Жизнь после антибиотиков. Чем нам грозит устойчивость бактерий к антибиотикам и нарушение микрофлоры Блейзер Мартин

Глава 13. …и толще

Целью было воссоздать в лаборатории увеличение веса и размеров, наблюдаемые у сельскохозяйственных животных, а затем выявить причины, которыми они обусловлены. Понадобилась большая команда, но ключевые роли в ней играли несколько ченых: Ильсын Чхо, врач и стипендиат-исследователь по гастроэнтерологии; Лори Кокс, аспирантка, чья диссертация была посвящена экспериментам на мышах и которая еще в четырнадцать лет начала работать с бактериями в компании отца, производившей материалы для бактериологических лабораторий; студентка-бакалавр Яэль Нобель. Без таких умных и целеустремленных помощников я бы не проверил ни одной своей идеи. К поискам присоединились и многие другие: от школьников, подрабатывавших летом, до студентов, занимавшихся независимыми исследованиями, и гостей – ученых со всего мира{145}.

В 2007 году, после нескольких попыток запустить модель, мы наконец начали первый полный набор экспериментов по изучению фермерских практик, добавив четыре разных субтерапевтических курса антибиотиков (СТК) в воду в мышиных поилках. Рассматривали только самок, потому что они дерутся гораздо реже самцов, и это облегчило работу. Первые результаты оказались не слишком многообещающими: разницы в весе между мышами, получавшими СТК, и контрольной группой не наблюдалось.

Когда исследовательскому комитету Ильсына сообщили, что мыши не набирают вес, один из экспертов спросил: «А как меняется состав их тела?»{146} Он имел в виду массовую долю жира, мышц и костей. Мы не знали ответа.

– Может быть, провести ДЭРА и узнать? – предложил он.

Это аббревиатура от «двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии», теста, который измеряет у женщин толщину костей и связанный с этим риск остеопороза. Но кроме этого, говорит, сколько в теле жира, а сколько – мышц.

Предложение оказалось полезнейшим. Мы обнаружили, что у всех четырех групп СТК-мышей на 15 % больше жира, чем у контрольной группы – такую разницу нельзя объяснить простой случайностью.

Это было первое доказательство, что антибиотики изменяют обмен веществ и влияют на состав тела. СТК-мыши были жирнее, но вот мышечная масса была почти такой же, как у контрольной группы. Кроме того, обнаружилась неожиданная вещь: в возрасте семи недель, через три недели после начала курса антибиотиков, мыши начали ускоренно набирать костную массу. Это говорило о том, что они должны стать больше, длиннее и выше. Но к возрасту в десять недель костная масса была одинаковой у всех. Более ранний набор проявился только у мышей, которым давали лекарства. В последующих экспериментах мы так же обнаружили изменения роста костей, некоторые остались на всю жизнь. Этот эффект опять-таки не ограничивался только одним антибиотиком. Иначе все можно было бы списать на побочные эффекты конкретного лекарства. Повторюсь, он проявлялся для всех, использованных в эксперименте. Наша работа подтверждает идею, что вместе с улучшенным питанием и чистой водой медикаменты – один из факторов, благодаря которым люди в среднем сейчас выше, чем когда-либо.

Итак, мы получили доказательства, что СТК изменяет развитие в начале жизни, но так и не поняли, почему это происходит. Каким образом добавление антибиотиков в воду вызывает подобный эффект? Что делает животных жирнее и заставляет их набирать костную массу? Мы заподозрили, что лекарства меняют состав кишечной микрофлоры, так что начали исследовать помет. Фекалии – это конечный продукт всех процессов, происходящих в кишечнике, и в нашем распоряжении его было достаточно. Они дали стандартный материал для сравнения во времени у одной и той же мыши и между теми, кому скармливали разные антибиотики и разную пищу.

Кроме того, после смерти животных мы изучали материал из верхней части толстого кишечника, которую называют слепой кишкой. Его содержание было важно для исследований, потому что оно показывало, какие микробы присутствуют и проявляют активность в теле, а не только после выделения в фекалиях. Поскольку этот материал можно добыть только хирургическим путем, мы получали его один раз. По большей части содержимое кишечника (и толстой кишки, и фекалий) мышей и людей состоит из непереваренных пищевых волокон, воды и бактерий; почти все присутствующие ДНК – бактериальные. Чтобы узнать больше, был проведен так называемый универсальный бактериальный анализ на 16S рРНК.

У всех микроорганизмов есть ген, кодирующий 16S рРНК, необходимую для производства белков. Но точная последовательность ДНК у разных видов бактерий значительно отличается. Форма гена у E. coli совсем не такая, как у стафилококка. Так что, воспользовавшись универсальным анализом с последующим секвенированием ДНК, мы смогли провести перепись «кто здесь». Это примерно то же самое, что проводить перепись населения Нью-Йорка или Чикаго, чтобы узнать, сколько там живет учителей, юристов, полицейских и школьников. В данном случае нас интересовало, сколько присутствует клостридий, бактероидов, стрептококков и так далее, вплоть до тысяч отдельных видов бактерий. На основании результатов переписи мы смогли ответить на несколько важных вопросов.

Во-первых, влияет ли СТК на разнообразие бактерий? Другими словами, живет ли в мышах, принимавших антибиотик, такая же разношерстная компания микробов, как в мышах контрольной группы? В обоих образцах, безусловно, будет немало «учителей», «школьников» и «полицейских», потому что они широко распространены. Но будут ли там «актуарии» или «настройщики фортепиано» (редкие профессии)?

Мы обнаружили, что антибиотики, возможно из-за низкой дозы, не оказывали очевидного эффекта на бактериальное разнообразие. В образцах СТК-мышей и контрольной группы обнаружилось одинаковое количество «профессий».

А меняют ли медикаменты функции бактерий? Да. Большинство пищи, которую вы едите, переваривается в тонкой кишке. Остатки, добирающиеся до толстой кишки, переварить практически невозможно. И тут на помощь приходят бактерии. Вспомните: некоторые микробы толстой кишки переваривают этот материал и выделяют так называемые короткоцепные жирные кислоты (КЦЖК), которые всасываются в стенки кишечника. Эти КЦЖК составляют 5-15 % всех калорий, которые вы получаете за день. Если бы ваши микробы эффективнее добывали калории из «неперевариваемой» еды, вы получали бы еще больше питания и толстели.

Но что происходит с составом – относительными пропорциями между «учителями», «полисменами» и т. д. – при приеме СТК? Например, можно ожидать, что распределения этих профессий в Нью-Йорке и Чикаго будут более похожи между собой, чем, например, в Дели или Пекине. Вот модель, которую мы находим в кишечном микробиоме.

Тут стало уже интереснее. СТК меняет состав популяции кишечных микробов – это обнаружилось и в слепой кишке, и в фекалиях. Мы знали, что обычная доза антибиотика изменяет пропорции, но не знали, какое влияние окажут очень маленькие дозы. Оказалось, они вызывают тот же эффект.

Мы измерили их уровень в содержимом слепой кишки и обнаружили, что у СТК-мышей он намного выше, чем у контрольной группы. Это означало, что грызуны, принимавшие лекарства в начале жизни, когда развивались ткани, получали больше калорий от своих микробов.

Затем перешли к печени, главной метаболической фабрике тела. Она перерабатывает пищу, усвоенную кишечником, в том числе и КЦЖК, в полезные продукты – белки, источники энергии вроде сахаров и крахмалов, а также жировые молекулы для запасания энергии. Мы сравнили, какие гены чаще работали в печени наших подопечных.

Попадание точно в цель: печень СТК-мышей положительно регулировала гены, необходимые для производства жира и переноса его на периферию – в жировые слои животных. Было известно, что они набирают больше жира, так что откуда-то он должен был браться. Печень – вполне логичный источник. Она стратегически расположена между желудочно-кишечным трактом, где приобретается и вырабатывается энергия, и жировой тканью, где она хранится{147}.

Наш следующий эксперимент, спланированный и проведенный Лори, подробнее рассматривал, что происходит, когда мыши получают антибиотик (в нашем случае пенициллин) на ранней стадии жизни. В эксперименте Ильсына животным начинали давать лекарства сразу после отлучения от матери, в возрасте примерно двадцати четырех дней. Человеческий эквивалент этого возраста – не менее двенадцати месяцев. Лори же скармливала антибиотик беременным самкам, так что состав их микробов, в том числе вагинальных, менялся заранее. Новорожденные начинали жизнь с измененным микробиомом, при этом продолжали принимать лекарства. Как и предсказывалось, мыши, подвергнутые воздействию антибиотика при рождении, выросли больше, чем те, кому начали их давать позже. Этот эксперимент задал стандарт для всех последующих.

Затем Лори решила узнать, когда именно мышь начинает накапливать жир, при том, что растут они быстро с самого рождения. Появляется лишний жир в детстве или же для этого требуется какое-то время? Результаты эксперимента были ясными. У самцов отличия от контрольной группы начались в возрасте 16 недель, а у самок – в 20 недель (для мышей это зрелость). Но у обоих полов жир, если появился, оставался до конца жизни.

После этого Лори посмотрела, какие бактерии доминировали в молодых мышах. В возрасте четырех недель в контрольных группах доминировали Lactobacillus, вагинальные бактерии матерей. Это было ожидаемо: мышей только-только отлучили от материнского молока, а в это время доминируют как раз лактобациллы.

Но вот в СТК-мышах они по большей части исчезли, их заняли другие группы. Судя по тому, что изменения в составе тела начались в возрасте шестнадцати недель, а микробы-обитатели были другими уже в четыре, мы сделали критически важный вывод: изменения микробиома происходят раньше, чем состава тела.

Элегантная работа, проделанная моим давним другом и коллегой Джеффом Гордона из университета Вашингтона в Сент-Луисе, помогла нам лучше понять собственные результаты. Джефф – один из титанов науки о микробиоме, уже многие годы исследует развитие и функции желудочно-кишечного тракта. Его группа изучала мышей с делецией гена, отвечающего за производство лептина, гормона «накорми-меня», который помогает регулировать аппетит и отвечает за принятие мозгом решения: хранить энергию или расходовать. У мышей с нарушением выработки лептина, так называемых ob/ob-мышей, развивается сильнейшее ожирение. Был поставлен вопрос: отличается ли их микробный состав от микробиоты здоровых грызунов?{148} Да. У каждого типа своя микробная популяция.

Затем Джеффу стало интересно, выполняют ли микробы разные метаболические роли. Он поместил содержимое кишечника жирных ob/ob мышей и здоровых животных в кишечники безмикробных мышей. У этих более тонкие стенки с меньшим количеством клеток, так что они не набирают вес так быстро. Но когда их превращают в «обычных»{149}, снова подсаживая микробы, как это влияет на их рост? Открытие стало мировой сенсацией: микробы, пересаженные от жирных мышей, заставили безмикробных быстрее набирать вес в сравнении с теми, кто получил микробы от здоровых грызунов.

Но стоит кое-что обдумать: у мышей в экспериментах Джеффа был генетический дефект, который, собственно, и сделал их жирными. Именно гены были первичной причиной, а изменение микробной популяции – вторичной. Хотя команда очень красиво охарактеризовала влияние микробов и их функций на ожирение, я считал, что они не добрались до главной причины. Кроме того, безмикробные мыши, которые дают нам очень элегантную систему для тестирования конкретных гипотез об иммунитете и обмене веществ, – полностью искусственные создания. Впрочем, несмотря на то что естественных безмикробных мышей и людей не существует, мы все равно можем узнать многое о фундаментальных принципах взаимодействия микробов и носителей.

Я сам считал, что вызванные антибиотиками пертурбации в составе микробов-обитателей сравнительно здоровых особей – это главное событие, влияющее на изменения в обмене веществ. (Точное доказательство сможем получить лишь не ранее, чем через два года.)

Затем мы спросили, что получится, если объединить СТК и диету с высоким содержанием жиров. Как мы все знаем, рационы наших детей в последние десятилетия стали намного богаче калориями благодаря сладким напиткам и жирной еде. Они сейчас употребляют больше калорий, чем одно-два поколения назад. Известно, что мыши становятся крупнее на более калорийной диете, но как повлияет на эту тенденцию СТК: усилит, ослабит или вообще никак себя не проявит?

Лори назвала этот эксперимент FatSTAT, и результаты опять-таки вышли интереснейшие. Как и ожидалось, мыши на жирной диете выросли больше, чем на нормальной. Но добавление антибиотиков привело к значительным изменениям.

Мы сымитировали методику выращивания сельскохозяйственных животных на современных фермах. Самцы от этого сочетания (жирная диета плюс антибиотик) выросли еще на 10 %, набрав и мышечную массу, и жир. Но самой поразительной оказалась разница в жировой массе: от жирной диеты с антибиотиками самцы набрали на 25 % больше жира, а вот самки – на поразительные 100 %. На жирной диете они набрали 5 граммов, а на диете с антибиотиками – 10. Количество удвоилось! Это немало, учитывая, что всего грызуны весят 20–30 граммов.

Итак, антибиотик действует, диета с высоким содержанием жиров тоже, но вот сумма их эффектов оказалась больше, чем сумма отдельных частей: они образуют синергию. Для самок воздействие медикаментов стало триггером для превращения большего числа дополнительных калорий в жир, а вот у самцов росли и мышечная, и жировая масса. Мы еще не знаем, в чем причина такой разницы между полами. Тем не менее наблюдения согласуются с идеей, что современная высококалорийная диета сама по себе еще не объясняет эпидемию ожирения и что определенную роль в ней могут играть и антибиотики.

Мы задали еще один простой вопрос, предложенный нам диссертационным комитетом Лори. Достаточно ли давать курс антибиотиков всего лишь несколько недель, чтобы обеспечить прибавку в весе? Этот вопрос важен для будущего наших детей. Если набор веса обусловлен долгосрочным приемом антибиотиков, то, может быть, для детей это не так важно. Очень немногие принимают их всю жизнь. Но вот если проблему вызывает даже краткосрочное воздействие, то, возможно, мы найдем причину нынешней эпидемии. Большинство получают сравнительно краткосрочные курсы при лечении отита и простудных заболеваний, особенно в раннем детстве.

В марте 2011 года Лори начала эксперимент DuraSTAT; свое название он получил потому, что мы определяли, насколько прочным (durable) окажется эффект от краткого воздействия лекарств. Лори разделила мышей на четыре группы: без антибиотиков (контрольная группа); СТК в течение первых четырех недель; СТК в течение первых восьми недель; СТК в течение всего эксперимента. Всех в возрасте шести недель посадили на диету с высоким содержанием жира, чтобы выявить разницу. В первую очередь Лори сосредоточилась на самках, помня результаты эксперимента FatSTAT.

Грызуны, получавшие антибиотики в течение всего эксперимента (двадцать восемь недель), набрали вес по сравнению с контрольной группой, как и ожидалось. Но эффект от их приема в течение четырех или восьми недель оказался таким же. Мыши, получавшие пенициллин, набрали на 10–15 % больше веса и на 30–60 % жира по сравнению с контрольной группой. Иными словами, воздействия СТК в раннем детстве оказалось достаточно, чтобы изменить развитие организма на всю жизнь. Результаты DuraSTAT были не такими же, как у FatSTAT, но условия эксперимента были разными, так что напрямую их сравнивать нельзя. Главные показатели – внутри каждого эксперимента. Это важный научный вопрос; исследователи нередко заходят в тупик, сравнивая один эксперимент с другим, хотя условия разные, и эти различия не всегда отмечаются. Но для нас тенденции были одинаковыми: СТК в начале жизни необратимо менял развитие мышей.

После этого мы решили изучить сам микробиом. Лори добросовестно собирала фекальные шарики, иногда ежедневно, у каждой мыши. В распоряжении были тысячи маленьких пластиковых пробирок в больших белых ящиках – один шарик на пробирку, сто пробирок на ящик. Чтобы набрать хотя бы фунт, потребовалось бы восемнадцать тысяч шариков. Но они дорогого стоили из-за секретов, хранившихся в них.

Лори секвенировала сотни образцов, чтобы определить, какие ДНК в них содержатся, и узнать структуру микробных сообществ – в том числе, сколько там «рабочих, обслуживающих таксофоны», «таксистов» и «таксидермистов».

Сначала были рассмотрены образцы, взятые от только что отлученных трехнедельных мышей, которым давали пенициллин. Их сравнили с контрольной группой. Структуры микробных сообществ в определенной степени совпадали, но были явно разными. Это и ожидалось: антибиотики действительно изменяют структуру микробного сообщества в кишечнике.

Затем рассмотрели образцы, взятые на восьмой неделе. Групп, по сути, было уже три: контрольная, мыши, которые еще получали антибиотики, и мыши, которым перестали их давать после четвертой недели. Как и ожидалось, структуры микробного различались еще сильнее, чем в возрасте трех недель. Антибиотики работают. Но вот структура у мышей, которым перестали давать лекарства после четвертой недели, уже практически не отличалась от контрольной. Значит заметный эффект, оказываемый антибиотиками на структуру микробного сообщества, – временный. Это совершенно ясно. Но, как вы помните, грызуны растолстели точно так же, как и остальные. Кратковременное воздействие в младенчестве, вызывающее ранние пертурбации среди микробов-обитателей, приводит к необратимым изменениям на всю жизнь. Причем сама пертурбация вовсе не обязана быть необратимой.

Это ключевое открытие. Мне кажется, нам удалось найти объяснение того, что происходит с нашими детьми. Воздействия антибиотиков на микробы в мышах во время ключевого раннего периода оказалось достаточно, чтобы изменить направление их развития. Именно этот эксперимент стал для меня доказательством, что медикаменты могут влиять на развитие. И, конечно же, многосторонне: не только обмен веществ (что мы изучали у мышей), но и иммунитет, и когнитивные способности. Когда младенцы растут, спят и видят сны, их организм вместе с нашими древними микробами задает контекст для последующего развития. Даже временные пертурбации в критический период могут изменить очень многое{150}.

Но мы ученые, и должны расширять историю, узнавать подробности, разбираться в механизмах. Нужно ответить на простой с виду вопрос: как это работает? Что такого важного в воздействии антибиотиков? Дело в воздействии на микробов, или же пенициллин что-то делает и с самим телом, непосредственно взаимодействуя с тканями, и это никак не связано с эффектом, производимым на микробов? Как и во многих других экспериментах, в том числе проведенных Джеффом Гордоном, мы попытались ответить, пересаживая микроорганизмы от одних мышей другим.

Вспомните один из наших предыдущих вопросов: набор веса – это непосредственный эффект лекарства или же результат воздействия на микробов-обитателей? Мы считали, что все дело в бактериях, но «мы считали» – это еще не доказательство. Чтобы узнать, в чем же дело, нужно перенести их из СТК-мышей или контрольной группы в нейтральную ситуацию, а затем посмотреть, как подействует на реципиентов. Было решено изучить воздействие на безмикробных мышей.

Мы купили пятнадцать мышей-самок; в конце августа 2011 года нам прислали три пластиковых шара. В каждом сидело по пять трехнедельных мышей, только что отлученных от матери. Компания предупредила, что держать их в шарах можно до 72 часов – времени как раз достаточно для эксперимента. Мы назвали его TransSTAT, потому что пересаживали мышам-реципиентам микробиоты СТК-мышей.

Лори выбрала шесть 18-недельных мышей из эксперимента DuraSTAT: трех из контрольной группы и трех, получавших антибиотики. Затем собрала у всех содержимое слепой кишки и разделила его на две группы: одна – от контрольных, другая – от СТК. Будучи опытным бактериологом, Лори приняла специальные меры, чтобы сохранить жизнь всем микробам; некоторые из них настолько чувствительны к кислороду, что даже краткое пребывание на воздухе их убивает. Затем ввела содержимое слепой кишки в желудки всех безмикробных мышей. Семь получили микробы от контрольной группы, восемь – от СТК. Вам, наверное, «введение содержимого слепой кишки в желудок» покажется совсем не аппетитной процедурой, но мыши – копрофаги, что означает, что они регулярно едят и свои фекалии, и фекалии других мышей, живущих с ними.

Итак, мыши уже не были безмикробными. Они стали «обычными», и следующая стадия их жизни должна была пройти во взаимодействии с микробами. Мы наблюдали за ними пять недель, постоянно отбирая образцы фекалий и проводя измерения, в том числе тест ДЭРА, по четыре раза для каждой мыши. Ни одна не получала антибиотиков. Всех выращивали абсолютно одинаково.

Как и ожидалось, все набрали вес, потому что росли. Но мыши, которым дали СТК-микробы, набрали больше. Причем эффект был довольно заметным. Реципиенты СТК-микробов набрали примерно на 10 % больше веса и на 40 % жира.

Этим экспериментом Лори доказала, что изменения в развитии, вызванные субтерапевтическими дозами антибиотиков, могут передаваться через микробы.

Эксперименты СТК показали, что происходит на фермах. Но меня больше интересуют наши дети. Когда они получают антибиотики, дозы в большинстве случаев непостоянные. Скорее, как мы уже обсуждали, краткие курсы, длящиеся пять-десять дней, в зависимости от болезни (отит, бронхит, больное горло) и решения врача.

Я решил узнать, могут ли и они влиять на набор веса и жира. Так появилась наша новая модель, ПЛА («пульсирующее лечение антибиотиками»). Вместо малых доз мыши получали антибиотики точно так же, как люди: полными терапевтическими дозами в «импульсах», длившихся по несколько дней.

Мы выбрали амоксициллин и тилозин – два самых популярных в США детских антибиотика{151}, которые выписывают в более чем 80 % случаев. Затем отобрали четыре группы мышей: контрольную; группу, получившую три курса амоксициллина; группу, получившую три курса тилозина; наконец, предположив, что эффект может накапливаться, четвертой дали курс тилозина, затем амоксициллина и снова тилозина.

Чтобы лекарства попали в детенышей как можно скорее, Яэль начала давать их самкам через десять дней после родов. Мы посчитали, что лекарства проникнут в кровеносную систему матерей, а затем в молоко, после чего повлияют и на микробный состав мышат. Предположение оказалось верным.

Первый курс прошел, когда грызунам было десять-четырнадцать дней. В двадцать восемь дней, после отлучения от матерей, они получили второй трехдневный курс, а в тридцать семь дней – третий. На сорок первый день посадили всех на диету с высоким содержанием жира, чтобы усилить разницу, вызванную антибиотиками. Все были самками.

К двадцать восьмому дню все ПЛА-мыши выросли значительно быстрее, чем контрольная группа. Мы проводили анализы жира, костей и мышц в течение следующих 150 дней их жизни – вплоть до мышиной старости. ПЛА набрали значительную мышечную массу, но разницы в жировой практически не было. Кости – совсем другое дело. У ПЛА-мышей, получавших амоксициллин, в течение всего эксперимента наблюдалась увеличенная площадь костей и содержание в них минералов. Возможно, эффект был перманентным, потому что они получили антибиотик очень рано. Поскольку амоксициллин – один из самых часто прописываемых детям, я не могу не задать вопрос, уж не благодаря ли этому лекарству люди становятся выше{152}.

Яэль собрала более трех тысяч фекальных шариков; она знала, какой мыши они принадлежат, в какой день были отложены и какой курс лекарств получало животное. С помощью коллег из университета Вашингтона в Сент-Луисе{153} мы подробнее рассмотрели, какие ДНК в них содержатся. Было интересно, как лекарства повлияли на разнообразие микробов в кишечнике каждого животного.

Обнаружилось, что в фекалиях матерей в среднем содержалось 800 видов микроорганизмов. После первого курса у детенышей контрольной группы микробный состав не отличался от материнского. У амоксициллиновой группы микробов осталось около 700 видов. А вот у тилозиновой и смешанной группы – всего 200. Иными словами, один курс антибиотика привел к угнетению или исчезновению почти двух третей обычных фекальных бактерий. Похожий эффект наблюдался и для амоксициллина, но гораздо менее выраженный.

Теперь же, после трех курсов, стало интересно, восстановится ли богатство и биоразнообразие бактериальных видов. У группы, получавшей амоксициллин, сравнительно мягкое лекарство, так и произошло. А у получавших тилозин разнообразие не восстановилось даже через несколько месяцев после последней дозы. Тилозин перманентно подавил или уничтожил немалую часть организмов, переданных детенышам матерью{154}.

Кроме того, мы измерили так называемую равномерность микробного разнообразия. Высокая говорит о том, что численность большинства видов примерно одинакова. При низкой равномерности доминирует только один вид или небольшое их количество. В человеческом обществе можно привести такой пример: в мирное время представительство многих разных профессий примерно одинаково. В военное время резко растет число солдат, а представительство многих других профессий соответственно сокращается, профессиональная структура общества заметно меняется. Курс тилозина дал нам «военный» эквивалент микробного разнообразия с низкой равномерностью. ПЛА вызывало необратимые изменения в структуре микробного сообщества в раннем детстве, когда мышата развивались.

Что ни говори, а наши эксперименты принесли немало доказательств, что прием антибиотиков в раннем детстве изменяет развитие мышей, воздействуя на живущие в них микробы. Но мыши – не люди. Мы решили узнать, пытался ли кто-нибудь связать ожирение с приемом антибиотиков в раннем детстве. Несмотря на изобилие опубликованных исследований о детском ожирении – его связь с весом при рождении, временем, проводимым за просмотром телевизора, количеством физических упражнений, мельчайшими нюансами пищевого рациона, а также несколько крупных исследований, только готовящихся к публикации{155}, никто, насколько нам было известно, никогда не задавал вопроса об антибиотиках.

А затем мои коллеги, доктора Лео Трасанде и Ян Блустейн, узнали о долгосрочном исследовании ALSPAC (Avon Longitudinal Study of Parents and Children), проводимом в Великобритании{156}. В 1991 году к участию в исследовании пригласили более 14 500 беременных женщин из графства Эйвон. Их дети стали поколением, которое подверглось исследованиям в течение следующих пятнадцать лет. Особенно нас интересовали дети с лишним весом или ожирением.

К счастью, в опроснике, который периодически заполняли все родители, был один очень полезный вопрос: «Принимал ли ваш ребенок антибиотики в предшествующий период?» Все нужно было отмечать, когда ребенку исполнялось 6, 15 и 24 месяца.

Почти треть получала лекарства в первые шесть месяцев жизни. К двум годам – три четверти. Изменили ли что-либо антибиотики? Вычисления были сложными, и понадобился великолепный статистик Лео, чтобы их осмыслить. Он должен был рассмотреть эффект, в то же время учитывая и другие факторы: вес ребенка при рождении, вес матери, грудное было вскармливание или искусственное, как долго оно длилось.

Заключение: дети, получавшие медикаменты в первые полгода жизни, оказались толще. Мы не удивились: чем раньше начинают давать их сельскохозяйственным животным, тем лучше результат. Лори показала, что дозы на ранней стадии жизни играют важную роль и в развитии мышей, так что, если бы нас спросили, какой период самый важный для развития человеческих детей, мы бы ответили – первые месяцы.

Итак, и на ферме, и в экспериментах с мышами, и в эпидемиологическом исследовании человеческих детей нашлись доказательства, что воздействие антибиотиков в раннем возрасте изменяет вектор развития, и это приводит к более крупным размерам и повышенному содержанию жира. Проводятся и новые эксперименты, но история продолжает подтверждаться; мы узнаем все больше подробностей и о сюжете, и о персонажах.

После первого эпидемиологического исследования Ян и Лео снова обратились к данным ALSPAC, чтобы узнать о способе рождения. Использовав параллельный статистический анализ, обнаружили, что появление на свет в результате кесарева сечения тоже ассоциируется с ожирением{157}. Это было лишь одно из нескольких исследований, посвященных американским, канадским, бразильским и теперь английским детям, опубликованных в 2011–2013 годах. И методы, и результаты разнились: например, мы узнали, что практически все эффекты сказываются лишь в том случае, если мать уже страдала лишним весом. Тем не менее во всех изученных популяциях кесарево сечение ассоциировалось с худшими результатами; впрочем, на риск могут влиять и другие, не связанные с ним факторы. Никто еще не проводил параллели между кесаревым сечением и детским ожирением. Возможно в будущем, в форме согласия на основе полной информации, которую женщина заполняет перед кесаревым сечением, будет говориться: «Одно из возможных последствий операции – повышенный риск ожирения, целиакии, астмы и аллергий у ребенка…»

Я перечисляю и другие болезни, потому что весьма убедительные исследования показали наличие связи между кесаревым сечением и другими видами «чумы современности»{158}. Теперь, когда мы знаем, что медицинские вмешательства влияют на развитие ребенка и могут вызвать эти болезни, возможно, удастся найти способы предотвратить и вылечить их.

Глава 14. Вернемся к «чуме современности»

Я был хорошо знаком с одной семьей. В 1974 году, когда Кэти было тринадцать лет, она прошла обычное медобследование перед летним лагерем. Она была очень энергичной, никто не ожидал, что произойдет дальше. Врач позвонил ее матери и сообщил, что в моче девочки нашли сахар. «У нее диабет. Вроде бы легкий, но вам нужно тщательно за ней следить». Дедушка Кэти заболел диабетом после сорока и умер вскоре после пятидесяти. Тем не менее это стало шоком.

Поначалу ей повезло. Многие дети вскоре после такого диагноза тяжело заболевают: они быстро теряют вес, мочатся в постель, постоянно хотят пить и чувствуют себя ужасно усталыми. Но у Кэти симптомов не было. Она была спортивной, здоровой девочкой с тонкими темно-русыми волосами, карими глазами, в очках – нормальнее не бывает. В первый год ей удавалось контролировать диабет, соблюдая диету. Но будучи подростком, Кэти очень злилась из-за внезапно свалившихся ограничений. И начала после школы есть мороженое с подружками, специально игнорировала указания медсестры.

Через год сахар в крови поднялся до опасного уровня, и пришлось ежедневно делать уколы инсулина. Именно тогда у нее развилась ненависть к этой болезни, с которой пришлось прожить всю жизнь. Несправедливо, что нельзя есть то, что хочется. Неправильно, что теперь надо все менять и подстраиваться. Призывы держать болезнь под «жестким контролем» остались без внимания. Вскоре Кэти требовался инсулин уже дважды в день. Несколько раз, когда сахар в крови опускался до опасного уровня, ее приходилось госпитализировать.

Несмотря на это она жила полной жизнью, демонстрируя невероятную смелость, силу воли и щедрость. Девочка окончила колледж, стала социальным работником, вышла замуж, в двадцать пять лет родила дочь. Из-за диабета во время беременности начались осложнения. Попробовала инсулиновую помпу, но эксперимент завершился неудачно, и больше она применять ее не стала. После родов сахар в крови на какое-то время нормализовался, но, в конце концов, снова начались «американские горки». Кэти по-прежнему иногда набрасывалась на запрещенную еду, не делала зарядку, несерьезно относилась к уровню инсулина.

С годами диабет взял свое: пропала чувствительность в ступнях, а сухожилия рук начали сокращаться, искривляя пальцы. Когда ей было тридцать пять, у ее 9-летней дочери тоже диагностировали диабет и прописали инъекции инсулина. Врачи сказали, что болезнь возникла из-за генетической предрасположенности, и Кэти почувствовала себя очень виноватой.

Тем не менее она не сдалась. Даже когда ей было за сорок, она осталась самостоятельной и независимой. Развелась, снова вышла замуж, усыновила мальчика и жила на своих условиях, не давая болезни диктовать их. Но вскоре начали отказывать почки. Ее внесли в список на пересадку. В сорок шесть лет случился сердечный приступ. Диабет стало контролировать все сложнее, сахар в крови падал все чаще. Она сильно похудела. В 2011 году Кэти почувствовала дезориентацию. В следующий момент впала в кому, а через неделю умерла, чуть-чуть не дожив до пятидесятилетия.

Диабет 1 типа, или ювенильный диабет, – аутоиммунное заболевание, при котором T-лимфоциты – иммунные клетки, реагирующие на чужеродные белки, называемые антигенами, – нападают на собственные белки тела. В данном случае T-лимфоциты атакуют поджелудочную железу и уничтожают клетки островков Лангерганса, которые производят инсулин. Болезнь может начаться в любое время, но чаще всего диагностируется в промежутке от младенчества до 40 лет. А вот сахарный диабет 2 типа – это болезнь, при которой тело сопротивляется инсулину – клетки не реагируют на него так, как должны. Он связан с наличием избыточной массы тела и проявляется после 40.

Инсулин – это ключевое вещество, которое помогает глюкозе, важной форме сахара в крови, проникать в клетки тела и питать их. Когда островки Лангерганса у Кэти были уничтожены, производство инсулина в теле остановилось. Без него ткани голодали, хотя в крови было полно глюкозы, которая не захватывалась клетками. Поскольку почки не справлялись с фильтрацией избыточного сахара, он выделялся из тела через мочу. Причем происходило это довольно часто, что приводило к обезвожживанию. По сути, вместе с мочой из тела выходили калории, которые организм не смог усвоить.

Когда Кэти стала делать уколы инсулина, удалось вывести сахар в крови на более-менее нормальный уровень. Но опасность постоянно подстерегала ее: если инсулина слишком много, то сахар падает до опасно низкого уровня. Ее начинало трясти, она потела и даже могла потерять сознание. Когда сахар в крови слишком долго повышен, он повреждает сердце, кровеносные сосуды, нервы, кожу и почки.

Я рассказываю эту историю не чтобы убедить в ужасности болезни (это вы и без меня знаете), а чтобы предупредить – недавно началась настоящая эпидемия.

Сегодня заболеваемость диабетом 1 типа увеличивается в два раза каждые двадцать лет во всех развитых странах; более того, у детей она проявляется все раньше.

Когда Кэти поставили диагноз, болезнь начиналась в среднем в девять лет. Значит в таком возрасте практически все клетки поджелудочной железы, производившие инсулин, уничтожены. А вот это сообщало нам информацию, что сам процесс начался намного раньше. Сейчас средний возраст начала болезни – около шести лет, а у некоторых всего в два-три. То есть у некоторых детей клетки островков Лангерганса погибают еще до двухлетия{159}.

Конечно, существует немало гипотез, объясняющих рост заболеваемости. Известно несколько генов, влияющих на предрасположенность детей к заболеванию. Их вполне мог нести в себе дедушка Кэти (иногда они никак не проявляют себя в течение поколений). Но сейчас исследуются также факторы окружающей среды, которые могут служить триггерами для диабета. Среди них наша старая знакомая, гигиеническая гипотеза, вирусы, недостаток витамина D и антитела, получаемые при питье коровьего молока.

Изучая литературу, я обнаружил и другие факторы риска. Ювенильный диабет с большей вероятностью развивается у детей, рожденных путем кесарева сечения, у высоких мальчиков и у детей, изначально рожденных с избыточным весом{160}. Каждый из этих признаков говорил о том, что пертурбации в составе наших микробов-обитателей в самом начале жизни тоже могут играть важную роль.

В марте 2011 года на собрании проекта «Микробиом человека» я познакомился с Джессикой Данн, очень целеустремленной сотрудницей Фонда исследования ювенильного диабета, которая пригласила меня выступить с лекцией в штаб-квартире организации в Нью-Йорке. Она слышала, как я рассказывал о нашей работе, посвященной связи ожирения и антибиотиков, и ей стало интересно, что мы думаем о диабете.

Мне повезло: к тому времени я начал сотрудничать с Александрой Ливанос, студенткой Нью-Йоркского университета, которая интересовалась, как воспаление поджелудочной железы влияет на микробиом. Так что предложил Эли изменить тему проекта – перейти от поджелудочной железы в целом к конкретике – к сахарному диабету 1 типа. Изменение не слишком большое – исследование по-прежнему было посвящено поджелудочной железе, – но, с другой стороны, теперь мы искали совсем другие вещи, так что и подход пришлось изменить.

К июлю Эли начала изучать эффект от раннего приема антибиотиков на так называемых NOD-мышах, у которых спонтанно развивается болезнь, очень напоминающая диабет 1 типа у людей. У нас была гипотеза. Исследования показывают, что с помощью различных методов лечения можно отсрочить начало диабета. Но возможно ли каким-либо способом его ускорить{161}? Было выдвинуто предположение, что медикаменты повлияют и на скорость наступления, и на тяжесть болезни.

Пока мы запрашивали финансирование у фонда исследования диабета, я предложил изучить NOD-мышей, которые подвергались либо субтерапевтическому режиму (СТК), либо «импульсным» терапевтическим дозам антибиотиков (ПЛА). К счастью, финансирование нам дали, но лишь половину от того, что мы попросили. У фонда не было столько денег, и нам сказали, что лучше сосредоточиться на экспериментах СТК, чем ПЛА, потому что наши предварительные данные по наличию избыточного веса кажутся более многообещающими. К счастью, у меня оказались отложены определенные средства на исследования, и нам хватило денег на оба эксперимента{162}.

Пока я пишу эти строки, работа продолжается, но Эли уже представила некоторые предварительные результаты на научных собраниях. Исследования показывают, что болезнь быстрее наступает при режиме ПЛА, но пока что эффект наблюдается только у самцов. Даже до развития диабета поджелудочные железы у мышей, получивших антибиотик, выглядели ужасно: иммунные и воспалительные клетки разрывали на части островки Лангерганса. Кроме того, Эли обнаружила, что лекарства изменяли и кишечные иммунные клетки – опять-таки до наступления диабета. Это доказывает, что ненормальное взаимодействие в кишечнике предшествует разрушениям в поджелудочной железе. Совсем недавно Эли показала, что «импульсивные» дозы значительно изменяют микробный состав задолго до наступления ранней стадии диабета, и некоторые организмы выделяются как потенциальные защитники. Что интересно, все эффекты от ПЛА оказались сильнее, чем от СТК, так что мы приняли верное решение, проведя оба вида исследований.

Сейчас проводятся дополнительные эксперименты, с помощью которых мы хотим узнать механизмы возникновения болезни. Вместе с нами в команде работают ученые из Массачусетса, Флориды, Северной Каролины и Швеции. Но на данный момент у грызунов – по крайней мере у самцов, – заметно, что прием лекарств на ранней стадии жизни повышает риск развития диабета 1 типа и с точки зрения количества заболевших, и с точки зрения возраста наступления заболевания. Наше предположение подтвердилось.

Ювенильный диабет – еще одна болезнь, одной из причин которой (по крайней мере, ее ускоренного наступления) может быть прием антибиотиков на ранней стадии жизни. Опять-таки, мыши – это не люди, но наши ранние результаты лишний раз подтверждают идею, что беспокоить младенческую микробиоту на ранней стадии – в данном случае во время развития иммунной системы – может быть опасно.

Моя дочь Джиния родилась в 1983 году, и, как многие дети, часто болела отитом. Тогда педиатры предлагали для лечения инфекции засовывать в уши трубки, но, будучи врачом, я выступал против этой идеи, потому что они могли повредить барабанные перепонки. Ее врач со мной согласился, так что до шести-семи лет Джиния часто принимала антибиотики курсами, которые длились несколько дней. В основном это был амоксициллин. Так что история моей дочери не уникальна.

Джиния росла. У нее проявились легкая астма и пищевые аллергии; особенно тяжелой была реакция на кожуру манго. Но первую болезнь она постепенно переросла, а остальных проблем можно было избежать, если не есть манго.

Она стала, как выразилась бы моя покойная мама, большой гуманисткой. Еще в подростковом возрасте начала ездить в Латинскую Америку, работает, учится, помогает беднякам, путешествует, открывает для себя новые места. Учитывая, где она бывала, останавливалась и что ела и пила, у нее часто случались приступы диареи; путешественники и врачи в Латинской Америке называют это туриста или месть Монтесумы. Иногда проблемы длились по несколько недель. Пару раз подхватывала очень неприятную инфекцию, которую вызывает протист под названием лямблия. Обычно их лечат антибиотиком метронидазолом (еще одно название – «флагил»). Он не только борется с лямблиями, но и обладает широким спектром действия против кишечных бактерий. Джиния пропила четыре курса метронидазола в 2008 и 2009 году, но живот стал болеть все чаще.

Поработав в Эквадоре в 2009 году и пропив еще один курс, она стала жаловаться на острую боль в животе и продолжающуюся диарею. Симптомы длились несколько месяцев. Анализы крови показали анемию, а также плохую восприимчивость к некоторым витаминам. К тому времени она вернулась в Бостон, чтобы изучать юриспруденцию. Однажды ночью ей стало так плохо, что Джиния отправилась в кабинет неотложной помощи в Массачусетский госпиталь. Врачи сначала подумали, что у нее острый аппендицит, но, к счастью, симптомы улучшились до того, как ее успели положить на операционный стол.

Разумеется, я волновался из-за ее состояния. У меня есть коллеги по всему миру, которые занимаются болезнями брюшной полости – самыми частыми недугами путешественников. Я попросил несколько по-настоящему великолепных врачей обследовать ее, но ни они, ни я так и не смогли понять, в чем же дело. Она сдала кровь на целиакию, кишечную болезнь с похожими симптомами, но анализы оказались отрицательными.

При целиакии (от греческого , «брюшной») у людей проявляется аллергическая реакция на главный белок пшеницы (присутствующий также в ячмене и ржи), который называется глютен. Если съесть даже очень маленькое его количество, иммунная реакция атакует здоровые клетки тонкого кишечника. Иными словами, она считает глютен смертоносным захватчиком, а не едой. Симптомы – боль в животе, диарея, вздутие живота и усталость. Даже если избегать глютена месяцами, симптомы могут моментально вернуться при приеме его в пищу.

За последние десятилетия заболеваемость целиакией резко увеличилась – вчетверо по сравнению с 1950 годом{163}.

В 2009 году Джинии сделали эндоскопию тонкого кишечника, в том числе – две биопсии для анализа на целиакию, но они опять оказались отрицательными. Симптомы к тому времени проявлялись уже больше года. Дочь чувствовала себя ужасно.

Один из друзей предположил наличие пищевой аллергии, и в мае 2010 года она пошла на прием к доктору Бернарду «Рарди» Фейгенбауму, моему коллеге и великолепному аллергологу. Он все же посчитал, что это целиакия, хотя анализы и были отрицательными. Иногда такое бывает, и я это знал. Люди далеко не всегда болеют «по учебнику» – это по собственному опыту, там содержатся общие правила, которые рассматривают наиболее важные ситуации. Но форм болезни много, и понимание вариаций – необходимый и важный навык медика. Одна из главных опасностей «лечения по книжкам» – мы перестаем думать, искать, анализировать и бездумно подчиняемся правилам.

Рарди предложил Джинии сесть на безглютеновую диету и посмотреть, поможет ли. Она последовала совету, и симптомы практически сразу пропали. Впервые за много месяцев перестал болеть живот. К сожалению, люди с целиакией сталкиваются с очень большой проблемой: глютен везде. Однажды вечером острая боль вернулась. Дочь вспомнила, что ела в ресторане соевый соус – именно тогда она узнала, что там частенько встречается глютен.

После этого она тащательно его избегала и отлично чувствовала себя целый месяц. А потом, когда ехала по шоссе обратно в Бостон, по пути остановилась и заказала в фастфуде картофель фри. Через час началась сильнейшая боль, как в тот раз, когда ей едва не вырезали несуществующий аппендицит. Стало понятно, что в этом картофеле был глютен.

Сейчас Джиния очень скрупулезно подходит к своей еде, так что после того эпизода в дороге практически не мучалась. Как ученый, я не могу доказать, что у Джинии целиакия, но ее симптомы вполне сходятся с диагнозом, а недавний анализ крови впервые показал повышенный уровень антител к глютену. В этой связи интересны курсы амоксициллина и метронидазола, которые она пропивала. Мне кажется, случившиеся в раннем возрасте пертурбации в микробном составе привели к астме и аллергии на манго. А метронидазол стал последним ударом: он уничтожил популяцию кишечных микробов, которая мешала иммунным клеткам проявлять аллергическую реакцию, в том числе на глютен.

Недавно группа коллег, изучающих целиакию, попросила меня помочь с анализом данных, собранных в Швеции. Докторы Карл Марильд и Юнас Людвигссон собрали данные по тысячам людей, у которых была диагностировала целиакия, по людям с симптомами, похожими на целиакию (я называю это «почти-целиакией»; судя по всему, чем-то подобным больна Джиния), и по контрольной группе здоровых людей. Кроме того, были получены данные по продажам из аптек страны.

Главный результат: тем, у кого недавно развилась целиакия, антибиотики прописывали на 40 % чаще, в сравнение с теми, у кого целиакии не было{164}. Так было и с теми, кто действительно болел, и с теми, у кого были просто симптомы, и с мужчинами, и с женщинами. У людей, кому прописали больше курсов, риск был выше. Как и в случае с изучением диабета, подобные устойчивые результаты очень важны – это не просто отдельный случай. Для меня лично интереснее всего оказалось то, что метронидазол (то самое лекарство, которое несколько раз прописывали Джинии), сильно действующий на кишечные бактерии, теснее всего связан с целиакией. Те, кому его прописали, рисковали в два раза сильнее.

Да, эти исследования всего лишь показывают корреляцию между приемом антибиотиков и целиакией. Мы даже не знаем, пропивали ли курсы все, кому их прописали, но предполагаем, что в общем и целом их принимали все. Также пока невозможно доказать причинно-следственную связь. Один из возможных вариантов – прямая зависимость: прием антибиотиков пробуждает целиакию, к которой была склонность. Другой вариант – обратная: люди уже болеют целиакией, и врачи дают им антибиотики, чтобы лечить симптомы, не зная самой болезни. Сейчас невозможно определить, какая верна, но первая сходится и с нашей работой, и со случаем Джинии.

Меня пригласили присоединиться к еще одному анализу целиакии, который проводила та же группа экспертов, теперь возглавляемая доктором Бен Лебволь из Колумбийского университета{165}. Вопрос звучал так: есть ли связь между присутствием H. pylori в желудке и целиакией? Мы знаем, что эта бактерия исчезает, а болезнь получает все большее распространение. Можно ли говорить о какой-то связи и наличии защиты? H. pylori, если присутствует, появляется в организме на раннем этапе жизни, до развития целиакии. Кроме того, микроорганизм помогает подавлять иммунные и аллергические реакции, привлекая к работе Т-супрессоры – клетки, оторые ослабляют и отключают иммунные реакции. Может ли исчезновение H. pylori быть причиной еще одной чумы современности?

Чтобы узнать ответ, группа из Колумбийского университета, работавшая с командой патологов в крупной национальной справочной лаборатории в Техасе, исследовала более 136 000 человек, которым, по разным причинам, делали эндоскопию верхней части желудочно-кишечного тракта. В рамках рутинного анализа медики искали H. pylori в образцах биопсии желудка и характерные воспаления двенадцатиперстной кишки. Поскольку признаки целиакии можно обнаружить микроскопически в двенадцатиперстной кишке, Бен и его коллеги решили попробовать установить связь между болезнью и присутствием нашей любимой бактерии в желудке. Какова вероятность наличия целиакии у людей с H. pylori? И существует ли связь вообще?

Поскольку исследование проводилось в США, процент людей с H. pylori был очень низким. Тем не менее доля пациентов с наличием этой бактерии среди больных целиакией составила всего 4,4 %, а среди здоровых – 8,8 %. Поскольку выборка была очень большой, мы задались вопросом: остаются ли эти цифры при рассмотрении тридцати семи отдельных штатов? Откуда взяли образцы? Пропорция действительно сохранилась не только во всех штатах, но и у всех людей. Такое постоянство говорит о биологической значимости.

Вполне вероятно, что заболеваемость целиакией растет, потому что микробы, защищающие нас от аллергических реакций, исчезают. И желудочные бактерии, и кишечные (уязвимые для метронидазола и/или других антибиотиков), возможно, в определенной степени охраняют нас от заболевания. И у людей с H. pylori может развиться целиакия, но с меньшей вероятностью. Более того: кто рожден путем кесарева сечения, тот подвергается большему риску{166}. Зная все это, мы, наверное, когда-нибудь сможем выделить защитников и либо остановить исчезновение, либо вернуть их, чтобы предотвратить или вылечить целиакию.

Еще одна болезнь, которую стоит рассмотреть в контексте исчезающего микробного разнообразия – так называемые воспалительные заболевания кишечника (ВЗК), группа хронических, рецидивирующих расстройств кишечного тракта. Два основных типа: это язвенный колит и болезнь Крона, которые частично пересекаются, но патология у них разная.

Язвенный колит поражает только толстую кишку и чаще всего ограничивается поверхностными слоями стенки кишечника. У пациентов часто идет кровь из прямой кишки, они страдают от тяжелой диареи, теряют вес, развивается анемия. Болезнь может разрушить жизнь. И, что еще хуже, чем дольше они болеют, тем выше риск развития рака. Один из моих ближайших друзей страдал от колита, пока десять лет назад не решился на удаление толстой кишки. И поступил правильно – болезнь вышла из-под контроля, после более тридцати лет воспаления толстой кишки риск рака был слишком высок. Теперь у него вместо толстой кишки мешочек, называемый колостомой. Это, конечно, не идеально, зато появился новый репертуар для шуток и он больше не мучается приступами. А на горы восходит пешком бодрее меня.

Болезнь Крона может поражать весь желудочно-кишечный тракт: на стенках кишечника появляются участки воспаления, а получившиеся от этого рубцы, называемые фиброзом, приводят к непроходимости. Язвенный колит известен уже давно, но вот болезнь Крона была впервые описана лишь в 1932 году нью-йоркским доктором Баррилом Кроном. Вот в чем вопрос: она появилась лишь в XX веке, или же ее раньше просто не замечали? Мы не знаем ответа, как и причины. Но известно, что в последние годы случаи заболевания встречаются все чаще по всему миру.

Очевидно, кишечные микробы как-то связаны с ВЗК, потому что практически все модели болезни в опытах с мышами требуют их присутствия для развития колита. Болезни приходят и уходят, а антибиотики помогают пережить кризисы. Это, конечно, не говорит о том, какую роль играют бактерии: главную или вспомогательную. Но ясно, что они определенно участвуют в процессе. Более важный вопрос: почему растет число случаев ВЗК?

В 2011 году группа датских ученых выпустила статью об исследовании медицинских карт всех 577 627 детей, родившихся в Дании единственными в семье, и оценке риска развития ВЗК в раннем возрасте{167}. За ними в среднем следили почти шесть лет – более 3 миллионов человеко-лет сопровождения. Исследование таких масштабов дает возможность наблюдать необычные события.

Ученые подсчитали, что каждый курс антибиотиков ассоциируется с 18 % увеличением риска развития болезни Крона.

У 117 детей развились ВЗК. Первый контакт с медицинской системой – в клинике, кабинете неотложной помощи или госпитале – в среднем случался в возрасте 3,5. Это очень ранние случаи; пик обычно приходится на более взрослый возраст, и, естественно, со временем заболевших становится больше. Тем не менее исследователи смогли узнать, какому именно воздействию подвергались дети, прежде чем заболеть, и стали искать корреляции. По сравнению со здоровыми, те, у кого развились ВЗК, на 84 % чаще принимали антибиотики. Более того, для них риск развития болезни Крона был выше втрое. И чем чаще прием лекарств, тем выше риск.

Эти цифры отрезвляют и сходятся с другими исследованиями, например, канадским. Оно продемонстрировало, что у тех, кто лечился антибиотиками в первый год жизни{168}, риск развития астмы выше. Когда врач в последний раз говорил вам, что прием подобных лекарств может повысить риск развития астмы или ВЗК у вашего ребенка? Никогда. Но на недавней конференции по микробиому один из участников, медик, предложил печатать предупреждения о серьезных рисках – из тех, что написаны жирным шрифтом в рамочке на листке бумаги к коробке с сильнодействующим средством.

Я уже рассказывал о наших исследованиях астмы. Другие болезни, связанные с ней – сенная лихорадка и экзема, известная также как атопический дерматит. Сенная лихорадка – это повышенная чувствительность к аллергенам в окружающей среде, таким как пыльца, кошачья перхоть или розы. Еще ее называют аллергическим ринитом; она приводит к чиханию и проблемам с носовой полостью. Экзема проявляется как полоски либо красной, либо сухой и чешуйчатой кожи. У детей чаще всего выступает на коже головы, лице и груди, но может появиться и в других местах.

Их распространение значительно выросло в последние годы – параллельно с астмой. На самом деле некоторые начинают с экземы, а заканчивают астмой (так называемый «марш к астме»), или же у них присутствуют все три болезни одновременно. Миллионы детей в одних только США подвержены действию этой современной чумы. Как я уже говорил, появляется все больше свидетельств в пользу того, что отсутствие H. pylori играет роль в росте заболеваемости этими недугами в детстве, но, возможно, дело в отсутствии каких-либо других важных микробов.

Другие заболевания также «не стоят на месте». Аллергии на орехи когда-то были очень редким заболеванием, но сейчас проявляются чуть ли не у каждого пятидесятого ребенка{169}. Между 1997 и 2008 годами процент детей с диагнозом «аллергия на арахис» вырос втрое. Хотя большинство случаев довольно мягкие, да и диагнозы, бывает, ставят на всякий случай, аллергические реакции могут быть очень тяжелыми и приводить к внезапному смертельному исходу. Даже самой маленькой частички арахиса в еде иногда достаточно для проявления тяжелой реакции. Именно поэтому теперь производители пищи указывают на этикетках «продукт содержит следы орехов» или «продукт сертифицирован на отсутствие орехов». Данное заболевание меняет жизнь десятков тысяч детей по всему миру. Откуда берутся все эти аллергии? Уж точно не потому, что родители не держат домашних животных.

Недавно я задумался о возможных «подозреваемых». И пришел вот к какому выводу: все антибиотики наносят более или менее одинаковый сопутствующий ущерб нашим бактериям-обитателям. Вспомнились фермы: практически все антибактериальные средства оказывают похожий эффект стимулирования роста, вне зависимости от того, пенициллины получают, тетрациклины или макролиды. Но что, если все-таки не все равны? Мы знаем, что крупные классы антибиотиков различаются с точки зрения того, какие бактерии они лучше убивают. В экспериментах на мышах постоянно обнаруживается, что тилозин (препарат группы макролидов) оказывает более заметный эффект, чем пенициллины. Так что было решено исследовать именно эти два класса лекарств – макролиды и пенициллины (исходные члены класса антибиотиков под названием бета-лактамы), – потому что вместе они составляют более 80 % всех антибиотиков, которые прописывают нашим детям.

В прошлом основным макролидом был эритромицин. Но по сравнению с амоксициллином, он был менее эффективен против нескольких важных патогенов и часто приводил к побочным эффектам вроде тошноты и расстройства желудка. В 1991 году в США была выдана лицензия на производство двух новых макролидов: кларитромицина и азитромицина. Оба по всем важным показателям превосходили эритромицин и вскоре полностью его вытеснили. Азитромицин – лекарство долгосрочного действия: всего несколько таблеток способны поддерживать эффект неделю. Производитель, понимая его ценность, придумал так называемый «Z-пакет» – небольшое количество лекарств, которые можно получить по одному рецепту и использовать в течение всего курса. Z-пакет прост, эффективен, да и название легко запомнить.

В 1990 году, за год до выдачи лицензий, продажи набора стремились к нулю. К 2010 году (последний год, за который мне удалось найти данные{170}) его использование выросло до 60 миллионов курсов, а азитромицин стал самым продаваемым антибиотиком в США, обогнав даже розовый сироп – амоксициллин. Это означает, что примерно каждый пятый житель каждый год принимает по курсу азитромицина.

В 2010 году более 10 миллионов курсов азитромицина прописали детям до восемнадцати лет, из них почти 2 миллиона – до двух лет{171}.

Для лекарства, которого двадцать пять лет назад даже не существовало, оно очень крепко обосновалось в нашем медицинском сообществе. В этот же временной период значительно усилились многие современные эпидемии. Могут ли в этом играть роль новые, высокоэффективные макролиды? Я всего лишь предполагаю, но эксперименты на мышах дают однозначные результаты, да и карты применения антибиотиков, составленные Центрами по контролю и профилактике заболеваний, указывают на макролиды. Что еще интереснее, чаще всего их принимают именно в штатах, где самый высокий процент людей с избыточным весом{172}.

Вспомним и об аутизме, вызывающем ужас в сердцах родителей. С каждым годом он встречается все чаще. Когда доктор Лео Каннер впервые описал болезнь в 1943 году, она была редкой. Сейчас у каждого 88 ребенка есть либо аутизм, либо расстройство аутистического спектра (РАС){173}. Рост случаев в определенной степени, конечно, обусловлен избыточной диагностикой, но само по себе это недостаточное объяснение огромного увеличения случаев. Даже если принимать во внимание разницу в диагностических критериях, количество случаев увеличилось вчетверо по сравнению с 1960 годом.

При данном заболевании нарушается развитие функций головного мозга: сложные взаимодействия, особенно связанные с общением, пониманием нюансов и невербальных намеков проходят не так, как у здоровых людей. Маленьким детям необходимы подобные навыки, чтобы научиться понимать социальные контексты: они жизненно важны в последующей жизни.

Как и в случае с любой другой «чумой современности», существуют многочисленные теории, объясняющие рост случаев аутизма: токсины в еде, воде и воздухе; воздействие химикатов и пестицидов во время беременности; некоторые характеристики отцов. Но точно не знает никто. Само существование такого числа теорий говорит о том, насколько таинственна загадка.

Моя теория основывается на факте, что кишечные микробы участвуют в раннем развитии мозга.

Ваш кишечник содержит более 100 миллионов нейронов – число того же порядка, что и количество мозговых клеток, – которые работают по большей части независимо от головного мозга. Они располагаются двумя сетчатыми слоями между мышцами пищеварительного тракта – в местах, где те сокращаются, чтобы проталкивать и перемешивать содержимое кишечника. Нейроны помогают поддерживать движение – сигналы уходят прямо в мозг. Кроме того, эти клетки умеют чувствовать, что происходит в кишечнике – например (самое простое), есть ли вздутие. Обширная сеть нервных окончаний в стенках отправляет сигналы непосредственно в мозг через блуждающий нерв. Другая недавно опубликованная группа исследований, опять-таки на грызунах, показывает, что сигналы «снизу» (из кишечника) «вверх» (в мозг) могут влиять на когнитивное развитие и настроение{174}.

Эти нейроны, часть энтеральной нервной системы, регулярно контактируют с микробами кишечника. Один из более интересных аспектов взаимодействия состоит в том, что кишечник содержит клетки, вырабатывающие нейротрансмиттер серотонин, который участвует помимо прочего в регулировании обучения, настроения и сна. Мы обычно считаем, что он создается и перемещается в мозге, но на самом деле 80 % производится нейроэндокринными клетками в кишечнике. А бактерии, которые там обитают, общаются с ними – либо непосредственно, либо через воспалительные. Так или иначе, «разговор» идет активный. Кроме того, многие микробы вырабатывают химические вещества, которые нужны развивающемуся мозгу для нормального функционирования. Среди них ганглиозиды, небольшие углеводоподобные молекулы, из которых нервные клетки строят себе оболочку.

Теперь представьте, что получается, когда ребенок принимает антибиотики. Если состав микробов, способствующих выработке ганглиозидов и серотонина, изменится, то же произойдет и с мозгом. Микробы, стенка кишечника и мозг, возможно, продолжат общаться, но уже на другом «языке». Для взрослого человека это особо ничего не изменит, но вот каково влияние на новорожденного или младенца, чей мозг активно развивается? Мы не знаем, что здесь причина, а что – следствие, но обширные исследования указывают на ненормальные уровни серотонина в крови детей с аутизмом{175}.

Известно, что антибиотики влияют на развитие обмена веществ (вспомните ожирение) и иммунитета (астма, диабет 1 типа), так что предположение, что они как-то влияют и на сложное развитие мозга, уже не выглядит натянутым. Это критически важная область изучения, и мы уже начали работу над этой проблемой в собственной лаборатории.

Последнее предположение, которое я хочу сделать о связи изменения микробиома с «чумой современности», носит на данный момент теоретический характер. Антибиотики воздействуют на гормоны, в частности на эстроген. Впервые это было отмечено в конце 50-х годов, после изобретения оральных контрацептивов. У женщин, которые принимали антибиотики во время курса противозачаточных таблеток, иногда развивалось «прорывное кровотечение»: месячные начинались в середине цикла. Вскоре обнаружилось, что их уровень эстрогена падал. Как антибиотики это делали? Да, вы правильно угадали: дело снова в микробах.

Когда эстроген производится в теле – и у мужчин, и у женщин, но в большем количестве, – он попадает в кровь и переносится к печени. Там модифицируется: клетки печени добавляют к его молекуле новое химическое соединение, зачастую – сахар. Затем он попадает в желчь, откуда уже в кишечник. Если дальнейшей дороге ничего не мешает, этот так называемый избыточный эстроген выводится из тела с фекалиями.

С другой стороны, модифицированный эстроген, проходя по кишечнику, может столкнуться с бактериями, для которых он съедобен. Они могут спокойно съесть вещество, которым гормон модифицирован, и оставить «голый» эстроген. Подобная форма легко всасывается клетками кишечника и вскоре возвращается в печень. Так что судьба молекулы эстрогена в кишечнике зависит от того, встретит он микроб, который посчитает его съедобным, или нет. Присутствие микроорганизма – «триггер», определяющий, покинет гормон тело или останется.

Таким образом, состав нашего кишечного микробиома и его метаболические способности играют важную роль в регулировании уровня эстрогена{176}. Мы с доктором Клаудией Плоттель назвали микробы, воздействующие на эстроген, «эстроболомом». Важный вопрос: остался ли современный эстроболом таким же, каким был всегда, или в последние годы изменился. Ответ пока не известен. Но вот что мы знаем: первые месячные, или менархе, у девочек сейчас начинаются в более раннем возрасте, чем раньше; груди молодых женщин заметно увеличились, больше людей страдают от бесплодия, а количество случаев рака груди растет. Подобные изменения могут быть обусловлены многими факторами, но не стоит забывать о переменах в общем метаболизме эстрогена или пропорциях между его подвидами (у нас их не менее пятнадцати).

Что касается рака груди – двадцать лет назад ученые нашли мутации в двух генах, BRCA1 и BRCA2, которые заметно увеличивают риск его появления – у женщин с мутацией в одном из этих генов существует очень высокая вероятность, более 50 %. Но пациентки с геном BRCA, рожденные после 1940 года, заболевают в более раннем возрасте, чем женщины, рожденные до 1940 года. Что-то изменилось в окружающей среде, и это не гены{177}. Сейчас роль, которую играет измененный эстроболом, – всего лишь одно из предположений, но мы внимательно рассматриваем его в лаборатории.

Еще раз повторю мою основную идею: когда наши микробы-обитатели сменяют друг друга, мы меняемся вместе с ними подобно интегральной схеме, включающей в себя обмен веществ, иммунитет и когнитивные навыки. Но сейчас они подвергаются беспрецедентному нападению. С виду кажется, что я обвиняю антибиотики и прочие современные медицинские практики буквально во всем – и «часовню тоже они развалили», – но на самом деле лишь указываю на болезни, которые получили широкое распространение в конце XX века, то есть в период, когда эти практики начали активно применяться. У них, конечно, могут быть разные причины – скорее всего, так и есть, – но вполне возможно, существует единственный фактор, который подпитывает их, сталкивая людей с бессимптомной стадии к явной болезни. Это что-то вроде потери резервного фонда: «банковский счет» защитных средств настолько опустошен, что любые новые расходы приведут к превышению «кредита». Мне кажется, этим фактором является изменение состава нашего микробиома, совокупности организмов, обитающих в теле, в период самого быстрого развития – в детском возрасте. И, как мы предполагали пять лет назад{178}, изменения в одном поколении передаются в следующее.

Что еще хуже, по моему мнению, человечество движется к ситуации, которую я называю «антибиотиковая зима». Это аналогия с великолепной книгой Рэйчел Карсон «Молчаливая весна»{179}, в которой она предсказывает, что птицы могут вымереть из-за использования пестицидов. Мы, вполне возможно, идем тем же путем.

Глава 15. Антибиотиковая зима

Пегги Лиллис, 56-летняя жительница Бруклина{180}, сменила много работ, иногда даже трудилась на нескольких одновременно, стараясь вырастить двух сыновей. В последние несколько лет жизни она была воспитательницей в детском саду – о таких всегда вспоминают с любовью. В конце марта 2010 года Пегги сходила на прием к стоматологу; в середине апреля умерла.

Медик прописал ей недельный курс антибиотика клиндамицина, который часто дают для профилактики зубных инфекций. К концу недели у женщины началась диарея. Поскольку Пегги работала с маленькими детьми, она решила, что подхватила «желудочный грипп», и осталась дома. Но болезнь продолжалась еще четыре дня. Семья советовала побольше пить, чтобы избежать обезвоживания; на выходных она позвонила врачу. Тот записал ее на прием к гастроэнтерологу на вторник. Но к тому времени Пегги настолько ослабла, что не смогла подняться с постели, и семья вызвала «Скорую помощь». Когда парамедики прибыли, она уже почти впала в шоковое состояние.

В больнице колоноскопия показала, что у Пегги тяжелая инфекция, которую вызывают анаэробные бактерии Clostridium diffi cile. C. diff, как их называют вкратце, живут в кишечнике здоровых людей в небольшой концентрации. Обычно они занимаются своими делами. Но эти микроорганизмы могут нанести ужасный урон, если конкурирующие с ними кишечные бактерии уничтожить антибиотиками. В ослабленном кишечнике они распространяются со скоростью лесного пожара – популяция удваивается каждые двенадцать минут, и они могут стать доминирующим видом всего за несколько часов. C. diff выделяет два или три токсина, с помощью которых заставляет эпителиальные клетки толстой кишки выполнять ее указания. Это помогает выжить ей, но не человеку. Когда токсины начинают свою работу, толстая кишка быстро становится пористой, как губка.

Никто не знает, где женщина подхватила C. diff. Возможно, это были ее собственные, или попали от близких. В госпитале многие пациенты заражаются друг от друга, от рук медсестер и врачей, но она там не лежала. Если толстая кишка здорова, эти микробы блокируются нормальными кишечными бактериями.

Антибиотик, который принимала Пегги, уничтожил их. C. diff быстро размножилась и ослабила стенку кишечника. Содержимое фекалий просочилось через нее в области, где обычно не бывает бактерий. Начался сепсис, поднялась очень высокая температура. По иронии судьбы, для борьбы с ним вновь использовали антибиотики. Когда этого оказалось недостаточно, врачи в отчаянии сделали операцию, удалив большую часть пораженной толстой кишки. Несмотря на героические усилия, Пегги умерла в госпитале – всего через неделю после начала болезни и через две после посещения стоматолога. Как могла такая активная, здоровая, энергичная женщина так быстро сгореть?

Мы знаем о диарее, связанной с антибиотиками, более пятидесяти лет, хотя лишь в конце 70-х обнаружилось, что основной ее причиной является C. dif.

В большинстве случаев болезнь проявляется у госпитализированных пациентов. Это вполне логично, потому что они часто проходят интенсивное лечение медикаментами. Более того, бактерии размножаются спорами, которые могут приземляться на любой поверхности или парить в воздухе. Таким образом, госпитали, переполненные пациентами, могут быть сильно загрязнены. Анализы показывают, что там часто циркулирует один штамм бактерии, но может и сразу несколько. Тем не менее даже единственного курса нужного антибиотика достаточно, чтобы подавить инфекцию у многих пациентов.

Но примерно для трети единственного курса оказывается недостаточно: случаются рецидивы. А после нового лечения – новые рецидивы. Такое может происходить до тридцати раз. Иногда процесс настолько подрывает силы пациента, что он просто не выдерживает и умирает. К счастью, недавно нашли новое решение проблемы.

Нетрудно понять, почему это происходит так часто. Пока кишечная экосистема человека нарушена антибиотиками, всегда есть шанс, что быстроразмножающиеся организмы снова переживут расцвет. Делу не помогает и лечение медикаментами. Более удивительным кажется как раз то, что у двух третей рецидива не наблюдается.

В 90-е годы, когда инфекционный контроль в госпиталях улучшился, в частности, медсестры и врачи стали чаще мыть руки, уборщики – чаще мыть полы, а пациентов с острой диареей начали изолировать, количество C. diff-инфекций уменьшилось. Но полностью от проблемы избавиться не удалось.

За прошедшие десять лет многое изменилось. Пациенты, которых привозят в госпитали, стали в среднем страдать от более тяжелых болезней. Химиотерапия чаще заканчивается успешно, но у нее теперь больше побочных эффектов. Пациенты переживают более сложные операции, но дольше восстанавливаются. Трансплантация органов спасает жизни, но требует приема иммуносупрессантов, что делает людей уязвимее для инфекций. То есть с каждым днем пациентам в больницах прописывают все больше лекарств, в том числе средств, подавляющих кислотность желудка и подвижность кишечника, и конечно же больше антибиотиков, нередко сразу нескольких видов, последовательно или одновременно.

В недавнем исследовании почти двух миллионов{181} госпитализированных взрослых рассматривали использование пятидесяти самых популярных антибактериальных средств. Обнаружилось, что на каждую тысячу человеко-часов в больницах приходится в среднем по 776 часов терапии. Сюда входят и нормальные процедуры вроде запланированных курсов лечения и переливания крови, при которых антибиотики обычно не используются. Огромная нагрузка со стороны медикаментов не могла не оказать заметного воздействия на наш коллективный микробиом.

C. diff-инфекции тоже стали тяжелее – больше людей умирает. Что произошло? Анализы показывают изменение штаммов. В спирали ДНК перед геном производства токсина исчез небольшой сегмент. В результате штаммы начали выделять больше токсина, соответственно, эффект разрушительнее.

Еще интереснее для меня то, что у разных штаммов C. diff делеции расположены в разных местах, но все они приводят к повышенному производству токсина{182}. Для биолога это значит, что на бактерии оказывается сильнейшее давление, приводящее к отбору в пользу гипертоксигенных штаммов. То, что в одно и то же время появилось сразу несколько клонов с похожими функциями, говорит о неких схожих переменах в их окружающей среде. Эти высокотоксичные клоны наблюдаются в Европе и Северной Америке. Это свидетельство того, что одним из факторов может быть обстановка в госпиталях, характерная для развитых стран.

Мы не предвидели одной вещи: как быстро C. dif-инфекции распространятся среди населения: заболевают и люди вроде Пегги Лиллис, никогда не лежавшие в больницах; некоторые умирают. Микроорганизм сбежал из госпиталей, словно лев из зоопарка, и теперь разгуливает на свободе. Те же самые клоны через пассажиров самолетов перебрались на другие континенты и стали орудовать там – паспорта для этого не нужны. В США каждый год в больницы попадают до 250 000 пациентов с C. dif, которую они подхватили либо в прошлый визит в больницу, либо дома; 14 000 из них умирают.

То же самое произошло и с МРЗС, сопротивляющейся антибиотикам стафилококковой инфекцией, поразившей, как вы помните из предыдущих глав, в том числе двух футболистов. Двадцать лет назад эта болезнь встречалась исключительно в больницах. Но сейчас инфекции получают те, кто никогда в жизни не лежал там. Появляются более вирулентные штаммы МРЗС. То, что два кризиса – с C. diff и с МРЗС – обладают настолько похожими характеристиками и начались практически в одно время, говорит о том, что человеческая микробная экология переживает огромные изменения.

Эти истории пугают сами по себе, но, к сожалению, они лишь предвестники будущего. Распространение патогенов вне их «естественного» резервуара, больниц, среди широких слоев населения на разных континентах представляет серьезнейшую угрозу нашему здоровью. Поиск способов остановить распространение этих смертоносных микробов должен стать приоритетным.

Центры по контролю и профилактике заболеваний в сентябре 2013 года опубликовали важнейший доклад: первую информацию о распространении резистентных к лекарствам бактерий в США{183}. Было перечислено восемнадцать микробов; три из них назвали «крайне опасными». Возглавила список сравнительно новая группа микробов под названием КРЭ – это аббревиатура от «карбапенем-резистентные энтеробактерии». Они убивают многих заразившихся и сопротивляются действию практически всех антибиотиков. Более того, КРЭ умеют передавать гены резистентности другим микроорганизмам, занимаясь с ними микробным «сексом». Их уже обнаружили в больницах сорока четырех штатов. Второе и третье место заняли C. diff и гонорея. МРЗС получил рейтинг «серьезная опасность»: 18 000 заражений в год, 11 000 смертей.

Доктор Том Фриден, возглавляющий центр, предупредил, что «антимикробная резистентность растет во всех поселениях, во всех здравоохранительных учреждениях и среди пациентов практикующих врачей по всей стране. Не менее 2 миллионов американцев каждый год заражаются инфекциями, резистентными к антибиотикам, 23 000 из них умирают. Вот что происходит, когда микробам удается перехитрить наши лучшие антибиотики». И добавил, что мы столкнулись с «катастрофическими последствиями» избыточного применения антибиотиков и что «в последующие месяцы и годы, возможно, не сможем предложить никаких лекарств пациентам с инфекциями, которые опасны для жизни».

У нас есть домик в Скалистых горах. Он стоит на горном кряже посреди широкой долины, окруженной высокими пиками. Это горы, на вершинах которых девять месяцев в году лежит снег, и даже летом видны ледяные участки. Они зеленые от деревьев практически снизу доверху, лишь на верхушках ничего не растет. Вечный, грубый, величественный пейзаж.

До недавнего времени леса были густыми – даже слишком. Там росли деревья всех возрастов: огромные сосны, устремленные в небо словно гигантские стрелы; вокруг – зеленые и голубые ели и осиновые рощи. Повсюду виднелись молодые сосенки с иголками нежно-зеленого цвета.

Но около десяти лет назад в нашу долину пришел жучок-короед. Точнее, скорее всего он всегда там жил, но его сдерживали суровые зимы. Сейчас же, когда климат изменился и сильно потеплело, жучок вернулся во всеоружии и поедает лес, уничтожая целые горные склоны. 90 % деревьев мертвы, и одного пожара хватит, чтобы превратить их в пепел.

То, что происходит с пейзажем в Колорадо – отличная метафора для моей гипотезы пропавших микробов. Как и жучок-короед, человеческие патогены постоянно окружают нас, но их распространение зависит от определенных условий. Как легко они могут передаваться от человека к человеку? Насколько уязвимы для атаки? Как плотно живут носители? Насколько здорово население в целом? Что происходит, когда экология меняется не в природе, а внутри человека? Что будет, если люди утратят свое биоразнообразие? Что, если мы потеряем «краеугольные камни», поддерживающие стабильность системы?

В начале 50-х годов, за несколько десятилетий до того, как обнаружилось, что C. diff вызывает «антибиотиковую диарею», Марджори Бонхофф и Филлип Миллер провели серию экспериментов, чтобы определить роль нормальной флоры – тогда этим термином называли наших микробов-обитателей – в защите от болезнетворных бактерий{184}. Ученые считали, что они действительно играют защитную роль, и проверили гипотезу, скормив мышам Salmonella enteriditis, вид сальмонелл, которые вызывают болезни и у мышей, и у людей. Чтобы вызвать инфекцию хотя бы у половины популяции, потребовалось около ста тысяч микроорганизмов. Но если грызуны сначала получали одну оральную дозу антибиотика стрептомицина, а затем, через несколько дней, сальмонелл, для развития инфекции нужно было всего три микроорганизма. Это разница не в 10–20 %, а в 30 000 раз. Добро пожаловать в мир бактерий.

Работу продолжили и показали, что эффект не ограничивается одним стрептомицином. Другие антибиотики, в том числе пенициллин, приводили к той же самой ситуации. Даже если последняя доза антибиотика была несколько недель назад, инфекция все равно вызывалась небольшим количеством микроорганизмов. За шестьдесят лет другие ученые подтвердили и уточнили эти результаты. По крайней мере у мышей воздействие любых, самых разных антибиотиков, повышает восприимчивость к инфекции, а это иногда может закончиться смертью. Но проявляется ли тот же феномен у людей?

В 1985 году произошла эпидемия сальмонелловых инфекций в Чикаго. Не менее 160 000 человек заболели, несколько умерли{185}. Чем могло быть вызвано событие, которое сказалось на таком количестве жителей одного города? Обычно главных виновников два: вода и молоко. Муниципальная система водоснабжения очень тщательно регулируется и контролируется, так что ее можно было сразу исключить из рассмотрения. К тому же некоторые заболевшие жили даже не в городе, а в пригородах с отдельными водопроводами.

Так что подозрения пали на молоко, и после тщательного расследования подтвердились. Если точнее, причиной стало употребление в пищу молока из «супермаркета A», сети продовольственных магазинов, встречавшихся чуть ли не на каждом углу. Поставлялось оно с единственной крупной молочной фермы – огромного промышленного комбината с километрами труб и объемистыми баками. Там производилось более миллиона галлонов молока в неделю. Я посетил ее с инспекцией как эксперт, привлеченный частными лицами, которые подали против компании групповой иск.

Для нашей истории самое большое значение имеет исследование, которое департамент здравоохранения провел среди пятидесяти жертв эпидемии и пятидесяти человек из контрольной группы, которые не болели. Всем им был задан простой вопрос: «Принимали ли вы антибиотики в последний месяц перед эпидемией?» В группе заболевших был большой процент утвердительных ответов – в 5,5 раз больше, чем в группе здоровых.

Их воздействие сделало людей более уязвимыми для Salmonella. В экспериментах ПЛА, описанных несколькими главами ранее, мышам давали последнюю дозу антибиотика в возрасте сорока дней. Но даже через сто дней мы по-прежнему видели, что состав их кишечных микробов значительно нарушен.

Вряд ли врачи предупреждали жителей, что прием антибиотиков сделает их уязвимее для инфекций. Вам хоть один медработник когда-либо что-то похожее говорил? А ведь повышенная уязвимость для новых инфекций – одна из скрытых издержек приема лекарств.

Теперь, наконец, можно ответить на один из главных вопросов книги: как антибиотики могут оказывать долгосрочное воздействие на наших микробов-обитателей? В более раннюю эпоху мы полагались на «индикаторные» микроорганизмы, которые давали представление обо всей популяции. Например, E. coli в поверхностных водах указывает на загрязнение водоема фекалиями.

В 2001 году мой шведский коллега и хороший друг доктор Ларс Энгстранд пригласил меня присоединиться к исследованию, как антибиотики действуют на индикаторные бактерии, которые находят в человеческом кишечнике и на коже{186}. Мы использовали распространенные колонизирующие бактерии, которые легко вырастить в культуре: Enterococcus fecalis – для желудочно-кишечного тракта и Staphylococcus epidermidis – для кожи. Увеличится ли количество резистентных бактерий после недельного курса антибиотика-макролида (в данном случае кларитромицина), который прописывают для уничтожения H. pylori?

К сожалению, эксперимент сработал великолепно. До приема антибиотиков у подопытных было очень мало макролид-резистентных Enterococcus и Staphylococcus, как и у контрольной группы. Но вот после приема антибиотиков все изменилось – сразу после лечения количество макролид-резистентных индикаторных микроорганизмов значительно увеличилось – и в фекалиях, и на коже. У контрольной группы таких изменений не наблюдалось.

Но наш основной вопрос был другим: как долго продлится их процветание без дальнейшего приема лекарств. Результаты были отрезвляющими. У тех, кто получал антибиотики, резистентные E. fecalis были обнаружены даже через три года после лечения, а S. epidermidis – через четыре. На этом исследования завершились, так что не известно, сколько еще они продержались после этого. Мне кажется удивительным, что недельный курс может способствовать выживанию резистентных организмов спустя столько времени, причем на участках тела, далеких от основной цели антибиотика.

Кроме того, мы захотели узнать, все ли штаммы, присутствовавшие перед началом исследования, выжили через три года, или же им на смену пришли другие штаммы того же вида. И с помощью методов ДНК-дактилоскопии обнаружилось, что до начала исследований у всех членов контрольной группы было по несколько штаммов Enterococcus, которые в основном и сохранились. Однако у группы, получавшей антибиотики, штаммы, присутствовавшие до лечения, по большей части исчезли и сменились другими. Причем в течение трехлетнего исследования появлялись штаммы с новыми ДНК-отпечатками. Иными словами, мы не только осуществили отбор по резистентности (и отобранные микроорганизмы выжили), но и разрушили ранее существовавшие популяции Enterococcus. Неизвестно, присутствовали ли эти новые штаммы все время в небольших количествах, или же были приобретены недавно, но так или иначе недельный курс антибиотиков привел к долгосрочному и совершенно незапланированному воздействию на стабильность определенных штаммов индикаторного микроорганизма.

Методами нашего исследования невозможно подтвердить, ведут ли такие перемены к болезням. Если какой-то эффект и есть, то, как мне кажется, в обычных условиях риск будет небольшим. Но мы не знаем совокупного эффекта миллиардов доз антибиотиков, которые получают сотни миллионов людей. Широкое их распространение, несомненно, увеличивает пул резистентных генов, в том числе тех, которые патогены могут получить от наших дружественных бактерий. Но эксперименты с Salmonella на мышах, чикагская эпидемия и нынешняя эпидемия C. diff-инфекций показывают, что лечение антибиотиками увеличивает уязвимость для патогенов. Это еще одна скрытая издержка от изменения нашей внутренней экосистемы.

Уже сейчас ясно, что даже краткие курсы медикаментов могут привести к долгосрочным изменениям состава микробов, населяющих наши тела. Полное или хотя бы частичное восстановление здоровых бактерий вовсе не гарантировано, хотя долго считалось, что дело обстоит именно так. Но это не единственное, что меня беспокоит. Ведь некоторые наши обитатели – которых я называю «микробами на всякий случай» – могут вымереть полностью.

Недавние исследования микроорганизмов показали, что в людях живет небольшое количество видов, встречающихся в изобилии, и много видов, численность которых меньше{187}. Например, в вашей толстой кишке могут жить триллионы Bacteroides и всего тысяча, а то и меньше, клеток других бактерий. Мы не знаем, сколько их всего, но если у вас, допустим, пятьдесят клеток какой-нибудь бактерии, среди триллионов ее обнаружить почти нереально.

Такая ситуация напоминает мне «Где Уолдо?», детскую книжку с картинками, на которых десятки людей занимаются своими делами, работают, играют, а персонаж по имени Уолдо спрятался где-то в этой толпе. Задача ребенка – найти Уолдо. Если бы «Уолдо» был редким микробом и пропал, мы его отсутствия даже не заметили бы. Конкретные поиски не в счет. Когда вы принимаете антибиотик широкого спектра действия (а их прописывают чаще всего), вполне возможно, что при этом полностью уничтожается один из видов ваших редких микробов. С нулевой популяции восстановиться уже невозможно – с точки зрения вашего тела этот вид вымирает.

Почему это важно? Со всех точек зрения виды, существующие в таких жалких количествах, не могут играть никакой важной роли. Но у микробов есть мощная стратагема выживания. Любая небольшая популяция, например, из нескольких сотен клеток, может пережить взрывной рост, и за неделю их станет уже десять миллиардов или даже больше. Триггером для расцвета может стать, например, компонент пищи, которую вы едите в первый раз и переварить которую могут только эти редкие микробы, с помощью вырабатываемых ферментов. Благодаря новому эксклюзивному источнику пищи редкий микроб получает возможность развернуться на всю катушку и размножиться на миллион процентов. Это процветание может принести пользу и вам, потому что некоторая часть энергии, полученная от новой пищи, может попасть в кровеносную систему. Это было полезно при дефиците еды, который до недавнего времени был обычным делом для большинства людей. По этой причине приходилось есть незнакомые растения и животных и иметь большой репертуар ферментов, которые помогали переваривать эти пищевые химические вещества.

А теперь давайте подумаем, что получится, если один из ваших редких микробов вымрет. Предположим, что он древний и жил в Homo sapiens 200 000 лет. Один из вариантов – ничего не изменится. Может быть, этот микроб был просто «пассажиром», который не делал ничего полезного. Другой вариант – это микроорганизм «на всякий случай». Вы носите его в своем багаже не для повседневного использования; он больше напоминает шипованные ботинки, которые очень полезны, когда нужно забраться на ледник, но все остальное время лежат в рюкзаке мертвым грузом. Потеря подобных вещей «на всякий случай» тоже не сильно скажется на вашей жизни, если, конечно, не придется столкнуться с ледником.

Третий вариант – эти виды могут понадобиться только на определенном этапе жизни, как например трость, которую вы держите на чердаке, – пригодится в старости. Можно сказать, что потеря микробов «на всякий случай» приводит к потере биоразнообразия. Еще один пример: на кукурузных полях в Айове растет одинаковый высокоурожайный сорт кукурузы. В течение какого-то времени все будет хорошо. Но если появится патоген – допустим, кукурузный грибок, который поражает именно этот высокоурожайный сорт, то поля окажутся уязвимыми. За несколько недель от прекрасных полей могут остаться лишь акры мертвых растений, а вскоре начнется голод. Даже небольшое уменьшение биоразнообразия может сделать сообщество более уязвимым для нового патогена. И, как видно на примере жучка-короеда или C. diff, они существуют всегда. И новые будут появляться всегда – это закон природы.

Эпидемия, начинающаяся в одной местности, может подвергнуть риску весь мир. Мы видим это на примере гриппа. Когда в 2009 году в Мексике обнаружили новый штамм, через несколько дней им уже болели в Калифорнии и Техасе, а еще через несколько дней – в Нью-Йорке. За несколько недель он распространился по всем США и пошел дальше. Нам повезло, что штамм оказался не смертельно опасным, учитывая, что заразились сотни миллионов. Несмотря на сравнительную мягкость, от него умерли тысячи людей по всему миру. Даже когда штамм не очень вирулентный, но им заражаются миллиарды людей, количество смертельных случаев получается довольно значительным. А если штамм опасный, как в 1918–1919 годах, потери исчисляются в миллионах. Еще нам повезло в 2002 году с эпидемией атипичной пневмонии, которую вызывал вирус, недавно перешедший от животных, скорее всего, от летучих мышей. К счастью, механизм передачи от человека к человеку оказался не очень эффективным. В нескольких районах вирус нанес немалый вред, но затем вымер из-за неспособности эффективно передаваться между людьми. От этой «пули» мы увернулись.

«Испанка» в 1918–1919 годах убила десятки миллионов, хотя тогда не было ни пассажирских самолетов, ни других средств скоростного массового транспорта, которые способствовали бы распространению. Сейчас же, когда население мира огромно и, по сути, едино, а защита ослаблена из-за нарушений внутренней экосистемы, мы уязвимы как никогда.

Наша растущая уязвимость к патогенам из-за того, что мир стал намного теснее, чем раньше, совпала с деградацией наших древних микробных систем защиты. Подобное совпадение подбрасывает новые «бревна» в «пожары» – либо сравнительно локального масштаба, вроде эпидемий Salmonella или E. coli, либо в потенциале глобального. Последствия подобного развития событий очень трудно представить, но есть прецеденты. В XIV веке в Европе свирепствовала «черная смерть». Мы до сих пор неполностью понимаем ее причины, но отчасти она была обусловлена изменением популяции грызунов. Еще один фактор – перенаселенные, грязные средневековые города, которые вспыхнули от «огня» переносимой крысами чумы, как хворост. Эпидемия бушевала четыре года; когда она закончилась, погибло около трети населения Европы, а это ни много ни мало 25 миллионов человек.

«Чума XX века», СПИД, поразила более 100 миллионов человек с тех пор, как передалась нам от шимпанзе. ВИЧ-инфекция, конечно, ужасна, но она не так просто передается от человека к человеку, как, скажем, вирус гриппа. Так что в каком-то смысле – с точки зрения скорости распространения – она не так страшна, как быстро разлетающаяся эпидемия.

Впрочем, меня скорее интересует не то, что прошло, а то, что нас ждет дальше. Когда люди собираются в больших количествах, эпидемии неизбежны. Учитывая, что население планеты составляет 7 миллиардов человек и растет примерно на 80 миллионов в год (это равно населению Германии), вопросы стоят так: что вызовет следующую «чуму», кто будет к ней уязвим и когда она начнется. Меры здравоохранения, конечно, уменьшат ущерб, но, вполне возможно, их может оказаться недостаточно.

Я вижу немало параллелей между изменениями климата и состава наших микробов-обитателей. Современные эпидемии – астма и аллергии, ожирение, расстройства обмена веществ – это не просто болезни, а внешние признаки внутренних изменений. Мы можем столкнуться с этой проблемой в любой момент. Например, ребенок с измененной микробной экосистемой и ослабленным иммунитетом может встретиться с легким патогеном, который тем не менее способен повредить его поджелудочную железу и вызвать ювенильный диабет. Или же проблема проявится, когда другой ребенок съест арахис или глютен – в данном случае есть риск тяжелой аллергии. Это не просто опасно, но и является признаком более серьезных нарушений баланса, потери наших резервов.

Скорее всего, потенциально смертоносный мутировавший микроб уже сейчас живет в каком-нибудь животном. Возможно, он получил новый ген, который помогает ему распространяться. Может быть, он переберется в какое-нибудь из наших сельскохозяйственных животных. Может быть, он перепрыгнет в промежуточного носителя, может быть, новыми носителями станем мы. Так или иначе, тучи уже сгустились.

К счастью, люди более или менее подготовлены к подобным «штормам»: наши разнообразные микробы и их 20 миллионов генов помогают сопротивляться болезням. Это партизаны, которые защищают свою родину, пока мы защищаем их самих. Но недавние исследования показывают, что некоторые вполне здоровые люди утратили от 15 до 40 % своего микробного разнообразия и гены, содержащиеся в них{188}.

Самая большая опасность, грозящая нам: патогены, способные вызвать эпидемию, против которой мы беспомощны. Экологическая теория говорит, что люди, у которых состав бактерий-обитателей нарушен сильнее, окажутся наиболее уязвимы. При прочих равных условиях рискуют страдающие ожирением, астмой и другими современными эпидемическими заболеваниями. Генетические исследования говорят, что мы все – потомки довольно небольшой исходной популяции. Наши предки, возможно, пережили какой-то катаклизм, связанный, что не исключено, с изменениями климата. Но несмотря на современные дебаты по поводу глобального потепления, это не главная наша проблема, по моему мнению.

Если ничего не изменить, нас ждет «антибиотиковая зима» – куда более огромная опасность, всемирная эпидемия, которую не удастся остановить. Популяционная биология против нас: мы уже не защищены изоляцией, потому что живем в одной огромной взаимосвязанной деревне. Причем миллионы живут с ослабленной защитой. Когда придет новая чума, она, вполне возможно, будет быстрой и безжалостной, как вышедшая из берегов река, от которой негде спастись. Усугубило ситуацию безответственное, расточительное злоупотребление антибиотиками – думаю, оглядываясь назад, мы назовем эту эпоху именно так. И это самая главная причина, по которой я бью тревогу.

Мы говорили об эре до антибиотиков и эре антибиотиков; если не станем осторожнее, то вскоре нас ждет эра после антибиотиков. Сейчас эту тему всерьез рассматривает Центр по контролю и профилактике заболеваний, и я разделяю их беспокойство. Но я обдумываю другую идею: дело не только в том, что лекарства перестанут действовать из-за резистентности, но и в том, что миллионы людей становятся уязвимее из-за деградировавшей экосистемы. Одно связано с другим, но в нашем тесном мире второй фактор – это всемирный потоп, который может начаться буквально со дня на день.

Глава 16. Решения

Прошлым летом мне позвонила родственница, рассказала о сыпи, которая появилась у нее на ноге и отправила мне по электронной почте фотографию: уродливое, припухшее красное пятно около двух дюймов в диаметре с маленьким темным пятном в центре и границей, словно очерченной маркером. Больше всего оно напоминало мишень. Поскольку дело было летом, а жила она в Коннектикуте, мне сразу пришли на ум два слова: болезнь Лайма.

Я порекомендовал сразу же начать курс антибиотиков{189}. Она принимала лекарство каждый день, пока сыпь не исчезла, и еще несколько дней после, даже когда чувствовала себя лучше – курс нужно завершить полностью.

Лекарство справилось с инфекцией, и мы оба порадовались. И хочу, чтобы все так и осталось. Еще раз повторюсь, я не их противник, равно как не противник мороженого – и то и другое замечательно выполняет свои функции, но вот если перебрать, это уже плохо. Чрезмерное употребление антибиотиков и слишком большое количество кесаревых сечений – это проблемы, требующие срочного разрешения.