или лягушек, вызывать выработку устойчивости к АМП человека, а также домашних и сельскохозяйственных животных. Такая перекрестная устойчивость с давних пор создает трудности при использовании обычных антибиотиков, выделяемых даже такими дальними родственниками, как грибы и бактерии (представители двух совершенно разных царств живой природы).

Более безопасный и перспективный подход состоит, возможно, в том, чтобы повышать уровень собственных антимикробных пептидов в организме пациента. И Заслофф и Белл высказались в поддержку этого подхода, сопряженного с меньшей угрозой выработки устойчивости, потому что у нас в организме АМП используются в сочетании со многими другими защитными средствами, такими как антитела или противобактериальные ферменты. В ходе первого испытания на животных лекарства, использующего этот подход, исследователям из Швеции и Бангладеш удалось вылечить зараженных шигеллами кроликов с помощью бутирата натрия — соли одной из жирных кислот, в норме присутствующей в толстой кишке в следовых количествах. Сам по себе бутират лишен антибиотических свойств.

Однако он стимулирует выработку кишечником кателицидина — мощного антимикробного пептида, не дающего бактериям прикрепляться к нежным клеткам выстилки кишечника. В эксперименте с кроликами те из них, кто получал бутират, начали выздоравливать от бактериальной дизентерии в течение суток, в то время как состояние контрольной группы, получавшей плацебо, продолжало явственно ухудшаться.

В ходе другого исследования из той же области, связанного с клетками иммунной системы человека, Роберт Модлин из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе установил, что витамин D усиливает выделение этими клетками дефензинов, а также их способность уничтожать возбудителей туберкулеза в клеточной культуре. Это открытие, возможно, объясняет пользу “лечения солнцем”, применявшегося в начале XX века в санаториях для туберкулезных больных, поскольку солнечный свет стимулирует естественную выработку витамина D нашей кожей. Кроме того, команда Модлина показала, что у людей африканского происхождения, отличающихся повышенной предрасположенностью к туберкулезу, сыворотка крови в меньших концентрациях содержит как витамин D, так и противомикробные пептиды — скорее всего потому что темная пигментация кожи предохраняет ее от воздействия солнечных лучей. Модлин уже перешел к клиническим испытаниям этого лабораторного открытия, которые должны показать, могут ли недорогие витаминные добавки повышать устойчивость к туберкулезу у представителей темнокожих народов. Значение данного открытия особенно велико в свете недавнего появления почти неизлечимых штаммов XDR ТВ, то есть крайне устойчивых к антибиотикам (eXtreme-Drug Resistant) возбудителей туберкулеза.

Тем временем, несмотря на недавно открывшуюся обратную сторону медали, интерес к разработке лекарственных препаратов на основе антимикробных пептидов охраняется. Если тревоги по поводу перекрестной устойчивости к человеческим АМП окажутся напрасными, такие препараты могут оказаться безопасными и существенно продлить золотой век антибиотиков. Но стодневный эксперимент Белла и Перрона напоминает нам, что все, что убивает бактерий, неизбежно способствует также выработке и распространению устойчивости. Принимая во внимание эту суровую реальность, кажутся безрассудством надежды на то, что даже самое осмотрительное использование существующих и быстрая разработка новых антибиотиков позволят добиться чего-нибудь большего, чем отсрочка очередного кризиса.

Как наивно бы это ни звучало во времена, когда о супер- микробах-убийцах трубит вся пресса, среди ученых растет единодушное убеждение, что пора перейти от эскалации войны с микробами к поиску мира в том мире, который был и останется миром бактерий. И это не какая-то отвлеченная философия: исследования, ведущиеся в этом направлении, уже начали приносить результаты.

Часть 6. Не убивать, а ослаблять, отвлекать и использовать

Населяющая наш организм биота составляет по сути, часть той среды, в которой мы живем. Нужно смириться с ее существованием. Однако это смирение не должно быть покорным и безропотным: с этой биотой можно не хуже, чем с остальной окружающей средой, совершать полезные манипуляции.

Микробиолог Теодор Роузбери (1962)

Разоружающие лекарства

Это был один из тех экспериментов, которые не доставляют удовольствия ни одному ученому: нужно было ввести бактерий под кожу мыши, чтобы вызвать у нее развитие отвратительного гнойника. Но цель преследовалась огромная — остановить одну из разновидностей разрушения тканей, отнявшую бессчетное число жизней, а также рук и ног, с тех пор как началось сосуществование людей и стафилококков в переменчивом режиме то мира, то войны. Причем остановить, не пытаясь убить этих скользких бактерий, но ослабив их военную мощь.

Осенью 2004 года Ричард Новик приблизился к достижению этой цели. До этого Новик, седоголовый ветеран микробных войн со скрипучим голосом, в течение двадцати лет возглавлял в Нью-Йоркском университете лабораторию, где изучали механизм печально известных превращений золотистого стафилококка из доктора Джекилла в мистера Хайда и обратно: сегодня это безобидный обитатель кожи или слизистой оболочки человека, а завтра он может неожиданно прорваться через все заграждения и вызвать смертоносное заражение крови или повреждения органов. В частности, Новику удалось выяснить, как у стафилококка включается набор из сотни с лишним генов, задействованных в запуске массового деления клеток, закупорки сосудов и выделения разрушающих органы токсинов.

Теоретически лекарство, которое блокировало бы превращение стафилококка из безвредного микроба в патогенного, должно было намного меньше способствовать выработке устойчивости, чем антибиотики, потому что оставляло бы задачу уничтожения микробов на совести различных иммунных реакций. Кроме того, такое лекарство должно было оказаться совершенно безвредным для тех представителей защитной микрофлоры нашего организма, которые ведут себя хорошо.

Руководящим принципом этого нового подхода к борьбе с бактериальными заболеваниями стала обновленная версия знаменитых постулатов Коха, благодаря которым медики сто лет назад сосредоточились на выяснении того, какие виды микробов какие заболевания вызывают. Современная, молекулярная версия этих постулатов направляет поиски в более тонкую область, задаваясь вопросом, что именно в том или ином штамме или виде микробов делает его вредоносным.

Впечатляющий механизм координации, используемый золотистым стафилококком при атаке, подсказал Новику, что делать дальше, чтобы получить искомое лекарство, подавляющее патогенность. Выбор золотистым стафилококком времени атаки достоин опытного полководца. Он не атакует слишком рано — этим он навлек бы на себя силы иммунного ответа, когда его армия клонов еще недостаточно велика для битвы. Но он и не ждет слишком долго, рискуя быть обнаруженным и атакованным, не успев достать оружие. Как же он “узнаёт”, что скопил достаточно сил для борьбы?

Новик понимал: золотистый стафилококк, как и многие другие разновидности бактерий, может проводить грубый подсчет своей численности с помощью небольших молекул особых веществ — так называемых пептидных аутоиндукторов {ΑΙΡ, autoinducing peptides). Когда такие молекулы выделяет маленькая группа бактерий, они расплываются в окружающей среде, но стоит колонии достигнуть определенных размеров и плотности, как эти молекулы начинают накапливаться. По сути, это накопление молекул сообщает колонии, когда у нее набирается “кворум”, то есть достаточный уровень численности для каких-то совместных действий. Если блокировать этот сигнал, рассуждал Новик, стафилококк вообще не станет расчехлять свои орудия.

Особенно удачно было то, что, как выяснил Новик, стафилококк сам дает нам средство для блокировки такого сигнала. Требовалось лишь немного простой человеческой хитрости. Дело в том, что Новик и его подопечные открыли, что каждый отдельный штамм золотистого стафилококка выделяет один из четырех различных пептидных аутоиндукторов, получивших неинтересные названия API-1, API-2, API-3 и API-42. Залив стафилококков одного штамма сигнальным веществом другого, можно было, по сути, зажать их переключатель патогенности в положении “выкл”.

И вот осенью 2004 года Новик и его подопечные ввели шести бесшерстным лабораторным мышам золотистых стафилококков штамма, выделяющего аутоиндуктор API-1. Кроме того, трем из этих шести мышей ввели аутоиндуктор API-2. В течение следующей недели у мышей, которым вводили только стафилококков, на месте инъекции развились большие нарывы, которые затем прорвались, превратившись в открытые гнойники. У тех же мышей, которым вместе с микробами ввели не соответствующий им аутоиндуктор, образовались лишь небольшие волдыри, которые вскоре спали и зажили. “Тем самым мы просто сместили равновесие в пользу иммунной системы, — говорит Новик. — Не то чтобы стафилококк вообще не мог вызвать заболевание, не включив производство токсинов. Но бактериям, застигнутым врасплох без токсинов, сложнее останавливать или убивать нейтрофилов, прибывающих, чтобы их уничтожить”.

В настоящее время Новик уже перешел от испытаний своих подавляющих патогенность средств на мышах к работе с культурами клеток человека и смертоносными штаммами стафилококков, выделенными из легких госпитализированных больных. Один из четырех пациентов, которым после инсульта или сердечного приступа требуется аппарат для искусственной вентиляции легких, умирает от тяжелой бактериальной пневмонии. Нельзя ли спасти этих людей, вводя им подходящий аутоиндуктор, подавляющий патогенность стафилококков? “В принципе, это прекрасная идея”, — говорит Новик. Но на многие вопросы еще предстоит ответить, начиная с того, насколько быстро эти вещества нужно вводить, чтобы они подействовали. Новик и его команда теперь работают над решением некоторых из этих вопросов.

Тем временем на двести миль севернее, в Гарвардской медицинской школе, Майкл Гилмор занимается поисками других похожих способов укрощения микробов. Его задача — справиться с устойчивым к ванкомицину энтерококком Enterococcus faecalis (VRE). Многие штаммы этого внутрибольничного супермикроба выделяют особые токсины, так называемые цитолизины, разрушающие клетки других разновидностей, в том числе клетки крови человека, и даже других кишечных бактерий. Разрушительный стиль жизни в сочетании с впечатляющей устойчивостью к антибиотикам делает VRE поистине страшным врагом. “По сравнцЮ с обычными энтерококками, которые имеются у всех в кишечнике, внутрибольничные штаммы, синтезирующие цитолизины, смертоноснее раз в сто”, — говорит Гилмор.

Как и стафилококк, VRE не применяет свое оружие непорядочно. Гилмор и сотрудничающие с ним коллеги открыли, что выделяемые этим энтерококком цитолизины играют и еще одну роль — химического радара, который сообщает микробу о приближении к жертве на расстояние выстрела. VRE выделяет цитолизины непрерывно, но обычно в небольшом количестве и всегда в виде двух составляющих — длинной и короткой молекул, которые должны вместе сесть на человеческую клетку, чтобы ее уничтожить. “И вот какой изящный трюк здесь работает, — говорит Гилмор о своем открытии. — Если эти две субъединицы не находят в окрестностях клетку-мишень, они садятся друг на друга. А если находят, то длинная субъединица садится на эту клетку намного быстрее, чем короткая”. В результате концентрация “короткого” цитолизина резко подскакивает, тем самым сообщая микробу, что жертва приблизилась на расстояние выстрела. В ответ на это он немедленно увеличивает производство токсинов более чем в сотню раз.

Хотя эта хитрая выдумка и позволяет энтерококку экономить боеприпасы, пока они не нужны, она же дала Гилмору идеальную мишень для подавляющего патогенность средства. “Короткая единица, — говорит он, — необходима и для того, чтобы убивать человеческие клетки, и для того, чтобы подавать энтерококку сигнал, что пора включать производство цитолизинов на полную мощность”. Гилмору и его коллегам удалось получить химические ингибиторы, быстро и прочно связывающие этот ключевой пептид, делая энтерококка слепым к человеческим клеткам, которые он в противном случае мог бы убить. Как и аутоиндуктор Новика, зажимающий переключатель у стафилококка.

Препарат, полученный Гилмором, не убивает бактерию. Он просто повреждает одно из самых опасных ее орудий. Это особенно важно, учитывая, какое изобилие безвредных, а возможно, и защитных штаммов и видов энтерококков живет у пациента в кишках. “Сегодня мы просто разносим всех подряд антибиотиками, — говорит Гилмор, — а ведь именно это и способствовало распространению таких устойчивых и патогенных штаммов”.

Третья важная мишень для средств, позволяющих бороться с инфекциями, не убивая их возбудителей, была обнаружена у стрептококков. Педиатр Виктор Низе из Калифорнийского университета в Сан-Диего нашел несколько замечательных мишеней, позволяющих подавлять патогенность как Streptococcus agalactioe (стрептококка группы В, вызывающего смертельные инфекции у новорожденных), так и пиогенного стрептококка — бактерии, вызывающей острый фарингит, а также некротический фасциит. В первом случае Низе нацелился на единственный ген, работа которого дает микробу, по словам исследователя, “щит и меч”. Щит представляет собой пигмент, спасающий бактерию от гибели, когда она оказывается внутри пожирающей микробов клетки иммунной системы. А меч — это токсин, уничтожающий такую клетку-солдата, проделывая в ее оболочке множество дырок.

В случае же с пиогенным стрептококком Низе и его ученики разобрались в биохимическом механизме, позволяющем этой бактерии синтезировать стрептолизин — ее характерный токсин. Кроме того, они открыли, что этот стрептококк выделяет неизвестный ранее фермент, позволяющий ему прорываться на свободу из своеобразных сетей, набрасываемых некоторыми клетками иммунной системы на своих жертв. Теперь Низе исследует возможности использования этих и других факторов патогенности в качестве мишеней и надеется получить действующие на эти мишени прототипы антибиотиков нового поколения.

Хотя большинство исследований в области средств ослабления бактерий пока находятся на стадии лабораторных разработок, массачусетская биотехнологическая компания Genzyme уже, возможно, близка к выпуску одного из таких средств в продажу. Ее препарат толевамер состоит из клейких молекул, которые связывают разрушающий клетки кишечника токсин, выделяемый одним из самых опасных супермикробов наших дней — новым гиперпатогенным штаммом Clostridium difficile. Если у врачей получится нейтрализовать этот токсин, пациенту можно будет перестать принимать антибиотики, которыми обычно приходится бороться с этим микробом, чтобы загнать его в его устойчивые к антибиотикам споры. А это, в свою очередь, позволит нормальной кишечной микрофлоре пациента восстановиться до уровня, который поможет совсем вытеснить болезнетворного микроба.

Традиция лечения желудочно-кишечных инфекций подобными лекарствами, связывающими токсины, существует давно и восходит к лечению активированным углем и висмутом (действующим началом пепто-бисмола). Толевамер, по сути, представляет собой более сильную и более прицельную разновидность этих лекарств, повсеместно продаваемых без рецепта. Кроме того, он имеет огромные преимущества перед нынешним стандартным способом борьбы с вызываемыми С. difficile инфекциями — с помощью губительных для микрофлоры антибиотиков, применение которых как раз и приводит к развитию большинства таких инфекций.

По состоянию на начало 2007 года более шестидесяти медицинских учреждений использовали малые дозы толевамера в качестве экспериментального средства. Результаты первых испытаний показали, что при лечении поноса и колитов, вызываемых С. difficile, этот препарат сравним по эффективности с ванкомицином и при этом оказывает несколько более постоянное действие, то есть, успешнее предотвращает повторное развитие инфекции. Учитывая, что эти испытания свидетельствуют о безопасности препарата, задействованные учреждения теперь переходят на применение его в более высоких дозах, в надежде, что результаты окажутся еще лучше.

Вакцины: кто предупрежден, тот вооружен

Препараты, связывающие токсины, сами разоружают бактерий, а подходящая вакцина может стимулировать выработку иммунной системой антител, которые делают то же самое. Именно так подавляют патогенность микробов некоторые старейшие и эффективнейшие вакцины. Например, противостолбнячная вакцина стимулирует выработку антител, нейтрализующих сильнодействующий токсин тетаноспазмин, вызывающий судороги в мышцах. Противодифтерийная вакцина защищает от яда столь смертоносного, что восемь миллионных грамма этого яда могут убить взрослого мужчину. Когда подавляющие патогенность вакцины используются широко, они могут приносить и дополнительную пользу, способствуя распространению более “мирных” штаммов бактерий, не тратящих силы на производство оружия, к которому их хозяева стали невосприимчивы. Именно это происходило, например, во всех странах, где была введена почти всеобщая вакцинация против дифтерии.

Вакцины — это не только способ ослабить бактерий, но и, возможно, наша главная надежда на то, что нам удастся тратить как бремя воспалений, связанных с переносимыми на протяжении всей жизни инфекциями, так и поенный прием антибиотиков. Вакцины, как выясняется, умного реже, чем антибиотики, способствуют выработке устойчивости, потому они не атакуют какие-то отдельные структуры (например, клеточную стенку) или вещества например, рибосомную РНК), а вместо этого подготавливают иммунную систему к быстрому уничтожению определимого микроба в ходе комплексной атаки.

На сегодня список болезней, которые можно предотвращать с помощью вакцин, включает инфекции, вызываемые дюжиной с лишним вирусов и полудюжиной бактерий.

К числу последних относятся столбняк, дифтерия, коклюш и бактериальный менингит. Одна из самых последних вакцин, против пневмококков, внедренная в медицинскую практику в 2000 году, позволила снизить заболеваемость пневмококковым воспалением легких и менингитом в США с 60 с лишним тысяч случаев ежегодно в девяностые годы до 37 тысяч в 2002 году, причем этот показатель продолжает снижаться. В качестве бонуса эта вакцина вызвала резкое снижение устойчивости к антибиотикам среди возбудителей тех пневмококковых инфекций, развитие которых она не позволяла предотвратить. Это связано с тем, что пять из семи штаммов пневмококка, на которые действует эта вакцина, вызывали 80 % устойчивых к антибиотикам пневмококковых инфекций.

Разумеется, в нашем распоряжении пока имеются вакцины далеко не против каждой бактериальной инфекции. “Все вакцины, которые было просто получить, мы давно получили”, — говорит Генри Шайнфилд, который еще в пятидесятые годы боролся со стафилококками в детских палатах родильных домов и в итоге стал специалистом по вакцинам. Некоторые бактерии легко спасаются от вакцин, объясняет он, потому что существуют в форме множества штаммов, демонстрирующих иммунной системе разные “лица”. Другим бактериям удается каким-то образом избежать выработки долговременного иммунитета даже после развития активной инфекции. Это относится в особенности к бактериям, прячущим свои поверхностные белки от иммунной системы в капсуле, сделанной из полисахаридов. Дело в том, что белки вызывают намного более сильные и продолжительные формы иммунного ответа, чем другие вещества.

Все эти факторы, а также некоторые другие, постоянно чинили препоны на пути исследователей, искавших “Святой Грааль” иммунологии — эффективную вакцину против стафилококковых инфекций. За десятки лет согласованных усилий Шайнфилду и его коллегам из Центра исследования вакцин консорциума Kaiser Permanente в Окленде (Калифорния) удалось ближе всех подойти к решению этой проблемы. В девяностые годы они разработали вакцину StaphVAX, сочетавшую в себе элементы наружной полисахаридной капсулы стафилококка с особым набором белков, вызывающим сильный иммунный ответ. В 2002 году они сообщили о результатах испытания этой вакцины, задействовавшего больше 1800 пациентов, которым проводили диализ (такие пациенты подвержены повышенному риску смертельного заражения крови стафилококками)15. Вакцина сократила риск заражения стафилококком вдвое, но вырабатываемый при этом частичный иммунитет сохранялся лишь девять месяцев, после чего защитное действие вакцины быстро шло на убыль. Представителям групп риска, таким как пациенты, которым проводят диализ, ради этого уровня защиты стоит дважды в год получать по уколу. Но до вакцины от стафилококков, подходящей любому из нас, этому средству еще далеко.

Новые надежды сулят достижения иммунологии и генных технологий XXI века. В частности, методы прочтения генов потенциально опасных бактерий открывают исследователям новый путь выявления веществ, наилучшим обрати подходящих для включения в состав вакцин, чтобы обеспечивать максимальный уровень защиты. Например, Ояаф Шневинд из Чикагского университета и его аспирантка Юкико Стрейнджер-Джонс используют подход, называемый обратной вакционологией, в поисках вакцины против самых опасных и распространенных штаммов устойчивого к метициллину золотистого стафилококка {MRSA).

Традиционный подход к разработке вакцин предполагает биохимическую препаровку микроба и последующее объединение его элементов в разных комбинациях в поисках тех, которые вызывают у подопытных животных особенно сильный иммунный ответ. Обратная же вакцинология предполагает поиск мишеней для иммунного ответа с помощью компьютерной программы. Юкико Стрейнджер- Джонс воспользовалась такой программой для анализа геномов восьми разных штаммов MRSA, выявившего у них общие последовательности. На основании этих результатов она нашла девятнадцать потенциальных мишеней — генов, кодирующих распространенные поверхностные белки. Выделив эти белки, она проверила их по одному, вводя каждый из них мышам, чтобы узнать, в какой степени инъекция этого белка защищает мышей от последующих стафилококковых инфекций. Среди четырех белков, показавших наилучшие результаты, были два, помогающие стафилококкам улавливать необходимое им железо (из красных кровяных телец), и два, вероятно помогающие микробу прикрепляться к человеческим тканям. По отдельности эти белки обеспечивали мышам лишь слабую защиту от стафилококков. Однако когда Юкико ввела мышам все четыре белка вместе, у них выработался полный иммунитет к двум штаммам патогенного MRSA и частичный иммунитет к еще трем штаммам. “Это только первый этап”, — говорит Юкико. В начале 2007 года она вновь обратилась к геномам стафилококков в поисках других общих белков, которые повысили бы эффективность ее вакцины.

По другому пути пошли исследователи, работающие в калифорнийской фармацевтической компании Cerus. Они делают вакцины на основе живых бактерий, способных заражать клетки человека, но не способных размножаться внутри них. Эта тактика, быть может, произведет прорыв в борьбе с такими болезнями, как туберкулез, брюшной тиф, хламидиоз, бруцеллез и листериоз, вызываемыми бактериями, которые забираются в человеческие клетки. Для борьбы с этими внутриклеточными инфекциями иммунная система должна вырабатывать антитела не к бактериям как таковым, а к зараженным ими клеткам. В этом иммунной системе помогают сами такие клетки, помечая самих себя для уничтожения — с помощью фрагментов бактериальных белков, вывешиваемых клеткой на поверхности. Именно поэтому вакцины, содержащие ослабленных, но по-прежнему способных к заражению бактерий, намного эффективнее против внутриклеточных микробов, чем вакцины, содержащие мертвых бактерий или их составляющие, которые не попадают внутрь наших клеток. К сожалению, использование живых вакцин сопряжено с риском, особенно для людей с нарушениями иммунной системы, не только при введении им такой вакцины, но и при их контакте с человеком, которому ее ввели. Микробиолог из компании Cerus Том Дубенски нашел решение этой проблемы, успешно нейтрализовав одного из возбудителей внутриклеточных инфекций — вызывающего пищевые отравления микроба Listeria monocytogenes. Ему удалось это сделать, отключив у микроба несколько генов, необходимых для восстановления поврежденной ДНК, а затем облучив такие испорченные клетки ультрафиолетовым светом.

В результате он получил клетки листерии, способные почти на все, на что способны нормальные микробы данного вида, за исключением размножения.

Эти и другие новые подходы возрождают надежды на то, что вакцины когда-нибудь все-таки принесут нам победу над инфекционными болезнями, которую после открытия антибиотиков многие считали делом ближайшего будущего. Но для достижения данной цели недостаточно, чтобы новые вакцины просто поступали в продажу, предупреждает Стюарт Ливи из Университета Тафтса. Конечно, вакцины редко вызывают выработку устойчивости подобно антибиотикам, способствуя распространению мутаций или передаче генов, делающих данное средство неэффективным. Однако вакцина, содержащая антигены, свойственные некоторым, но не всем штаммам того или иного микроба, может способствовать распространению штаммов, против которых данная вакцина не помогает. Так случилось, например, с появившейся в 2000 году вакциной против пневмококков, эффективной против семи самых распространенных из сотен существующих штаммов пневмококка. Для опережения микробов в этой игре, по словам Ливи, требуются совместные усилия национальных и международных органов здравоохранения, которые должны постоянно отслеживать, какие штаммы бактерий активны в каждой стране и в отдельных ее районах, а кроме того, требуются соответствующие меры со стороны производителей вакцин — они должны быть готовы периодически менять набор выпускаемых ими вакцин в соответствии с отслеживаемыми изменениями.

По мере того как распространенные инфекции, которые можно предотвращать с помощью вакцин, будут становиться все более редкими, сотрудникам органов здравоохранения придется также соответствующим образом менять рекомендации, касающиеся повторной иммунизации, компенсируя снижение эффекта естественной иммунизации, ранее обеспечиваемого контактами с зараженными родными и друзьями. Например, недавнее возвращение коклюша было отчасти связано со снижением иммунитета у взрослых, для которых единственным контактом с возбудителем этой болезни была сделанная в детстве прививка. Теперь стало ясно, что для получения длительного иммунитета к коклюшу необходимо проводить повторную иммунизацию на поздних этапах полового созревания, а также, быть может, и в средние годы или в пожилом возрасте.

И наконец, предупреждает Ливи, микробиологи должны бдительно отслеживать действие любой вакцины, направленной против микробов, входящих в состав нормальной микрофлоры нашего организма. “Всякий раз, когда мы выбиваем микроба из его ниши, мы должны помнить, что что-то другое займет его место”, — объясняет он. В качестве главного примера он приводит вакцину против гемофильной палочки (Haemophilus influenzae) типа H (Hib) — обычного обитателя нашей носоглотки. До появления эффективных вакцин (для годовалых детей и старше в 1987 году и для младенцев в 1990 году) Hib был самым распространенным возбудителем бактериального менингита, вызывая в США около 20 тысяч случаев инфекции и почти тысячу смертей ежегодно. Вакцины против Hib- инфекции снизили связанные с этим микробом заболеваемость и смертность более чем на 80 %.

Радуясь этой новости, некоторые осторожные микробиологи, такие как Ливи, в то же время с опаской следили за тем, кто займет место Hib. В число наименее приятных из возможных вариантов входили пневмококк и золотистый стафилококк. В результате на смену Hib пришел набор родственных ему бактерий других типов, иногда вызывающих синусит, особенно у взрослых. “Так что в итоге мы променяли опасную для жизни болезнь на болезнь, мешающую жить, говорит Ливи. — Неплохой обмен, но когда-нибудь нам может и не повезти”.

Приручать и использовать

Стюарт Ливи и многие другие исследователи интересуются возможностью не оставлять этот обмен на волю случая, з принимать профилактические меры, заменяя тех из населяющих наш организм бактерий, которые могут вызывать неприятности, на штаммы и виды, специально отобранные иЛи даже созданные нами.

Концепция преднамеренного улучшения качественного состава наших постояльцев-микробов, как бы мы ее ни называли (концепция пробиотиков, или конкурентного исключения, или бактериальной замещающей терапии), восходит к Илье Мечникову — тому самому микробиологу XIX века, который ошибочно считал бактерий нашей кишечной микрофлоры исключительно паразитами. Хотя Мечников и жестоко заблуждался, предлагая хирургическим путем удалять нашу толстую кишку (только для того, чтобы избавить нас от населяющих ее вредных бактерий), он, похоже, стоял на верном пути, пропагандируя ежедневное употребление напитков брожения и сыров, в которых содержатся молочнокислые бактерии. Мечников полагал, что эти “хорошие” бактерии воюют с нашей обычной микрофлорой. Теперь нам известно, что они, напротив, сотрудничают с нашими кишечными бактериями, изгоняя потенциальных захватчиков, таких как ротавирусы, а также листерии, сальмонеллы и другие возбудители желудочно-кишечных инфекций.

Самый подробно изученный из современных пробиотиков — это пищевая добавка на основе необычайно живучего штамма бактерии Laccobacillus rhamnosus, получившая название Laccobacillus GG, которое дали ей в честь самих себя ее создатели — Шервуд Горбах и Барри Голдин из Университета Тафтса. Горбах с начала шестидесятых сотрудничал с молочной промышленностью, занимаясь поисками самых полезных для здоровья бактерий из числа молочнокислых. В частности, он стремился найти штаммы и виды, которые могли бы надолго поселяться в толстой кишке человека. Однако за двадцать с лишним лет исследований у него не получалось найти сколько-нибудь живучих в условиях человеческого кишечника бактерий ни в американских, ни в европейских, ни в азиатских молочных культурах. Хотя большинство содержащихся в пище живых бактерий и гибнут в кислотной ванне нашего желудка, многим из исследованных молочнокислых бактерий удавалось живыми добраться до толстой кишки. Тем не менее в течение одного или двух дней они исчезали.

Затем, в 1983 году, в лабораторию Горбаха пришел Голдин, и они оба решили отказаться от исследований молочных продуктов и вместо этого сосредоточиться на поисках полезных бактерий в пищеварительной системе человека. Чтобы пойти по этому новому пути, им потребовалась помощь других ученых, а также родных и близких, которых Голдин убедил пожертвовать для исследований образцы стула.

Начиная анализ полученного урожая, Горбах и Голдин подготовили список критериев, которым искомые бактерии должны были соответствовать. Они решили, что наилучшим кандидатом на роль основы пробиотической пищевой добавки будет бактерия, способная выживать в ваннах из желудочного сока и выделяемой в кишечник желчи, надежно прикрепляться к лабораторной культуре клеток кишечника и освобождать себе место в чашке Петри, заполненной нормальными кишечными бактериями, такими как кишечная палочка, а также более опасными микробами, такими как сальмонеллы.

Весной 1985 года им удалось выделить бактерию, которая с неплохим результатом прошла проверки по всем критериям, — Lactobacillus GG, продаваемую теперь в качестве пищевой добавки под названием Culturelle. За два десятка лет, минувших со дня открытия этого штамма, Горбах, Голдин и многие другие исследователи опубликовали больше сотни научных статей, свидетельствующих о разных полезных свойствах данной бактерии, из которых особенно убедительно показана ее способность помогать при гастроэнтерите и предотвращать его развитие. Это расстройство, представляющее собой раздражение и воспаление кишечника, может развиваться или в результате заражения некоторыми микробами, или из-за вызываемых антибиотиками нарушений кишечной микрофлоры.

Пробиотики демонстрируют свою способность защищать от инфекций и за пределами кишечного тракта (хотя и совсем рядом с ним): они с успехом используются для профилактики распространенных заболеваний мочевых и половых путей и снижают риск передачи венерических заболеваний. В начале семидесятых годов канадский уролог Эндрю Брюс показал, что у женщин, страдающих от рецидивов инфекций мочевых и половых путей, во влагалище особенно часто обнаруживаются случайно занесенные туда кишечные палочки, в то время как вагинальная микрофлора женщин, переносивших такие инфекции редко или не переносивших никогда, состоит из группы избранных лактобактерий. Судя по всему, эти лактобактерии агрессивно препятствуют вторжению чужаков из расположенного по соседству кишечного тракта. Результаты множества последующих работ подтвердили, что здоровье половых путей неразрывно связано с преобладанием в их микрофлоре лактобактерий.

В восьмидесятых годах Грегор Рид из Университета Западного Онтарио продолжил дело Брюса, занявшись поисками вагинального аналога Lactobacillus GG. Подобно Горбаху и Голдину, Рид выяснил, что лактобактерии из молочных продуктов, такие как L. acidophilus, лишены необходимых качеств, чтобы закрепиться там, куда он хотел их подселять28. У Lactobacillus GG тоже не обнаружилось этих качеств. Тогда Рид начал собирать образцы вагинальных мазков у женщин, несколько лет не переносивших инфекций половых и мочевых путей. Из сотен штаммов-кандидатов он отобрал два, в лабораторных условиях успешно теснивших кишечных бактерий. Lactobacillus rhamnosus G- и L. fermentum RC-14 отбивают наступления конкурентов, в большом количестве выделяя перекись водорода и разнообразные биосурфактанты (скользкие вещества, мешающие другим бактериям уцепиться за субстрат). Эти две лактобактерии, кроме того, обладали еще одним, дополнительным достоинством — невосприимчивостью к спермицидным веществам, имеющим отвратительную склонность уничтожать вагинальных бактерий, делая половые пути уязвимыми для инфекций.

Тестируя свой пробиотик, Рид следил за здоровьем сотни с лишним женщин, либо глотавших капсулы с бактериальной добавкой, либо вводивших ее себе в виде вагинальных суппозиториев. В обоих случаях бактерии из пробиотика попадали в половые пути, становились там преобладающими обитателями и тем самым восстанавливали лакто- бактериальную микрофлору, обеспечивающую устойчивость к инфекциям. В ходе исследований, проведенных на сорока женщинах, страдавших бактериальным вагинозом, этот пробиотик показал себя как более эффективное средство, чем стандартное прописываемое в таких случаях лекарство — антибиотик метронидазол, применяемый в форме геля. Вагинальная микрофлора вернулась к нормальному состоянию у восемнадцати из двадцати женщин, принимавших пробиотик, то есть эффективность лечения составила 90 %. При этом метронидазол позволил вылечить лишь немногим более половины — одиннадцать из двадцати женщин. Рид опубликовал результаты этого небольшого клинического испытания в 2006 году — в тот же год, когда его пробиотик появился на полках магазинов диетических продуктов в США и Канаде под названием FemDophilus.

К сожалению, на каждый проверенный научными методами пробиотик, стоящий на полках витаминных магазинов и аптек, приходятся десятки на первый взгляд похожих продуктов, заполненных микроорганизмами сомнительных достоинств, иногда к тому же снабженных неправильными этикетками. Большинство из этих добавок, вероятно, безвредны. Но некоторые содержат бактерий, устойчивых к антибиотикам, что вызывает огромные опасения у микробиологов, понимающих, как легко гены устойчивости могут передаваться от пробиотиков кишечной микрофлоре человека, а оттуда — болезнетворным микробам. При этом некоторые производители пробиотиков даже рекламируют устойчивость своей продукции к антибиотикам.

Лечение пробиотиками

В начале восьмидесятых годов Кристиан Роос, тогда еще молодой врач, долго ломал голову над упорными рецидивами стрептококкового тонзиллита, от которого страдали многие его пациенты в больнице Гётеборгского университета. Некоторые из них приходили на прием несколько раз в год, и он вновь и вновь видел белые пятнышки, рассыпанные на ярко-красном горле и миндалинах. Роос знал, что примерно у четверти из нас пиогенный стрептококк сохраняется в носоглотке даже после того, как лечение антибиотиками сокращает его численность в достаточной степени, чтобы остановить активную форму инфекции. Эта живучесть микроба отчасти объясняла, почему у некоторых людей сохраняется предрасположенность к повторному развитию инфекции. Но по-прежнему неясно было, почему одни люди надолго остаются носителями этих живучих микробов, а другие полностью излечиваются от них.

Не могло ли это объясняться тем, что у пациентов, предрасположенных к тонзиллиту, стрептококк сталкивался с менее сильными конкурентами, чем у более здоровых людей? В 1985 году Роос возглавил отоларингологическую клинику Больницы Лундбю в Гётеборге, где у него было больше возможностей для поисков ответа на этот вопрос. Работая в Лундбю, Роос еще чаще сталкивался с интересовавшей его распространенной инфекцией. Не менее важно было то, что проводимые в его клинике регулярные медосмотры давали ему возможность изучать мазки, взятые из горла не только больных, но и здоровых людей.

И действительно, Роос обнаружил, что, в то время как в горле у большинства людей в массе присутствовали безвредные альфа-стрептококки, у переносчиков пиогенного стрептококка их обычно было мало или вообще не было. Может быть, “хороший” стрептококк непосредственно сдерживал размножение своего вредного родственника? Случай одной семьи, судя по всему, подтверждал подозрения Рооса. После того как у младшего ребенка развилась хроническая кожная инфекция, вызываемая пиогенным стрептококком, его мать начал регулярно мучить тонзиллит. Анализ образцов показал, что у них обоих инфекцию вызывал один и тот же подтип стрептококка, несмотря на то что у мальчика тонзиллита никогда не было. Разница, как выяснил Роос, состояла в том, что в горле у мальчика в массе обитали альфа-стрептококки, в то время как у его мамы их совсем не было.

Роос и несколько его коллег занялись изучением тех многочисленных разновидностей стрептококков, которые живут в горле здоровых людей. К 1995 году они разработали аэрозоль для горла, содержащий несколько таких микробов. В ходе предварительного испытания нового средства пациенты, страдавшие стрептококковым тонзиллитом, после прохождения курса антибиотиков в течение недели ежедневно обрабатывали себе горло либо этой пробиотической смесью, либо безвредным, но и бесполезным солоноватым водным раствором. В течение следующих девяти недель только у одного из 51 пациента, пользовавшегося пробиотиком, стрептококковый тонзиллит развился повторно, в то время как из 61 пациента, применявшего плацебо, инфекция вернулась к 14 — разница на порядок. По результатам более масштабного исследования, в котором участвовали 342 пациента в течение десяти с лишним недель, разница оказалась не столь значительной, но статистически достоверной: среди тех, кто опрыскивал себе горло живыми альфа-стрептококками, менее 20 % впоследствии повторно заболели тонзиллитом, в то время как среди тех, кто пользовался солоноватым раствором, этот показатель составил 30 %. Кроме того, в конце исследования среди пациентов, пользовавшихся пробиотиком, оказалось вдвое меньше носителей неактивного пиогенного стрептококка, чем среди пользователей плацебо.

Ожидая и надеясь, что найдется фармацевтическая компания, которая заинтересуется выпуском его пробиотического аэрозоля, Роос задумался о том, не может ли недостаток защитных бактерий быть также одной из причин повторяющихся ушных инфекций, от которых страдает так много маленьких детей. Эти инфекции вызывают бактерии, живущие в носоглотке, случайно попадающие в полость среднего уха и застревающие там. Зная, что одни бактерий носоглотки вызывают больше неприятностей в ушах, чем другие, Роос занялся изучением состава бактерий живущих в горле здоровых детей. В ходе этих исследований его команда собрала коллекцию из шести сотен разновидностей альфа-стрептококков и проверила их способность подавлять бактерий четырех разновидностей, чаще всего вызывающих воспаления среднего уха у детей: пневмококка (Streptococcus pneumoniae), гемофильной палочки (Haemophilus influenzae) и несколько менее патогенных пиогенного стрептококка (.Streptococcus pyogenes) и Moraxella catarrhalis.

В 1996 году Роос составил на основе пяти бактерий с наилучшими защитными свойствами аэрозоль для носа, который он давал родителям маленьких детей, страдавших хроническими ушными инфекциями. В ходе исследования, проведенного на 108 маленьких пациентах, половине из них в течение десяти дней ежедневно впрыскивали в нос этот пробиотический аэрозоль, а другой половине — солоноватую воду. По прошествии трех месяцев почти у половины детей, получавших пробиотик, ушные инфекции прекратились. При этом среди детей, получавших плацебо, данный показатель составил меньше четверти.

Хотя за пределами Скандинавии о Роосе и его исследованиях тонзиллита мало кто слышал, распространение высокоустойчивых к антибиотикам ушных инфекций привело к тому, что после публикации его данных в British Medical Journal в январе 2001 года о “микробном аэрозоле” для носа трубила пресса по всему миру. В 2000 году Американская академия педиатров отчасти признала свое поражение в борьбе с ушными инфекциями с помощью антибиотиков. Исследования, проводившиеся в то время, подтверждали, что антибиотики плохо помогают против этих инфекций и отчетливо делают детей предрасположенными к устойчивым к антибиотикам респираторным и кишечным инфекциям”.

Тем не менее со стороны фармацевтических корпораций Роос не встретил особого интереса к производству защитного пробиотического средства от ушных инфекций. Он признаёт, что проблема здесь может быть в коммерческой выгоде. В отличие от таких препаратов, как Culturelle и FemDophilus, продаваемых в качестве “пищевых добавок”, пробиотические аэрозоли для медицинского применения пришлось бы провести сквозь строй дорогостоящих клинических испытаний, которые доказали бы их безопасность и эффективность. Прежде чем вкладывать миллионы долларов в такое средство, инвесторы хотят быть уверены, что получат эксклюзивные права на его распространение. “Но несмотря на то, что мы вполне можем запатентовать нашу конкретную смесь микроорганизмов, — говорит Роос, — ничто не помешает кому-нибудь другому взять и составить немного другую смесь из каких-то представителей сотен с лишним защитных штаммов, встречающихся у людей в горле”.

Еще на одном фронте — борьбы с кишечными инфекциями — за последние несколько лет произошел крутой поворот в отношении к использованию пробиотиков для профилактики и лечения колитов, вызываемых Clostridium difficile. Еще в 2001 году американские гастроэнтерологи по-прежнему считали такие методы шарлатанством, несмотря на их ширящееся применение в Европе и Австралии. Но вскоре началось распространение смертоносных, гиперпатогенных штаммов С. difficile. Проведенный в 2006 году повторный анализ результатов тридцати с лишним клинических испытаний с использованием плацебо в качестве контроля, многие из которых проводились в Европе, подтвердил, что по крайней мере два из имеющихся в продаже пробиотиков, Lactobacillus GG и “пекарские дрожжи” Saccharomyces boulardii, помогают предотвращать вызываемые С. difficile инфекции, если принимать эти пробиотики непосредственно после курса антибиотиков. Кроме того, было показано, что дрожжевой пробиотик можно использовать как эффективное средство для лечения пациентов, уже страдающих от вызываемой С. difficile инфекции, сокращающее почти вдвое число случаев возобновления инфекции после стандартного лечения такими антибиотиками, как метронидазол или ванкомицин.

Еще более эффективное средство против вызываемых С. difficile колитов будет, возможно, получено на основе нетоксичных штаммов того же микроба, пока протестированных только на животных. Эти безвредные разновидности С. difficile были взяты из коллекции штаммов, которую составил микробиолог из Северо-западного университета Дейл Гердинг, идентифицировавший в 2005 году гиперпа- тогенный штамм, убивавший госпитализированных пациентов по всей Северной Америке и Великобритании. Гердинг отобрал из своей коллекции три нетоксичных штамма на том основании, что они часто встречались в образцах стула госпитализированных пациентов, не заболевавших поносом или колитом, находясь в окружении людей, страдавших от этих расстройств. В 2002 году Гердинг показал, что в результате впрыскивания хомячкам любого из этих трех безвредных штаммов более 90 % из них оказываются защищены от впрыскиваемых им впоследствии токсичных штаммов. Поскольку С. difficile не становится постоянным обитателем кишечника, маловероятно, что безвредные штаммы при этом конкурируют с токсичными. Гердинг полагает, что они могут играть роль живой вакцины, повышая уровень защитных антител, которые впоследствии предотвращают развитие инфекций. С 2006 года Гердинг работает на биофармацевтическую компанию ViroPharma (базирующуюся в Экстоне, штат Пенсильвания), тестируя свои защитные штаммы на людях.

Клин клином

g начале пятидесятых, когда Хайнц Айхенвальд и Генри Шайнфилд впервые применили считавшийся тогда сомнительным подход, основанный на “конкурентном исключении”, они осмелились преднамеренно впрыскивать младенцам клетки золотистого стафилококка, хотя и принадлежащие к сравнительно безвредному штамму этого печально известного микроба. Теперь мы уже точно знаем, что использованный ими штамм 502А позволил спасти жизни многим десяткам, а возможно и сотням новорожденных — пусть даже только потому, что в детских палатах родильных домов тогда свирепствовал высокопатогенный и устойчивый к антибиотикам штамм 80/81.

Но и совсем недавно, в начале девяностых, по крайней мере один врач продолжал использовать штамм 502А для борьбы со стойкими и высокопатогенными стафилококками. Расселл Стил переоткрыл этот штамм вскоре после того, как в 1978 году начал работать в Медицинской школе Арканзасского университета в городе Литл-Рок. “Иммунологи в те времена были редкой птицей, — вспоминает он. — Предполагалось, что я должен знать, почему люди вообще заболевают. Поэтому местные дерматологи стали передавать мне самых трудных пациентов, с которыми они сталкивались”. Среди этих пациентов были целые семьи, месяцами, а иногда и годами страдавшие от желтых нарывов и кроваво-красных гнойников, вызываемых стафилококковой кожной инфекцией. Поиски данных о таких инфекциях в литературе привели Стила к Шайнфилду, который посоветовал ему заказать ампулу со штаммом 502А в национальном хранилище Американской коллекции культур в Роквилле (штат Мэриленд).

В отличие от “целины” на теле новорожденных, с которыми работал Шайнфилд, кожа пациентов Стила была уже прочно заселена стафилококками. Поэтому он начал лечение с обстрела микробов тяжелой артиллерией, прописав пациентам антибиотики для внутреннего употребления, специальные мази и дважды в день душ с таким мощным антисептиком, как гексахлорофен. После этого он впрыскивал в ноздри каждому из пациентов ощутимую дозу взвеси штамма 502А. Чтобы оценить эффективность метода, Стил сравнивал состояние 20 семей пациентов, которым впрыскивали этот штамм, с состоянием 20 других, которым после тех же обеззараживающих процедур впрыскивали стерильный раствор. Через шесть месяцев из участников исследования осталось 32 семьи (некоторые пациенты переехали, а некоторые принимали в течение этих шести месяцев антибиотики для лечения других инфекций). У 15 из 17 семей, членам которых впрыскивали штамм 502A он успешно поселился на коже, и ни у кого из этих пациентов уже не развивались ни нарывы, ни сыпь, ни гнойники. При этом из 15 семей контрольной группы у и наблюдались рецидивы инфекции.

Дерматологи из города Литл-Рок лишились своего помощника и его необычного метода лечения в 1992 году, когда Стил стал сотрудником Школы медицины Университета штата Луизиана и занялся медицинской практикой в работающей при университете больнице в Новом Орлеане. Несколько лет спустя к нему вновь обратились дерматологи, на этот раз за помощью в борьбе с отвратительными инфекциями, вызываемыми у школьников, особенно членов спортивных команд, устойчивым к метициллину золотистым стафилококком. Когда Стил поделился с ними историями о лечении штаммом 502А, они были готовы попробовать его метод. Но об их планах вскоре проведали больничные юристы. “Не успел я опомниться, как администрация заявила, что это поставит под угрозу репутацию учреждения”, — упоминает Стил.

Надо признать, что возможность преднамеренного сражения человека золотистым стафилококком, даже безвредным штаммом, вызывает беспокойство не только у юристов. “Не думаю, что на этой планете есть такой штамм золотистого стафилококка, лечение которым я мог бы со спокойным сердцем прописать пациенту, — говорит микробиолог из Колумбийского университета Фрэнк Лоуи, один из лучших в мире специалистов по опасным свойствам данного микроба. — Нельзя забывать о том, что в арсенале этого вида имеется слишком много потенциально опасного оружия. Было показано, что даже штамм 502А может вызывать заболевания”. Более безопасный подход, утверждает Лоуи, состоял бы в том, чтобы найти потенциального конкурента среди не столь опасных видов стафилококков, таких как повсеместно обитающие на коже Staphylococcus epidermidis и S. warneri.

Примерно в то самое время, когда больничные юристы в Новом Орлеане ставили крест на планах Стила по впрыскиванию золотистого стафилококка в нос пациентам, микробиолог Ричард Халл из хьюстонского Медицинского колледжа Бейлора не мог поверить своим ушам, услышав, какую реакцию вызвала его безумная идея вводить пациентам кишечную палочку в мочевой пузырь. Колледж Бейлора тогда посетила представительница Национальных институтов здравоохранения, искавшая исследовательские проекты, финансирование которых принесло бы пользу американским инвалидам. Халл подумал о пациентах с травмами спинного мозга, лечившихся в расположенном неподалеку Институте реабилитации и исследований, при котором он состоял консультантом. Многие, если не большинство этих пациентов, нижняя часть тела которых была парализована, часто страдали от инфекций мочевого пузыря и почек, иногда даже представлявших угрозу для жизни. Причина инфекций была в постоянных катетерах, которыми пациентам приходилось пользоваться и из-за которых им в мочевые пути попадали бактерии. Проблема осложнялась тем что неоднократное применение антибиотиков для лечения* этих инфекций способствовало постепенной выработке у возбудителей устойчивости ко многим антибиотикам.

Халл придумал способ, как можно было бы остановить такие инфекции. Хотя в норме мочевой пузырь остается стерильным, у некоторых людей, вспомнил Халл, в нем присутствуют бактерии, не вызывающие никаких заболеваний, и присутствие таких безвредных бактерий, судя по всему, не дает другим микроорганизмам туда вселяться. Халл высказал представительнице Институтов здравоохранения следующую идею: надо найти сравнительно безопасный микроорганизм, который можно было бы преднамеренно вводить в мочевой пузырь парализованным пациентам. “Она спросила: ‘А какие могут быть побочные эффекты? ’ — вспоминает Халл. — Я ответил: ‘Ну, в некоторых случаях в результате могут развиваться серьезные инфекции, даже с летальным исходом’. Я думал, что на этом разговор и закончится”. Но в ответ Халл, не веря своим ушам, услышал: “Хорошо, давайте попробуем”. Вот насколько отчаянной была потребность в средстве, которое позволило бы спасти парализованных пациентов от инфекций, высокоустойчивых к антибиотикам.

У Халла уже был на примете конкретный микроб для такого пробиотического средства. С восьмидесятых годов он переписывался с Катариной Сванборг, гинекологом из Швеции. Ей удалось выделить штамм кишечной палочки, который на протяжении многих лет обнаруживался в моче у девочки, не страдавшей совершенно никакими болезнями ни мочевых путей, ни почек. “В США врач ни за что не узнал бы, что там есть бактерии, если бы они не вызвали инфекцию, — объясняет Халл. — Но в Швеции принято в качестве стандартной профилактической меры проводить ежемесячный анализ мочи”.

Халл исследовал этого микроба, получившего называние Е. coli 83972, в лабораторных культурах и прочесал его reHbtf чтобы убедиться, что он не наделен своеобразными молекулярными крючьями, которые позволяют некоторым штаммам кишечной палочки вызывать серьезные повреждения мочевого пузыря. После этого в ходе двух первых испытаний, проведенных в конце девяностых, урологи из хьюстонского реабилитационного центра ввели штамм 33972 в мочевой пузырь 57 парализованным взрослым пациентам. До лечения пробиотиком все эти пациенты страдали от периодически развивающихся инфекций мочевых путей. За следующий год у всех, кроме двоих, такие инфекции не наблюдались ни разу, а эти двое заразились одной и той же легкоизлечимой болезнью, вызываемой другим микробом, а не пробиотической кишечной палочкой.

В двух хьюстонских медицинских учреждениях продолжается применение в экспериментальном порядке разработанного Халлом пробиотика. Тем временем Халл и его ученики начали тестирование подхода, который может оказаться еще эффективнее: они помещают катетеры в разведенный пробиотик, давая возможность сформироваться на их поверхности защитной биопленке, и только после этого вводят катетеры пациентам. Другой, еще более амбициозный замысел Халла предполагает использование генетически модифицированной разновидности штамма 83972, лишенного любых, даже потенциальных возможностей вызывать неприятности. Создавая эту разновидность кишечной палочки, Халл удалил у нее часть гена, который в принципе мог позволить бактерии прикрепляться к почечной ткани, а также другого гена, который мог позволить ей удерживаться на стенках мочевого пузыря. По словам Халла, выведение из строя этих генов гарантирует, что микроб никогда не задержится там, где его быть не должно, при том что его способность оставаться внутри мочевого пузыря в свободном плавании нисколько не пострадает.

Совершенствуя свое создание в лаборатории, исследователи не могли устоять против искушения сделать и следующий шаг — ввести ему предельно упрощенную, непередаваемую плазмиду устойчивости. Это колечко генов устойчивости может позволить пробиотической бактерии выживать в тех нередких случаях, когда парализованный пациент проходит курс лечения каких-то других инфекций антибиотиками. Халл еще не испытывал свои генетически усовершенствованные штаммы на пациентах: эта идея по-прежнему кажется слишком смелой его начальству. Но он отнюдь не одинок в своем стремлении улучшать микробов с помощью методов генной инженерии.

Супергерой для зубов

Летом 1976 года молодой специалист по микробиологии полости рта Джеффри Хиллман, всего два месяца назад получивший диплом, поступил на работу в бостонский Институт Форсайта. Однажды утром он заглянул в чашки Петри, которые заполнял бактериями зубного налета, и увидел на белом фоне два красных пятнышка. В желеобразную среду, на которой росли бактерии, был добавлен индикатор кислотности, выбеливающийся в присутствии кислоты, в данном случае — молочной, выделяемой Streptococcus mutans, главным виновником кариеса. Красные пятнышки образовались колониями микробов, у которых был поврежден один из генов, управляющих синтезом вышеупомянутого разъедающего зубную эмаль вещества. Мутация нисколько не замедлила их рост. Именно на это и надеялся Хиллман. Впоследствии он показал, что такие бескислотные мутанты прекрасно живут на поверхности искусственных зубов, сделанных из биоминерала гидроксиапатита, ничуть их при этом не повреждая.

“В то время многие ученые по всему миру изучали, какими путями Strepococcus mutans заражает людей, — вспоминает Хиллман, — и нельзя ли заменить у нас во рту один его штамм на другой”. Например, исследования показывали, что большинству из нас Strepococcus mutans достается от матери, причем одни штаммы производят намного больше разъедающей эмаль кислоты, чем другие. Более того, стоит некоторому штамму поселиться во рту, и потеснить его, освободив место для другого штамма, оказывается крайне сложно. “Мы проверяли всевозможные безумные идеи, — говорит Хиллман о тактике, применявшейся им и его коллегами, когда они пытались уничтожить этих микробов во рту добровольных участников эксперимента, прежде чем подселять туда полученные экспериментальные штаммы. — В одном случае мы мазали им зубы йодом. В другом — пытались купать их зубы в антибиотиках, залитых в специальные емкости”. Но как ни старались Хиллман и его коллеги изгнать собственный штамм 5. mutans с зубов человека и как быстро они ни подселяли на его место свою бескислотную разновидность, такая замена никогда не держалась больше пары месяцев. “Медленно, но верно собственный штамм всегда возвращался”, — говорит Хиллман.

К 1982 году Хиллману начало казаться, что все возможные ухищрения уже исчерпаны. Тогда-то ему и пришла в голову идея найти бактерию, которую он сможет использовать в качестве киллера. Если получится найти такой супер- агрессивный штамм, рассуждал он, то можно будет удалить из него ген, позволяющий ему производить кислоту. Хиллман и два других сотрудника его лаборатории целый год собирали образцы слюны у студентов и сотрудников своего института и получили коллекцию из сотен немного разных подвидов 5. mutans. Они проверили каждого из этих микробов на способность изничтожать представителей других штаммов, выращивая их бок о бок в чашках Петри. Когда они увидели, как одна точечная колония расчистила себе безупречный круг на поле, занятом другим штаммом, им стало ясно, что перед ними превосходный кандидат на нужную роль. Анализы показали: этот штамм в большом количестве выделяет неизвестный ранее бактериоцин (природный антибиотик).

В 1985 году Хиллман и двое его коллег сами выступили в роли первых подопытных кроликов, ватными палочками нанеся себе на зубы этот суперштамм. У всех троих он сразу же и навсегда поселился во рту, попутно изгнав оттуда их собственные штаммы S. mutans. Полдюжины исследований, проведенных на крысах, подтвердили предварительный результат: стоило нанести на зубы крысы данный штамм, как он неизменно вытеснял собственный штамм 5. mutans данного животного. Но план Хиллмана просто лишить штамм способности производить кислоту натолкнулся на неожиданное препятствие, когда требуемая для этого мутация оказалась летальной. Дело в том, что некоторые штаммы 5. mutans, в том числе и обсуждаемый, используют молочную кислоту для выведения из клетки продуктов обмена веществ, которые в противном случае накапливаются, достигая токсичных концентраций.

Хиллману удалось решить проблему, добавив бактерии лишний экземпляр гена производства спирта, что позволило направить выведение продуктов обмена веществ по другому пути. “Штамм, который мы получили в итоге, ничем не отличался от исходного, кроме двух генетических модификаций, известных нам с точностью до буквы”, — говорит Хиллман. Опыты на крысах показали, что с новой разновидностью S. mutans их зубы оставались почти в безупречном состоянии при кормлении пищей с повышенным содержанием сахара, от которой обычно у крыс развивался кариес. C точки зрения безопасности потенциального лекарственного препарата большое значение имело то, что, как пока- Ззл Хиллман, исходный штамм, поселившийся во рту у него и его коллег, за десять с лишним лет не передался никому из членов их семей.

В 1998 году Хиллман собрал результаты всех этих исследований и обратился в Управление пищевых продуктов и медикаментов за разрешением проверить свой генетически модифицированный штамм S. mutans на добровольных участниках испытаний. “Тогда я, к счастью, еще не знал, что меня ждет”, — говорит он. Для начала сотрудники управления потребовали от Хиллмана как-нибудь покалечить этого микроба, чтобы его было легко уничтожить, если окажется, что он вызывает какие-то неприятности. “Когда я спросил их, какого рода неприятности, они сказали, что понятия не имеют, — вспоминает он. — Должно быть, мы создавали прецедент для оценки безопасности генетически модифицированных организмов”.

Хиллман отключил у бактерии еще некоторые гены, на этот раз сделав ее не способной жить без двухразового питания определенной аминокислотой, которая редко встречается в человеческой пище. Чтобы бактерия оставалась живой, испытуемым нужно было ежедневно пользоваться ополаскивателем для рта, содержащим это вещество. “Надеюсь, что когда мы продемонстрируем ее безопасность, нам разрешат использовать бактерию в виде полноценного организма”, — говорит Хиллман.

Уверенный, что на этот раз ему удалось соблюсти все необходимые меры предосторожности, в марте 2004 года Хиллман вновь обратился к экспертам из Управления пищевых продуктов и медикаментов, организовав к тому времени биотехнологическую компанию Orogenies для финансирования требуемых клинических испытаний. К своему удивлению, он узнал, что все без разбора штаммы S. mutans, с которыми он работал, отнесли к разряду потенциального биологического оружия. На этот раз экспертная комиссия выдвинула следующие требования: Хиллман мог начать с небольшой проверки на предмет безопасности с участием десяти испытуемых, но все они должны быть совершенно беззубыми, то есть носить полные вставные челюсти, которые, вместе с искусственными зубами, можно окунуть в раствор для дезинфекции, чтобы полностью удалить с них бактерию после недельных испытаний. Пока шел набор участников этого эксперимента, комиссия выдвинула еще несколько требований: у испытуемых дома не должны жить дети, их супруги тоже должны быть совершенно беззубыми и как они, так и их супруги должны быть людьми крепкого здоровья и не старше пятидесяти пяти лет. “Мы проверили больше тысячи потенциальных участников и нашли только двоих, соответствовавших всем этим требованиям”, — говорит Хиллман. Мини-эксперимент, проведенный на двух испытуемых в 2006 году, прошел без сучка без задоринки, не выявив никаких побочных эффектов, и после семи дней исследования все бактерии были успешно удалены.

Сейчас, в середине 2007 года, Хиллман по-прежнему ожидает одобрения на проведение своих исследований на людях, имеющих собственные зубы. Но в то время, как Управление пищевых продуктов и медикаментов всячески тормозит работу первого исследователя, создавшего “искусственную микрофлору”, которую можно использовать в медицине, в научных журналах появляется все больше публикаций результатов, полученных теми, кто рвется сделать следующий шаг. Смешивая гены разных организмов подбирая их комбинации, микробиологи в лабораториях по всему миру создают трансгенных микробов, которые могут оказаться способны на куда большее, чем вытеснять своих вредоносных собратьев из человеческого организма, ^дна европейская исследовательская группа уже проверила свою трансгенную бактерию на предмет безопасности в эксперименте с десятью пациентами, помещенными на все время эксперимента в больничный изолятор с пониженным давлением, чтобы эта бактерия не могла случайно попасть в окружающую среду.

Трансгенные пробиотики

Сорокатрехлетний голландский фермер уже собирал вещи, чтобы идти домой, когда его остановили медсестры. “За три дня ему стало настолько лучше, что он был готов уйти из больницы, — вспоминает Майкел Пеппеленбос, специалист по молекулярной биологии из Бельгии, работающий в Университетском медицинском центре Гронингена в Нидерландах. — Нам пришлось объяснять ему, что этого ни в коем случае нельзя делать, как бы замечательно он себя ни чувствовал”. Тремя днями раньше, весенним утром 2003 года, фермер принял первую горсть небольших капсул, которые ему предписали принимать по десять штук дважды в день и в каждой из которых содержалось около Ю миллиардов клеток используемой в сыроделии бактерии лактококка (Lactococcus lactis). Этот скромный поступок вписал голландца в историю как первого человека, преднамеренно заселенного трансгенными бактериями. В живых микробов, которых он проглотил, был внедрен и работал в их клетках человеческий ген успокаивающего иммунную систему цитокина — интерлейкина-10”.

Исследователи давно знали, что у лабораторных животных, не способных производить интерлейкин-ю, развиваются тяжелые заболевания кишечника, подобные болезни Крона, от которой этот голландский фермер страдал уже больше двадцати лет. Иммунная система мыши с дефицитом интерлейкина-10, как и человека с болезнью Крона, утрачивает толерантность к нормальной микрофлоре пищеварительного тракта. Это приводит к мучительным и иногда смертельно опасным воспалениям и язвам кишечника. Но попытки использовать интерлейкин-10 в качестве лекарства наталкиваются на огромные проблемы. Сложно доставить достаточное количество этого успокаивающего иммунную систему вещества в кишечник, где оно необходимо, и еще сложнее не пустить его в другие части организма, где его избыток может вызвать опасное подавление работы иммунной системы.

В 1999 году бельгийский специалист по молекулярной биологии Лотар Стейдлер придумал новое решение. Он взял человеческий ген, отвечающий за производство интерлейкина-10, и внедрил его в хромосому L. lactis — бактерии, которую можно разводить в культурах и которая задерживается в пищеварительном тракте от двенадцати до двадцати четырех часов, прежде чем выйти наружу вместе со стулом. Этого времени вполне достаточно, чтобы принимаемая два раза в день пищевая добавка на основе бактерий доставляла успокаивающий цитокин к тканям кишечника, не создавая опасности подавления иммунной системы всего организма.

В тот же год Стейдлер успешно использовал полученный им трансгенный организм для лечения мышиного аналога болезни Крона. Но в то время он был лишь одним из многих молодых ученых, создававших лабораторные штаммы трансгенных бактерий в надежде на то, что этих микробов можно будет когда-нибудь использовать для доставления лекарств или вакцинирующих антигенов в организм человека. В интересах безопасности от всех этих исследователи требовалось с предельной строгостью держать своих диетически модифицированных “Франкенробов” в бионическом заключении, равно как и всех заселенных ими животных. Европейские органы здравоохранения, как и Управление пищевых продуктов и медикаментов, еще только начинали разбираться с возможными последствиями внедрения генетически модифицированных микроорганизмов людям. Бактерия, вырабатывающая такой мощный иммунодепрессант, как интерлейцин-10, представляла особую угрозу. Даже если сам трансгенный организм и оказался бы безвредным, возможная передача им новоприобретенного гена болезнетворным микробам могла бы привести к катастрофе, давая им возможность подавлять иммунный ответ, направленный на борьбу с инфекцией.

Однако Стейдлер оказался хитрее большинства своих коллег. Наделяя пробиотических L. lactis способностью производить интерлейкин-10, он внедрил человеческий ген в самую середину собственного гена этой бактерии, необходимого ей для синтеза питательного вещества тимидина. В итоге Стейдлер, подобно Хиллману, получил искусственного микроба, не способного долго жить, если его специально не подкармливать. Кроме того, Стейдлеру помогло то, что L. lactis не входит в состав нормальной человеческой микрофлоры. Когда человек поглощает природные разновидности этой бактерии с молочными продуктами, она исчезает из кишечника за сутки или двое. Наконец, использованные Стейдлером методы генной инженерии гарантировали, что даже если трансгенные L. lactis и будут делиться своим геном интерлейцина-10 с другими микробами, единственным местом, куда этот ген сможет встроиться, будет середина их гена, ответственного за синтез тимидина. Так что они тоже будут калеками, не способными нормально питаться.

В числе тех, на кого генетический трюк Стейдлера произвел особенно сильное впечатление, был Майкел Пеппеленбос. Он тоже работал тогда постдоком во Фламандском биотехнологическом институте в Генте и делил там со Стейдлером лабораторный стол, хотя они и занимались разными проектами. Впоследствии Стейдлер переехал в Ирландию, где стал профессором в Университетском колледже Корка. А Пеппеленбос уехал в Нидерланды и возглавил собственную лабораторию в Университетском медицинском центре Гронингена. “Когда я узнал, что у Лотара не получается провести клинические испытания в Ирландии, я предложил ему попытать счастья с голландскими властями”, — говорит Пеппеленбос.

“Нам повезло: Лотар сделал на редкость удачную бактерию, — добавляет он. — На получение одобрения на испытания ушло немало времени, но нам не предъявили ни одной формальной претензии”. Меньше чем через восемь месяцев после обращения в голландские органы здравоохранения Пеппеленбос получил одобрение на проведение испытаний на предмет безопасности на десяти страдающих болезнью Крона пациентах, ни одному из которых не помогали обычные методы лечения, такие как стероиды. “Это были пациенты, для которых единственной возможной альтернативой было удаление кишки”, — говорит Пеппеленбос. Средства на проведение испытаний были выделены в Соединенных Штатах, а также по частному исследовательскому гранту миллиардера Илая Броуда, сын которого давно страдал этой болезнью.

И вот за следующие два с половиной года врачи из амстердамского Академического медицинского центра провели цикл лечения десяти пациентов, которых держали в единственном защищающем от биологической опасности изоляторе медцентра. У большинства из этих пациентов, как и у сорокатрехлетнего фермера, с которого началось испытание, было отмечено резкое улучшение симптомов, говорит Пеппеленбос. “Но испытание проводилось лишь с целью показать безопасность, а не эффективность лечения, — тут же добавляет он. — Мы даже не использовали плацебо в качестве контроля”. Исследователи решили, что будет несправедливо просить тяжелобольных пациентов рисковать, получая плацебо вместо лекарства вдобавок «трудностям, связанным с пребыванием в течение двенадцати дней в изоляторе.

Так или иначе, проверка на безопасность прошла вполне успешно. Трансгенные бактерии не производили никаких отрицательных побочных эффектов и полностью исчезали из стула испытуемых в течение суток после приема последней капсулы в последний день семидневного курса лечения. Как и ожидалось, симптомы испытуемых возобновились в течение нескольких недель после их возвращения домой, в связи с чем некоторые из них стали просить, чтобы их продолжили лечить данным нетрадиционным способом. “Разумеется, мы не могли этого сделать, — объясняет Пеппеленбос. — Что правильно. Нужно соблюдать предельную осторожность”. И все же он надеется, что тем десяти пациентам, как и пятидесяти другим, разрешат участвовать в следующем испытании, запланированном на лето 2008 года. “Теперь, когда проверка на безопасность показала, что бактерия не задерживается в организме, — говорит он, — мы ожидаем, что государственные инстанции разрешат нам провести следующее испытание на амбулаторных больных”. Сейчас, в середине 2007 года, исследователи по-прежнему ожидают решения по этому вопросу.

Тем временем Стейдлер и Пеппеленбос работают над еще более прицельным применением трансгенных пробиотиков. Их идея состоит в том, чтобы дать бактериям, синтезирующим разные лекарственные вещества, дополнительные гены синтеза антител, которые позволят этим модифицированным микробам прикрепляться к определенным тканям в организме. Например, противораковый пробиотик можно наделить геном синтеза антител, которые позволят ему прикрепляться к поверхности клеток раковой опухоли.

В то же самое время в лабораториях по всему миру ученые тестируют на животных десятки других трансгенных пробиотиков. Среди них есть несколько разновидностей вагинальных бактерий, выделяющих вещества, которые убивают вирус иммунодефицита человека (ВИЧ). Например, Грегор Рид из Канады в сотрудничестве с исследователями из США и Австралии усовершенствовал человеческий пробиотик на основе Lactobacillus reuteri, добавив ему человеческих и модифицированных генов, ответственных за синтез коктейля из трех белков, не позволяющих вирусу СПИДа садиться нате клетки иммунной системы, которые он обычно уничтожает, сливаться с ними и проникать внутрь. Совсем скоро могут начаться клинические испытания подавляющей ВИЧ лактобактерии, совершенствуемой в настоящее время биотерапевтической компанией Osel в городе Санта-Клара (Калифорния). Идея, положенная в основу этого пробиотика, пришла в голову врачу и ученому Питеру Ли из Стэнфордского университета еще в середине девяностых. Ли вспоминает, как, сидя у себя в лаборатории, он погрузился в раздумья о способах предотвращения попадания вирусов в организм. “Идея, до которой я додумался, — говорит он, — состояла в том, что для этого дела можно приспособить бактерий, живущих на наших слизистых оболочках”. Именно через эти влажные, пористые оболочки вирусы почти всегда и проникают в наш организм.

Почти год Ли прочесывал научную литературу и расспрашивал коллег, пытаясь найти сведения об исследованиях эту тему. К своему удивлению, говорит он, ничего найти не удалось. “Но чем больше я думал об этом, тем логичнее ^не это казалось. Если населяющие наш организм бактерии и без того образуют защитный барьер, почему бы не усовершенствовать их, чтобы они противостояли вирусам еще эффективнее?”

Кое-что Ли все же обнаружил — публикации Шэрон, проводящей исследования в области гинекологи в Питсбургском университете. В сотрудничестве с коллегами из Африки она занималась разработкой недорогих средств, которые позволили бы женщинам защищать себя 0 т ВИЧ в тех районах, где презервативы стоят слишком дорого или неприемлемы с точки зрения местной культуры. Первым делом она выяснила, что женщины, у которых имеется здоровая вагинальная микрофлора (то есть многочисленные лактобактерии), вдвое реже заражаются ВИЧ, чем женщины, у которых нет этих защитных бактерий• Затем исследовательница занялась изучением разных штаммов и видов лактобактерий в поисках тех из них, которые отличались бы наибольшим защитным действием. Наилучшими претендентами на эту роль оказались те лактобактерии, которые, во-первых, в большом количестве выделяют перекись водорода, обладающую противовирусным эффектом, а во-вторых, формируют естественную биопленку, как бы приклеивая свои клетки к поверхности стенок влагалища.

Роберт Ли предложил Шэрон Хиллиер усовершенствовать найденных ею вагинальных микробов методами генной инженерии. В 1998 году он основал компанию Osel, чтобы реализовать свой замысел. Научная команда, работающая в этой компании, усовершенствовала вагинальную бактерию Lactobacillus jensenii, добавив ей человеческий ген клеточного белка CD4, служащего молекулярной мишенью для ВИЧ. При смешивании с культурами человеческих клеток этот трансгенный микроб полностью подавлял их заражение лабораторным штаммом ВИЧ, а заразность штамма, выделенного из крови пациента, сокращал вдвое. В 2006 году исследователи сообщили, что им удалось создать, по-видимому, еще более сильное средство против ВИЧ: трансгенную L. jensenii, выделяющую белок циановирин N, — он разрушает вирусные частицы и, как было показано, позволяет предотвращать заражение ВИЧ у обезьян. Ген этого белка был выделен из ярко-голубой цианобактерии Nostoc ellipsosporum63. В начале 2007 года исследователи из компании Osel уже проверяли способность полученного ими нового противовирусного микроба предотвращать заражение ВИЧ у животных. Тем временем Ли продолжает как свою работу в компании, так и исследования в Стэнфордском университете, где в настоящее время он пытается реализовать новый замысел — создать микробов, которые подавляли бы вирусов, вызывающих развитие лейкемии.

В то время как Хиллман и Ли трудятся на передовой в борьбе за генетическое усовершенствование нашей собственной микрофлоры, другие ученые исследуют возможность создания живых трансгенных вакцин. Эти потенциальные вакцины будущего состоят из безвредных представителей нашей микрофлоры, модифицированных таким образом, чтобы они вырабатывали антигены (молекулярные маркеры) возбудителей опасных болезней. Теоретически, если такой микроб поселится у нас в организме, он будет побуждать нашу иммунную систему к производству антител против того “плохого парня”, чью “черную шляпу” на него надели.

Среди первых исследователей, которым удалось получить работающие образцы таких живых трансгенных вакцин, был Винсент Фискетти из Рокфеллеровского университета. В 1995 году он создал штамм одной из бактерий полости рта (Streptococcus gordonii), поверхность клеток которого усыпана характерными антигенами пиогенного стрептококкаб4. Биологи из Государственного университета Нью-Йорка, в свою очередь, создали другой трансгенный щгамм той же бактерии, клетки которого носят на себе антигены микроба Porphyromonas gingivalis — виновника определенной формы парадонтита, повреждающего костные ткани. А в Институте Пастера во Франции иммунологи получили целый ряд живых вакцин на основе штаммов бактерии Lactobacillus plantarum, используемой для производства йогурта. Один из этих штаммов синтезирует фрагмент столбнячного токсина, другой — антигены Helicobacter pylori, микроба, способствующего развитию язвы желудка. Другим ученым удалось создать трансгенных бактерий для живых вакцин против холеры, сальмонеллеза, шигеллеза, листериоза, туберкулеза, чумы, сибирской язвы и даже злокачественных опухолей, причем все они уже показали довольно неплохие результаты в экспериментах на животных.

Некоторые исследователи работают над созданием трансгенных бактерий, побуждающих иммунную систему производить антитела против вредных веществ, вырабатываемых нашим собственным организмом. Например, швейцарские ученые получили трансгенный штамм еще одной бактерии, используемой для производства йогурта (Lactobacillus johnsonif), на поверхности клеток которого имеется человеческая разновидность антител IgЕ, способствующих развитию аллергических реакций. Когда этот штамм вводят животным, он стимулирует выработку иммунной системой других антител (IgG), которые ликвидируют вызывающие неприятности антитела IgЕ.

“Применение живых бактерий в качестве носителей — мощное орудие, позволяющее эффективно доставлять в организм антигены, используемые для вакцинации, — писала немецкий иммунолог Эва Медина в опубликованном в 2001 году обзоре, посвященном новой и быстро развивающейся области медицинской иммунологии. — Возможности эксплуатации этой системы почти неограниченны”.

Но ее энтузиазм разделяют не все. “Перспективы улучшения пробиотических микробов с помощью генетических модификаций необходимо строго оценивать в плане возможного превращения безвредных и полезных микробов в возбудителей опасных инфекций”, — утверждает генетик Джо Камминс, бывший сотрудник Университета Западного Онтарио, недавно вышедший на пенсию. Одна из главных опасностей, по словам Камминса, состоит в том, что бактерии, введенные в организм единственного человека, способны легко передаваться другому. Когда речь идет о вакцинации против опасных инфекций, такая независимая передача может приносить огромную пользу. Но не исключено также, что она окажется небезопасной — если живые вакцины будут поселяться в организме не только у здоровых людей, но и у больных с нарушениями иммунитета.

Камминс обращает внимание еще и на такую опасность: живая вакцина, поселившаяся в ротовой полости, носоглотке или кишечнике, может производить непредвиденный эффект, повышая толерантность иммунной системы, вместо того чтобы способствовать борьбе с инфекциями. “Когда такие бактерии станут постоянным элементом экосистемы организма, иммунная система с большой вероятностью начнет принимать их за своих, — утверждает он, — и тогда они перестанут стимулировать выработку антител против болезнетворных микробов”. Он ссылается на недавние открытия иммунологов, показавших, что многократный контакт едва ли не с любым антигеном приводит к выключению иммунного ответа, по крайней мере в тех случаях, когда он не сопровождается сигналами об опасности, например о повреждениях тканей. Предположительно именно так наш организм и вырабатывает толерантность к антигенам, содержащимся в нашей пище, а также к микрофлоре нашего пищеварительного тракта и верхних дыхательных путей.

Особенно резко Камминс выступает против живых вакцин, в которых используются сигнальные вещества и антитела собственной иммунной системы организма. “Мы знаем по опыту, что вмешательства в работу иммунной системы могут приводить к неприятным сюрпризам”, — предупреждает он. В качестве примера он рассказывает о недавнем случае, когда безвредный вирус мышиной оспы внезапно сделался смертоносным, после того как австралийские исследователи добавили в него ген одного из белков, имеющихся на поверхности мышиных яйцеклеток. Ученые пытались получить мышиный контрацептив, но вакцинация мышей модифицированным вирусом вызывала отключение целого отдела их иммунной системы.

Пробиотики в животноводстве

Вакцины и пробиотики нового поколения могут не только направить развитие медицины в новое русло, но и помочь животноводству слезть с иглы антибиотиков. Весной 1998 года казалось, что команде Food and Feed (“Еда и корм”) исследовательской службы Министерства сельского хозяйства, работающей в городе Колледж-Стейшен в Техасе, удалось забить важный гол в этой игре. Сотрудники лаборатории разработали простой в применении пробиотический аэрозоль, препятствующий заражению свежевылупившихся цыплят сальмонеллами — опасными пищевыми бактериями, нередко загрязняющими сырые яйца и курятину. Аэрозоль, которым фермер может за считаные минуты обработать сотни цыплят, содержит смесь из двадцати девяти разновидностей безвредных и живучи/ бактерий, выделенных Дэвидом Нисбетом и его коллегами из пищеварительного тракта здоровых кур. Одноразовая обработка данным средством на всю жизнь защищала от сальмонелл более 99 % цыплят, а кроме того, ускоряла их рост в степени, сравнимой с той, что помогают достичь используемые для этой цели антибиотики.

Исследователи назвали полученное средство Preempt и в марте 1998 года оно было одобрено Управлением пищевых продуктов и медикаментов — новость, попавшая в заголовки национальных газет (“Полезные микробы спасают птиц от вредных”), а также в телерепортажи, где показывали счастливых фермеров, опрыскивающих сотни очаровательных желтых цыплят. Компания MS Bioscience, получившая лицензию на производство этого аэрозоля, описывала его в своем пресс-релизе как “первый бактериальный продукт нового поколения, специально предназначенный для повышения защищенности организма против болезней”. Выступая перед репортерами, Джон Делоаш, один из разработчиков аэрозоля, добавил, что его широкое использование может когда-нибудь позволить свести уровень опасных болезнетворных микробов в яйцах и сырой курятине до уровня “столь низкого, что это перестанет иметь какое-либо значение”.

Но ажиотаж вокруг нового средства вскоре начал спадать, первоначальная волна спроса на Preempt схлынула, и на него осталось лишь несколько долгосрочных заказов от “органических” птицеферм. В 2002 году компания MS Bioscience, не поднимая шума, прекратила продажи этого аэрозоля на североамериканском рынке. Что же произошло? Микробиолог Тодд Кэллауэй, присоединившийся к “пробиотической” команде исследовательской службы Министерства сельского хозяйства в 1999 году, говорит: “Это средство имело успех, но оно было все же не столь дешевым, как антибиотики. Его применение в пересчете на одну птицу обходилось примерно в один цент, притом, что с помощью антибиотиков фермеры могли добиться такой же стимуляции роста за одну треть цента”. Что же касается пользы аэрозоля для борьбы с сальмонеллами, то куры не страдают от этих опасных болезнетворных микробов, как люди, а платить фермерам дополнительные деньги за то, что их продукция гарантированно не будет загрязнена сальмонеллами, никто не собирался.

Но такой исход отнюдь не обескуражил исследователей, вскоре разработавших свиной аналог аэрозоля Preempt, который должен был снизить уровень загрязнения свинины сальмонеллами и другими возбудителями опасных болезней человека. Но на этот раз они постарались получить средство, которое в первую очередь будет приносить выгоду фермерам, а снижение уровня опасных для человека микробов станет для потребителей лишь “бесплатным бонусом”. Полученный пробиотик обеспечивал защиту от едва ли не главного бедствия современного свиноводства — поносов, вызываемых дюжиной с лишним токсичных штаммов кишечной палочки. Штаммы этой бактерии, вызывающие понос у свиней, не представляют опасности для человека, но по их вине гибнут миллионы поросят ежегодно. Инфекция часто развивается у поросят в тот непростой период, когда их отнимают от матери и в массе собирают в отдельных загонах.

“Это грустное зрелище, — говорит Фрэнсис Форет, отвечающий в свиноводческом предприятии Missouri Sow Center (базирующемся в городе Ламар, штат Миссури) за выращивание четверти миллиона поросят ежегодно. — Поросята, страдающие поносом, мало едят, перестают расти, лежат себе и лежат, бледные как мел, с взъерошенной щетиной, а задики у них красные, воспаленные, как у младенцев с ужасным пеленочным дерматитом". Во время вспышек этих инфекций фермер нередко теряет порядка 20 % поросят, объясняет Форет, а те, что выживают, растут медленно и так никогда и не достигают положенного веса. “Никакие антибиотики тут особенно не помогают”, — добавляет он. Более того, в результате применения антибиотиков эти инфекции в целом становятся еще смертоноснее.

Форет охотно принял участие в практическом испытании средства, полученного исследователями из Министерства сельского хозяйства, и выяснил, что работники предприятия могут без труда давать этот препарат не менее чем 750 только что отлученным от матери поросятам ежедневно, впрыскивая пробиотик им в рот из бутылочки с пульверизатором и мерной шкалой. По словам Форета, препарат не только показал свою эффективность для профилактики поносов, но и позволил вылечить многих уже зараженных поросят. “Они менялись на глазах, — вспоминает он. — Только что были бледными как мел, и вот они уже розовеют, встают на ноги, начинают прыгать и скакать, отъедаются и округляются”.

Суммарным результатом проведенных на предприятии испытаний оказалось снижение смертности на 2,5 %. Может показаться, что это не так уж много, но если помножить число спасенных поросят на 50 долларов, которые предприятие получает в пересчете на голову выращенной свиньи, сумма будет немалой. За тот год, когда Форет принял участие в практическом испытании этого пробиотика, дополнительная прибыль Missouri Sow Center составила около 312 000 долларов.

В дальнейшем исследователи из Министерства сельского хозяйства надеются испытать свой пробиотик на новорожденных поросятах, многие из которых тоже заболевают поносами. “Если впрыскивать препарат поросятам в течение первых суток их жизни, это увеличит вероятность того, что у них в организме навсегда поселятся полезные разновидности бактерий”, — говорит руководитель исследования Харви. Свиноводам, таким как Форет, нравится эта идея, потому что тогда пробиотик можно будет включить обычный набор прививок и минеральных добавок, которые получает каждый новорожденный поросенок. “Мы вполне готовы, — считает Форет. — Будет совсем нетрудно еще и впрыскивать им этот препарат”.

Тем временем компания MS Bioscience вновь заинтересовалась реализацией аэрозоля Preempt— на этот раз на европейском рынке, где действует запрет на применение антибиотиков для стимуляции роста. “Кого бы вы ни выращивали — цыплят, поросят или телят, — вы всегда будете заинтересованы в том, чтобы у них в организме поселились хорошие микробы, прежде чем туда успеют попасть плохие, — подытоживает Кэллауэй. — Но пока у фермера есть антибиотики, снижающие себестоимость продукции, нельзя винить его в том, что он выбирает именно их”.

Вторая неолитическая революция

С тех пор как Земмельвайс и Листер впервые начали стерилизовать руки и хирургические инструменты, микробы, существующие в окружающей среде, воспринимались нами почти исключительно как угроза нашему здоровью. Теперь мы пьем хлорированную воду и пользуемся бактерицидными моющими средствами. Любое приготовление пищи стало упражнением по стерилизации продуктов и кухонной утвари. При этом все наши усилия по обеззараживанию жизни не только лишили нас успокаивающего иммунную систему благотворного эффекта безвредных бактерий, но и принесли нам лишь частичную победу в борьбе с инфекционными заболеваниями.

“Всякий раз, кода мы делаем ту или иную поверхность стерильной, мы становимся жертвами всего, что может на нее попасть, — утверждает микробиолог из Рокфеллеровского университета Дэвид Талер. — Это все равно что вспахать поле, но ничем его не засеивать и пытаться жить на тех сорняках, что на нем вырастут”.

Талер особенно широко известен (в научных кругах) своими идеями о генетических изменениях, задействованных в развитии клеток и в эволюции видов. Однако в последние годы он сосредоточил свои интеллектуальные усилия на том, в чем ему видится следующий большой скачок в развитии нашего собственного вида, — на пересмотре наших отношений с миром бактерий. Он называет это зарей “микробной неолитической революции”. По мнению Талера, подобно тому как охотники и собиратели каменного века в свое время перешли к современному образу жизни и стали сами выращивать себе пищу, теперь нам предстоит вторая неолитическая революция, благодаря которой мы перейдем от охоты на микробов к их одомашниванию и преднамеренному засеванию нашей среды тщательно отобранными штаммами и видами.

“Когда это случится, мы уже не будем стерилизовать всевозможные поверхности, например свою кожу, воздух или дверные ручки, — говорит Талер. — Люди поймут, что это такая же глупость, как стерилизовать свой кишечник”. Достижение “чистоты” больше не будет означать “удаление 99,9 % микробов”, добавляет он. Вместо этого чистотой будет считаться состояние наилучшего равновесия полезных микроорганизмов. Мы перестанем обливать себе руки, лицо и тело антибактериальными моющими средствами, а будем умываться и мыться, используя полезные для здоровья пробиотические смеси. Стиральные порошки будут содержать споры или лиофилизированные клетки бактерий, которые будут “просыпаться” и поддержишь свежесть нашей одежды. Мы будем покупать стельки для обуви, пропитанные микроорганизмами, взятыми с ног, отличающихся самым свежим запахом. Вместо бесплодных усилий по дезинфекции общественных туалетов уборщики будут опрыскивать унитазы и дверные ручки препаратами, содержащими “хороших” микробов, проявляющих живучесть на таких поверхностях. Стоящие пассажиры в метро будут держаться за поручни, пропитанные бактериями, при соприкосновении с которыми будут погибать вирусы простуды и гриппа. Больницам удастся наконец справиться с эпидемиями смертоносных, устойчивых к антибиотикам инфекций с помощью штаммов бактерий, стимулирующих работу иммунной системы пациента и помогающих ей бороться с болезнью.

Чтобы прийти из настоящего в будущее, как его представляет Талер, потребуются огромные научные усилия, «для начала нам понадобятся методы инвентаризации нашей микробиологической среды, как локальной, так и глобальной”, — говорит он. Хорошим заделом на пути к такому будущему стали многие замечательные достижения последнего десятилетия. Нам удалось провести более полную перепись нормальной микрофлоры своего организма, углубить свое понимание ключевых отличий наших самых безупречных постояльцев от горстки неисправимых смутьянов. Кроме того, мы начинаем понимать, что именно позволяет одним штаммам или видам бактерий вытеснять другие.

Но в большинстве случаев мы изучали своих друзей и врагов из мира бактерий по одному, а не как динамичные и разнообразные сообщества, образовывать которые для них естественно. Мы знаем, например, какой набор бактерий преобладает во рту, отличающемся свежим дыханием, в устойчивом к инфекциям горле или в пищеварительном тракте здорового человека, свиньи или курицы. Но готовы ли мы сделать следующий шаг — определить наилучший состав микробной смеси, чтобы сделать, скажем, бинт непроницаемым для золотистого стафилококка или разделочную доску непригодной для жизни сальмонеллы?

Даже когда мы опишем весь спектр нашей микробной среды, задача еще далеко не будет выполнена. Микробные сообщества, как и любые экосистемы, способны эволюционировать и подвержены нарушениям. Талер предвидит будущее, в котором мы будем непрерывно отслеживать эти невидимые изменения. Чтобы отслеживать их в окружающей среде, нам понадобятся методы, ранние предшественники которых разрабатываются сейчас для обнаружения угроз, связанных с биотерроризмом. Что касается здоровья отдельных людей, Талер предвидит: врач в ходе медосмотра будет пользоваться чем-то вроде мощного микроскопа, проверяя, все ли нужные микробы на месте и сохраняют ли они оптимальное равновесие. “Стоит также задаться вопросом о том, — говорит он, — что потребуется для выявления и поддержания благотворных реинкарнаций Тифозной Мэри”. Под такими “реинкарнациями” он имеет в виду людей, которые не только получают пользу от собственной здоровой микрофлоры, но и передают ее другим.

Возвращаясь к еде и напиткам, в области которых люди уже сделали самые первые, младенческие шаги по направлению к одомашниванию микробов, ученые уже задаются вопросом, не пора ли перестать ограничиваться культивированием микроорганизмов для производства йогуртов и сыров и вернуть в состав нашей пищи ряд представителей тех микробных сообществ, когда-то пропитывавших висевшее у нас на стропилах мясо, а также овощи и крупы, которые мы без особых ухищрений хранили в погребах и цистернах.

“Сама мысль, что нам стоит преднамеренно вернуть бактерий в мясо и овощи, которые мы едим, может приведи в ужас сотрудника службы контроля качества пищевых продуктов, — говорит Тодд Кэллауэй из исследовательской службы Министерства сельского хозяйства. — Но неправда, будто природа не терпит пустоты: она обожает пустоту. Пустота дает “плохим парням” место, где развернуться”. Если его коллеги преодолеют это табу, говорит Кэллауэй, в нашей жизни вполне может найтись место таким вещам, как аэрозоли для мяса или овощей, содержащие “микробные консерванты” вроде выделяющих кислоту лактобактерий.

“Мир, в котором мы живем, тоже живой, — подытоживает Талер. — Наш организм не может оптимальным образом функционировать, когда мы пытаемся создавать ему стерильную среду. Лучше будет, если мы научимся жить в глубокой и тесной связи с живым окружающим миром go всей его цельности и неразрывности”.

Часть 7. Лечить больного, а не болезнь

[Имеющийся у нашего организма] арсенал позволяющий нам отбиваться•от бактерий, такой мощный и включает такое количество разных механизмов обороны, что представляют для нас еще большую опасность, чем сами наши враги. Мы Живем в окружении взрывных устройств, мы заминированы.

Врач-иммунолог Льюис Томас (1978)

Чудовище внутри нас

Запах переспелой тыквы и по сей день вызывает у Кевина Трейси в памяти тот майский вечер 1985 года, когда в отделение неотложной помощи Нью-Йоркской больницы привезли маленькую девочку с сильными ожогами. Трейси в то время проходил второй год резидентуры, обучаясь на нейрохирурга. У одиннадцатимесячной Дженис было обожжено больше 75 % тела. За несколько минут до этого, ползая на полу, она оказалась между ног своей бабушки, когда та снимала с плиты кастрюлю с кипящей водой. Трейси закончил осмотр ужасных ожогов, и медсестры намазали тело младенца толстым слоем антибиотического крема “Сильваден”. Его резкий, сладковатый запах прочно запечатлелся в памяти Трейси за ту ночь и последовавший за ней беспокойный месяц.

Трейси знал, что шансы выжить у Дженис невелики, потому что никакой, даже самый толстый слой антибиотической мази не сможет заменить утраченной кожи — естественной преграды, которая защищает тело от невидимого моря окружающих бактерий. Стоит бактериям проникнуть внутрь, дальше кожи и слизистых оболочек, и это может привести к воспалению всего тела — сепсису, природа которого по-прежнему плохо изучена (в восьмидесятые годы считалось, что его вызывают бактериальные токсины). Сепсис часто оказывается смертелен, если принимает одну из двух тяжелых форм. У Дженис развились обе.

Через четыре дня после того, как Дженис попала в больницу, давление крови у нее резко упало, потому что кровеносные сосуды внезапно стали так протекать, что значительная часть жидкости из них вышла в окружающие ткани. У девочки начался септический шок. В течение двенадцати часов Трейси и дюжина других врачей и медсестер трудились, поддерживая в ее теле жизнь с помощью сосудосуживающих средств и обильного вливания внутривенной жидкости. Все это время они помнили о том, что если шок продлится больше половины суток, то никакие усилия не помогут спасти внутренние органы и конечности младенца. Но они понятия не имели, сколько времени продержится такое состояние.

Наутро, в девять часов, давление крови у Дженис поднялось и стабилизировалось почти так же быстро, как раньше обрушилось. Ей не пришлось ампутировать пальцы ни на руках, ни на ногах, но было весьма вероятно, что легкие, почки и другие органы получили повреждения. После этого организм девочки в течение трех недель медленно восстанавливался после шока, и когда ей исполнился год, вся семья собралась в палате, чтобы отпраздновать ее день рождения — с шариками и шоколадным тортом.

Но на следующий день, когда Дженис на руках у медсестры только что допила обеденную порцию смеси из бутылочки, глаза у нее внезапно закатились, и кардиомонитор показал остановку сердца. Трейси вспоминает как страшный сон: он прибежал в палату на крики сестры, задействовал Зппаратдля искусственного дыхания и непрямого массажа сердца, а затем помогал кардиохирургу, тщетно пытавшемуся заставить сердце девочки заработать. Маленькой Денис удалось пережить молниеносный септический шок, но ее убил последовавший за ним отказ органов, вызванный его скрытным собратом — тяжелым сепсисом.

Но почему? Ни тогда, ни теперь никому не удавалось ронять, почему у одних пациентов тяжелый сепсис или септический шок развивается, а у других — нет. Иногда казалось очевидным, что все дело в развитии масштабной бактериальной инфекции. В других случаях, как с маленькой Дженис, бактерии, которые могут способствовать сепсису, столь немногочисленны и незаметны, что их так и не удается обнаружить в ходе анализов крови и мочи или при вскрытии.

“Этот прискорбный и загадочный случай заставил меня выбрать другую специальность, — говорит Трейси. — Вместо того чтобы стать нейрохирургом, я решил заняться исследованиями сепсиса”. Хотя сепсис и редко называют по имени в свидетельствах о смерти, от него умирают