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

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 хорошо¹.

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 (AIP, 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 ауто индуктор 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 зажили³. “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 пневмонии⁴. 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 подействовали⁵. 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 сравнению с обычными энтерококками, которые имеются у всех нас в кишечнике, внутрибольничные штаммы, синтезирующие цитолизины, смертоноснее раз в сто”, – говорит Гилмор.

Как и стафилококк, VRE не применяет свое оружие беспорядочно. 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 раз⁶.

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”⁷.

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 agalactiae (стрептококка группы B, 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 дырок⁸.

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 жертв⁹. 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 пептобисмола). 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 C. 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 C. difficile, этот препарат сравним по эффективности с ванкомицином и при этом оказывает несколько более постоянное действие, то есть, успешнее предотвращает повторное развитие инфекции¹⁰. 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 лучше¹¹.

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 тетано-спазмин, 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 дифтерии¹².

Вакцины – это не только способ ослабить бактерий, но и, возможно, наша главная надежда на то, что нам удастся сократить как бремя воспалений, связанных с переносимыми на протяжении всей жизни инфекциями, так и постоянный прием антибиотиков. Вакцины, как выясняется, намного 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 определенного 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 снижаться¹³. 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 инфекций¹⁴.

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 образом подходящих для включения в состав вакцин, чтобы обеспечивать максимальный уровень защиты. Например, Олаф 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 штаммам¹⁶. “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 вакцины¹⁷.

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 размножения¹⁸.

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 пневмококка¹⁹. 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 возрасте²⁰.

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 b (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 ежегодно²¹. Вакцины против Hib-инфекции снизили связанные с этим микробом заболеваемость и смертность более чем на 80 %²².

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, а 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 инфекций²³.

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 стула²⁴.

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 микрофлоры²⁵.

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 тракта²⁶. Результаты множества последующих работ подтвердили, что здоровье половых путей неразрывно связано с преобладанием в их микрофлоре лактобактерий²⁷.

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-1 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 инфекций²⁹.

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 инфекциям³⁰. 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 женщин³¹. 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 FemDophilus³².

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 этикетками³³. 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 было³⁴.

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 порядок³⁵. 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 плацебо³⁶.

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 четверти³⁷.

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 миру³⁸. 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 инфекциям³⁹.

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 Австралии⁴⁰. Но вскоре началось распространение смертоносных, гиперпатогенных штаммов C. 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 C. 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 C. difficile инфекции, сокращающее почти вдвое число случаев возобновления инфекции после стандартного лечения такими антибиотиками, как метронидазол или ванкомицин.

Еще более эффективное средство против вызываемых C. difficile колитов будет, возможно, получено на основе нетоксичных штаммов того же микроба, пока протестированных только на животных. Эти безвредные разновидности C. difficile были взяты из коллекции штаммов, которую составил микробиолог из Северо-западного университета Дейл Гердинг, идентифицировавший в 2005 году гиперпатогенный 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 штаммов⁴¹. Поскольку C. 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 людях⁴².

Клин клином

В 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 502A 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 / 81⁴³.

Но и совсем недавно, в начале девяностых, по крайней мере один врач продолжал использовать штамм 502A 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 502A 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 11 наблюдались рецидивы инфекции⁴⁴.

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 502A, 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”, – вспоминает Стил.

Надо признать, что возможность преднамеренного заражения 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 502A 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 антибиотикам⁴⁵.

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 название E. coli 83972, в лабораторных культурах и прочесал его гены, чтобы убедиться, что он не наделен своеобразными молекулярными крючьями, которые позволяют некоторым штаммам кишечной палочки вызывать серьезные повреждения мочевого пузыря⁴⁶. После этого в ходе двух первых испытаний, проведенных в конце девяностых, урологи из хьюстонского реабилитационного центра ввели штамм 83972 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 палочкой⁴⁷.

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 пациентам⁴⁸. 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 пузыря⁴⁹. 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 повреждая⁵⁰.

“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 другие⁵¹. 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 S. 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 суперагрессивный 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 S. 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)⁵².

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. mutans⁵³. Полдюжины исследований, проведенных на крысах, подтвердили предварительный результат: стоило нанести на зубы крысы данный штамм, как он неизменно вытеснял собственный штамм S. 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 S. 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. С точки зрения безопасности потенциального лекарственного препарата большое значение имело то, что, как показал Хиллман, исходный штамм, поселившийся во рту у него и его коллег, за десять с лишним лет не передался никому из членов их семей⁵⁴.

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 Oragenics 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 и 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. Одна 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 10 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-10⁵⁵.

Исследователи давно знали, что у лабораторных животных, не способных производить интерлейкин-10, 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 Крона⁵⁶. 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 исследователей требовалось с предельной строгостью держать своих генетически модифицированных “Франкенробов” в биологическом 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 к трудностям, связанным с пребыванием в течение двенадцати дней в изоляторе.

Так или иначе, проверка на безопасность прошла вполне успешно⁵⁷. 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 на те клетки иммунной системы, которые он обычно уничтожает, сливаться с ними и проникать внутрь⁵⁸. 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”⁵⁹. 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 на эту тему. К своему удивлению, говорит он, ничего найти не удалось. “Но чем больше я думал об этом, тем логичнее мне 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 Хиллиер, проводящей исследования в области гинекологии в Питсбургском университете. В сотрудничестве с коллегами из Африки она занималась разработкой недорогих средств, которые позволили бы женщинам защищать себя от 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 бактерий⁶⁰. 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 вдвое⁶¹. 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 обезьян⁶². Ген этого белка был выделен из яркоголубой 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 стрептококка⁶⁴. Биологи из Государственного университета Нью-Йорка, в свою очередь, создали другой трансгенный штамм той же бактерии, клетки которого носят на себе антигены микроба Porphyromonas gingivalis – виновника определенной формы парадонтита, повреждающего костные ткани⁶⁵. 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 желудка⁶⁶. 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 животных⁶⁷.

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 johnsonii), на поверхности клеток которого имеется человеческая разновидность антител IgE, способствующих развитию аллергических реакций. Когда этот штамм вводят животным, он стимулирует выработку иммунной системой других антител (IgG), которые ликвидируют вызывающие неприятности антитела IgE⁶⁸.

“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”⁶⁹.

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 иммунитета⁷⁰.

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 системы⁷¹.

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 живучих 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 антибиотики⁷².

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”⁷³.

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 собирался⁷⁴.

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 человека⁷⁵. 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 ежегодно⁷⁶. 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 Форст, 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 Форст, 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 смертоноснее⁷⁷.

Форст 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 Форста, 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 Форст принял участие в практическом испытании этого пробиотика, дополнительная прибыль Missouri Sow Center составила около 312 ооо 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 Роджер Харви. Свиноводам, таким как Форст, нравится эта идея, потому что тогда пробиотик можно будет включить в обычный набор прививок и минеральных добавок, которые получает каждый новорожденный поросенок. “Мы вполне готовы, – считает Форст. – 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”⁷⁸.

Талер особенно широко известен (в научных кругах) своими идеями о генетических изменениях, задействованных в развитии клеток и в эволюции видов⁷⁹. 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 поддерживать 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 привести 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 во всей его цельности и неразрывности”.

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 месяц¹.

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 аппарат для искусственного дыхания и непрямого массажа сердца, а затем помогал кардиохирургу, тщетно пытавшемуся заставить сердце девочки заработать. Маленькой Дженис 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 понять, 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 около четверти миллиона американцев ежегодно. Часто он развивается как “осложнение” после тяжелых травм и операций или в результате хронических заболеваний². “В наши дни, когда мы слышим о том, что кто-то умер от бактериальной инфекции, – говорит Трейси, – истинная причина смерти – почти всегда сепсис”.

Особенно велик риск развития сепсиса у людей с тяжелыми ожогами, иммунодефицитом, диабетом или параличом. В случае последних двух групп нарушенное кровообращение и открытые язвы делают человека предрасположенным к бактериальному заражению крови. Например, парализованный актер Кристофер Рив умер от сепсиса, развившегося в результате заражения пролежня, что нередко бывает с людьми, прикованными к постели или инвалидному креслу. По оценкам специалистов, еще миллионы людей ежегодно умирают от сепсиса на последних стадиях развития смертельных заболеваний, таких как рак или болезни сердца.

При этом, хотя к сепсису может приводить присутствие на запретной территории любых бактерий, некоторые их разновидности вызывают его чаще, чем другие. К самым печально известным относится патогенный штамм USA300 устойчивого к метициллину золотистого стафилококка. Именно он убил в 2003 году студента колледжа Рики Ланнетти, замечательного футболиста двадцати одного года, и заставил врачей ампутировать ноги двум молодым женщинам из Балтимора, которых зимой того же года лечили от воспаления легких в Медцентре Джонса Хопкинса. Все они стали жертвами септического шока. Вызывающий “токсический шок” стрептококк, от которого в 1990 году умер создатель “Маппет-шоу” Джим Хенсон, тоже известен своей склонностью вызывать сепсис.

За двадцать пять лет исследований, в которых Трейси принимал участие, удалось выяснить, что не сами бактерии приводят, по крайней мере напрямую, к смертоносным нарушениям, сопровождающим сепсис. Осенью того года, когда умерла маленькая Дженис, Трейси занялся исследованиями сепсиса вместе с иммунологами Энтони Черами и Брюсом Бойтлером из Рокфеллеровского университета (удобно расположенного по соседству с ожоговым отделением Нью-Йоркской больницы). Черами изучал работу одного из сигнальных веществ иммунной системы (цитокинов), вызывающего сильную потерю веса (изнуряющую болезнь) у пациентов с хроническими инфекциями или поздними стадиями рака. Это вещество получило название “фактор некроза опухоли” (ФНО), потому что именно оно служит главным оружием клеток иммунной системы, таких как макрофаги, убивающих клетки раковой опухоли.

Как выяснилось, макрофаги используют ФНО в том числе и для того, чтобы убивать бактерий и зараженные клетки. Бойтлер, в свою очередь, работал тогда над еще одним, дополнительным, проектом, изучая последствия введения мышам подавляющих ФНО антител непосредственно перед инъекцией шоковой дозы эндотоксина – вещества, имеющегося на поверхности клеток у 90 % всех бактерий. Все мыши, которым Бойтлер вводил оба вещества, остались живы³. Это небольшое исследование поднимало большой научный вопрос: не может ли ФНО, а не бактериальные токсины, быть тем смертоносным ядом, с действием которого связан сепсис.

Оказалось, что так оно и есть, и Трейси удалось найти тому доказательства. Для начала он показал, что септический шок развивается у подопытных животных даже в том случае, если им вводят только ФНО⁴. Затем он продемонстрировал, что развитие шока можно предотвратить, если, прежде чем вводить в кровь животным бактерий, ввести им подавляющие ФНО антитела⁵. Вывод, который следовал из этих результатов, поставил представления медиков о сепсисе с ног на голову: смертоносный сепсис вызывают не бактерии, а собственная иммунная система пациента.

Например, так называемый эндотоксин на самом деле оказался неактивным веществом – липополисахаридом. Его присутствие на поверхности большинства бактериальных клеток служит своего рода штрих-кодом, по которому иммунная система узнаёт об их присутствии в организме. Теперь мы знаем, что борющиеся с бактериями клетки иммунной системы, такие как макрофаги и нейтрофилы, реагируют на этот сигнал тем, что приводят в режим повышенной боевой готовности свое биохимическое оружие, в частности ФНО. Проблемы начинаются тогда, когда иммунной системе не удается сразу уничтожить замеченных бактерий.

Сохраняющееся присутствие таких бактерий, даже в небольшом количестве, способно спровоцировать иммунную систему на отчаянные меры, приводящие к саморазрушению. То самое воспаление, которое, действуя прицельно, помогает подогнать клетки иммунной системы и антитела к месту развития инфекции, может оказаться смертельным для организма, когда охватывает его целиком, без разбора открывая кровеносные сосуды и выводя из строя систему кровообращения, что приводит к отмиранию внутренних органов и конечностей из-за недостатка кислорода.

Статьи Трейси об этих эпохальных открытиях были опубликованы в ведущих научных журналах Nature и Science в 1986 и 1987 годах. В начале девяностых биотехнологические компании уже в спешном порядке проводили испытания препаратов, подавляющих ФНО, на пациентах. Их ждал полный провал. “Подавлять работу ФНО после развития шока – это как закрывать дверь конюшни после того, как лошадь уже убежала, – говорит Трейси, теперь понимающий, в чем было дело. – После выделения ФНО в достаточно большом количестве вызванные им разрушения уже нельзя исправить”. Кроме того, учитывая сложность механизмов иммунного ответа, Трейси и некоторые другие ученые заподозрили, что не только ФНО, но и многие другие вещества могут играть ключевую роль в стремительном каскаде реакций, сопровождающих развитие септического шока у разных пациентов и на разных его этапах. Пока исследователи продолжают проникать в эти тайны, недавний крах компаний, созданных под разработку лекарств от сепсиса, научил крайней осторожности инвесторов, чье участие необходимо для появления новых подобных средств.

Трейси, в свою очередь, занялся исследованием возможных методов лечения другой, не столь яркой формы сепсиса, от которой в итоге и умерла маленькая Дженис. Он подозревал, что медленный процесс, приводящий к отказу органов при тяжелом сепсисе, связан с постепенным падением во всем организме барьеров, необходимых для его нормальной работы. “При тяжелом сепсисе не происходит такого сильного повреждения органов, как при септическом шоке, но клетки начинают протекать, желчь смешивается с кровью, легкие наполняются жидкостью, – объясняет Трейси. – Вероятно, когда такие барьеры перестают работать на клеточном уровне, то вскоре и органы начинают отказывать”. При тяжелом сепсисе у пациентов и подопытных животных наблюдаются сравнительно нетоксичные концентрации ФНО в кровотоке, добавляет он, в любом случае намного ниже, чем при остром шоке. А от препаратов, подавляющих ФНО, при тяжелом сепсисе может стать только хуже.

В 1994 году, когда Трейси стал старшим научным сотрудником Института медицинских исследований Файнстайна в Манхассете (штат Нью-Йорк), он всерьез взялся за изучение тяжелого сепсиса. Он и его ученики начали искать другие цитокины, помимо ФНО, которые могут выделяться в ходе постепенного развития этого синдрома. Особенно интересной находкой оказался выделенный ими белок амфотерин (или HMGBi) – на первый взгляд плохой кандидат на эту роль, потому что его можно найти едва ли не во всех здоровых клетках. Но дальнейшие исследования показали, что у пациентов, умиравших от тяжелого сепсиса, наблюдался безумно высокий уровень амфотерина в крови. Кроме того, Трейси и его группе удалось продемонстрировать, что, подавляя амфотерин моноклональными антителами, подопытных животных можно вылечить даже на поздних стадиях развития тяжелого сепсиса⁶.

Трейси и многие другие иммунологи теперь рассматривают тяжелый сепсис и септический шок как два разных синдрома, порождаемых одним и тем же состоянием “фрустрации” иммунной системы. Когда макрофагам и другим убивающим бактерий клеткам не удается уничтожить их на ранних этапах развития инфекции, их биохимические “призывы к оружию” могут достичь запредельного уровня. Если это выработка ФНО, то в организме стремительно развивается септический шок. Если же это амфотерин, то иммунная система запускает механизм постепенного распада – тяжелый сепсис.

Учитывая, что тяжелый сепсис развивается медленнее, чем септический шок, препараты, подавляющие амфотерин, вполне могут оказаться действенными там, где препараты, подавляющие ФНО, провалились. Теперь уже ясно, что средства подавления ФНО необходимо применять до того, как организм полетит в пропасть септического шока, однако антитела против амфотерина иногда позволяют спасти подопытное животное, даже если ввести их через тридцать шесть часов после начала тяжелого сепсиса. В 2007 году биофармакологическая компания MedImmune из Мэриленда и собственная компания Трейси Critical Therapeutics уже начали совместную работу по подготовке к испытаниям на пациентах препаратов на основе антител против амфотерина.

В 2000 году Трейси занялся исследованиями в еще одном направлении, на этот раз связанном с вмешательством в процесс развития сепсиса на более раннем этапе, позволяющем предотвратить реализацию иммунной системой любого из двух смертельно опасных сценариев. Трейси и его ученикам было известно, что блуждающий нерв, управляющий такими жизненно важными функциями, как дыхание и сердцебиение, также регулирует и развитие воспалений. Они обнаружили, что с помощью электрической стимуляции этого нерва можно спасать жизнь подопытных животных, у которых начинается сепсис⁷. При этом, что особенно важно, стимуляция блуждающего нерва не подавляла способность иммунной системы бороться с бактериями. Она просто не давала этой системе сорваться с катушек, запустив в организме процесс саморазрушения. За следующие четыре года Трейси и его коллегам удалось разобраться, как именно выделение блуждающим нервом ацетилхолина (нейромедиатора, посредством которого осуществляется и регуляция работы органов) действует на клетки иммунной системы, заставляя их остановить перепроизводство воспалительных цитокинов, таких как ФНО и амфотерин⁸.

“Возможно, нам удастся разработать устройство, аналогичное кардиостимулятору, которое будет подавлять синтез ФНО и амфотерина в организме пациента”, – говорит Трейси о возможном применении этого открытия. Другие его коллеги по Институту Файнстайна, в свою очередь, показали, что развитие сепсиса у мышей можно также остановить, стимулируя блуждающий нерв с помощью специальных препаратов или же вводя животным небольшое количество никотина, который клетки принимают за нейромедиатор этого нерва – ацетилхолин⁹. Но до внедрения методов лечения, основанных на этих открытиях, еще очень далеко, учитывая, что биотехнологические компании стали бояться вкладывать деньги в разработку любых антисептических средств. Несмотря на это, иммунологи, в том числе Трейси, очень надеются, что рано или поздно они научатся лечить сепсис. “Не стоит забывать, что еще в начале восьмидесятых, если у животного развивался сепсис, его ничем нельзя было спасти, – отмечает он. – Теперь же у нас есть множество средств, позволяющих лечить таких животных. История показывает, что если по-настоящему разобраться, как спасать животных, рано или поздно это скорее всего позволит спасать и пациентов”.

В более глубоком плане, говорит Трейси, наши новые знания о причинах развития сепсиса помогли найти новые стратегии борьбы с инфекциями. Если раньше единственная стратегия была направлена исключительно на уничтожение микробов, теперь у нас есть методы лечения, корректирующие реакцию организма на их вторжение. “Древние греки были правы, – продолжает он. – В течение двух тысяч лет в основе созданной ими теории медицины лежало представление о равновесии жизненных соков, согласно которому пациент выздоровеет, если в его организме будет равновесие. Все изменилось в XIX веке – с появлением микробной теории болезней”. Микробная теория дала нам много спасительных средств, но открытие того, что иммунная система сама может отравлять наш организм, заставляет нас вновь сосредоточиться на лечении больного, а не болезни.

Пока весь мир ожидает появления универсальных антисептических средств, долю летальных исходов септического шока удалось снизить благодаря применяемым реаниматорами достижениям в области методов поддержания жизни, таких как быстрое внутривенное вливание замещающих жидкостей, более эффективные сосудосуживающие средства и даже жесткий контроль уровня глюкозы в крови¹⁰. Сегодня уже почти две трети жертв сепсиса выживают, хотя еще четверть века назад доля выживших едва достигала половины. Тревожно то, что этих достижений оказалось недостаточно, чтобы компенсировать рост заболеваемости. По оценкам, полученным недавно в Центрах по контролю и профилактике заболеваний, за период с 1979 по 2000 год заболеваемость сепсисом в США выросла примерно с 164 000 до почти 660 000 случаев в год, или с 83 до 240 случаев на каждые 100 000 американцев¹¹. Хуже того, эти оценки роста заболеваемости оказались сильно заниженными, потому что учитывали только пациентов, у которых гемокультуры подтвердили наличие бактерий в крови. Однако, как прекрасно известно врачам-реаниматорам, инфекция, вызвавшая сепсис, нередко так и остается невыявленной.

Исследования Дерека Ангуса из Питсбургского университета показали, что общее число случаев сепсиса в США – независимо от результатов анализа гемокультур – в 1999 году уже приближалось к миллиону и росло со скоростью больше 6 % в год¹². “Непрерывный рост эпидемии тяжелого сепсиса в этой стране должен заставить нас забить тревогу”, – предупреждал Ангус. Отчасти этот рост связан с увеличением среднего возраста населения, потому что после восьмидесяти пяти лет риск развития сепсиса сильно возрастает. Но помимо этого, за последние пятьдесят лет изменился и “типичный” человеческий организм.

Инфекции от имплантации

Сегодня в США хирурги имплантируют пациентам десятки миллионов искусственных структур ежегодно – от штифтов в сломанных костях и стентов в сосудах до искусственных суставов и сердечных клапанов. И каждый год полтора с лишним миллиона из них вызывают развитие инфекций¹³.

На заре истории медицинской имплантации хирурги полагали, что достаточно тщательно стерилизовать имплантируемую структуру и прописать пациенту одно- или двухдневный курс антибиотиков в качестве дополнительной страховки. Но в восьмидесятые годы, когда число пациентов, которым имплантировали всевозможные искусственные структуры, еще не достигло отметки в один миллион, стало ясно, что наш кровоток далеко не так стерилен, как мы привыкли считать.

Теперь мы знаем: бактерии, обитающие у нас на коже и слизистых оболочках, регулярно попадают во внутренние уголки нашего тела, причем не только через открытые раны, но и через вездесущие прыщи, воспаления десен и микротравмы, постоянно вызываемые твердой пищей при ее прохождении через пищеварительный тракт. Этого не боятся здоровые живые ткани, которые могут быстро призывать на помощь иммунный ответ. Но сталь, оргстекло, медицинский текстиль и тому подобное предоставляют бактериям гостеприимные убежища, где те могут на какое-то время задержаться, иногда – завести семью, а еще лучше – построить себе хитроумные цитадели, называемые биопленками.

Оказывается, большинство бактерий, когда у них есть такая возможность, стараются не плавать в среде поодиночке, как это бывает в пробирках, где ученые содержат их в виде монокультур. В природе они сразу образуют разнообразные сообщества, распределяя между собой различные функции – от производства еды и утилизации мусора до гражданской обороны. Формирующиеся при этом биопленки обладают природной устойчивостью к антибиотикам – отчасти благодаря своей способности отгораживаться от окружающей среды, а отчасти благодаря тому, что они могут себе позволить держать некоторых членов сообщества в состоянии спячки, и на них не действуют антибиотики, мишенями которых служат механизмы роста или жизнедеятельности.

Налет, образующийся на зубах, если их не чистить, – тоже биопленка, и именно поэтому антибактериальные ополаскиватели для рта никогда не заменят механического очищения зубов от налета. Когда биопленка образуется на внутреннем имплантате, единственным выходом часто оказывается его хирургическое удаление. По этой причине ежегодно приходится проводить десятки тысяч открытых операций на сердце и операций по удалению искусственных суставов, в последнем случае – неизбежно задевая и травмируя окружающие кости и мышцы¹⁴. Но все это относится только к очевидным инфекциям, которые вызывают повышение температуры, боль и недомогание. Многие, если не все имплантаты рано или поздно заселяются скрытыми биопленками. Подавляющее большинство этих небольших бактериальных сообществ не вызывают никаких неприятностей, потому что склонны оставаться в состоянии спячки, не причиняя прямого вреда и обычно избегая обнаружения иммунной системой. Опасность возникает тогда, когда иммунной системе все же удается их учуять. Тогда она оказывается перед выбором: либо терпеть их присутствие, либо позволить им стать чем-то вроде мучительной занозы, вызывающей хронические воспаления или даже септическую катастрофу.

Теперь, когда ряды носителей имплантатов насчитывают уже десятки миллионов человек, медикам пришлось реагировать на растущую угрозу таких инфекций, хотя их реакция не всегда была благоразумной. Например, когда стало ясно, что на имплантатах часто поселяются представители микрофлоры ротовой полости, многие стоматологи стали прописывать ударный курс антибиотиков даже перед регулярным удалением зубного камня всякому пациенту, у которого был хоть один штифт в костях. Дальнейшие исследования показали, что это не особенно помогло снизить риск заражения имплантатов, но часто приводило к другим неприятностям, таким как связанные с антибиотиками поносы и колиты¹⁵. Результаты других исследований указывают на то, что антибиотики даже способствуют образованию бактериями биопленок – в порядке защитной реакции на химическую атаку¹⁶.

Но что, если сделать так, чтобы имплантаты сами выделяли антибиотики? Разве это не превратит их поверхности в запретную территорию для микробов? Сотрудники некоторых биотехнологических компаний преследуют именно эту сомнительную цель¹⁷. Другие ученые предостерегают: этот подход только кажется разумным, а на самом деле опасен. Они указывают на урок, который следует извлечь из истории с имплантацией во время хирургических операций гранул с антибиотиками, которые должны были предотвращать развитие послеоперационных инфекций. Хирурги уже много лет как убедились, что такие гранулы нужно удалять не позже, чем через несколько недель (или делать их саморазлагающимися). В противном случае сами эти гранулы покрываются налетом из устойчивых к антибиотикам бактерий¹⁸. Как и предсказывали те, кто против этого предостерегал, первый антибиотический имплантат – искусственный сердечный клапан марки Silzone – не понижал, а только повышал риск развития инфекции, когда его вживляли пациентам¹⁹. Дальнейшие испытания показали: противомикробное покрытие этого устройства действительно даже способствовало прикреплению к нему бактерий²⁰.