Мікроби гарні та не дуже. Здоров’я і виживання у світі бактерій - Джессіка Снайдер Сакс
Фактично працювати в лабораторії Сельєрс означає виступати в ролі свахи для деяких не дуже приємних пар. Стоячи за своїм лабораторним столом, докторантка Кая Малановська знімає накривку з чашки Петрі, щоб підхопити з півмільярда E. coli кінчиком стерильної голки для посіву. Вона додає їх до пробірки, що містить приблизно стільки ж клітин Bacteroides thetaiotamicron, які вільно плавають у крихітній калюжці бульйону з додаванням антибіотиків. Очистивши пробірки від кисню, Малановська залишає бактерії змішуватися на ніч у затишному теплі лабораторної «кишки» – інкубатора завбільшки з кімнату, налаштованого на температуру здорового кишечника в 37 °C. Для її наукового керівника не є секретом, що Малановська знайде через кілька днів. «У версії випадкового сексу бактеріального світу E. coli та B. theta обміняються кількома генами», – пояснює Сельєрс. Причому таке спаровування охоплює два дуже віддалено споріднені види, наче корова спаровується з пумою чи навіть змією.
Ще дивніше, що Сельєрс знайшла генетичні докази, що грамнегативна родина Bacteroides колись підхопила деякі з цих генів резистентності на протилежному кінці бактеріального царства – серед грампозитивних організмів, таких як споротвірний кишковий мікроб Clostridium perfringens та паличкоподібна ґрунтова бактерія Bacillus sphaericus. Таке перенесення генів – від жорсткої та непробивної грампозитивної клітини до верткої капсули грамнегативної B. theta – здавна вважалося малоймовірним, якщо не неможливим. «Неначе спаровування броненосця з кальмаром», – каже Сельєрс. Або з точки зору еволюційної відстані скоріше схрещування броненосця з секвоєю.
Сельєрс знає, що антибіотик у пробірці її студентки не просто не зможе вбити бактерії, що плавають усередині, але стимулює перенесення їхньої ДНК. «Якщо ви уявляєте собі перенесення генів між видами як бактеріальну версію випадкового сексу між незнайомцями, то антибіотики слід уявляти як їхні афродизіаки, – каже вона. – Тетрациклін дійсно заводить цей народ». Така реакція може бути відображенням цілої низки технік спільного виживання, залучених у всьому бактеріальному царстві. За словами дослідниці, принцип тут може бути таким: «Я поділюся своїми генами, якщо ти поділишся твоїми».
Сельєрс поділяє перестороги Леві з Університету Тафтса, що сприяти поширенню резистентності через ці та інші бактеріальні трюки можуть не лише антибіотики, але й багато інших сучасних антибактеріальних продуктів. «Стюарт Леві пропонує серйозну причину для занепокоєння, – каже вона, – оскільки деякі з цих продуктів можуть добирати мутації, що роблять бактерії стійкими не лише до них, але й до певних інших антибіотиків». Особливо непокоїв Леві триклозан – хімічна речовина, що найчастіше додається до антибактеріальних мил, зубних паст, рідин для полоскання рота та побутових мийних засобів. 1998 року співробітниця лабораторії Леві Лора Макмеррі показала, що триклозан працює більше як антибіотик, ніж універсальний дезінфектант на кшталт вибілювача або спирту. Зокрема, вона показала, що він блокує фермент, який бактерії використовують для синтезу жирів – дії, яку E. coli та багато інших мікробів можуть обійти за рахунок відносно невеликої зміни (мутації) їхніх ДНК.
Після того співробітники Леві так само показали, що триклозан може запускати в дію стійкість до багатьох лікарських засобів у E. coli, сальмонели, шигели та інших кишкових бактерій. Він робить це, активуючи головний генетичний перемикач під назвою оперон множинної стійкості до антибіотиків. Цей перемикач, у свою чергу, активує цілу низку із приблизно шістдесяти різних генів виживання, у тому числі ген так званого ефлюксного насоса, що відкачує з бактеріальної клітини не лише триклозан, але й багато інших антибіотиків. Такого ж роду загальний «блювотний рефлекс» виникає, коли ці бактерії стикаються з дезінфектантами, такими як скипидар, або хімічними консервантами, такими як бензалконій хлорид та інші четвертинні амонієві сполуки, зазвичай використовувані в очних краплях, назальних спреях та косметиці. Відповідно ці побутові продукти можуть сприяти стійкості до багатьох лікарських засобів, добираючи бактеріальних мутантів, що підтримують цілодобову роботу їхніх трюмних насосів для відкачування антибіотиків. Потенційно ускладнюючи проблему, триклозан та його близький хімічний родич триклокарбан уперто зберігаються в очищених стічних водах і за останні двадцять років устигли вже проникнути в ґрунтові води, колодязі та прісноводні озера й струмки по всіх Сполучених Штатах.
Леві та Сельєрс далеко не єдині, хто постійно проводить дослідження, показуючи, що трохи більше ніж за півстоліття активне використання антибіотиків та інших антибактеріальних хімікатів трансформувало нашу внутрішню мікробну екосистему. Дослідники з Лондонського стоматологічного інституту Істмена, наприклад, нещодавно виявили, що практично всі учні молодших класів школи носять повний рот тетрациклін-резистентних бактерій – навіть попри те, що лікарі не дають тетрацикліну дітям до дванадцяти років, бо цей антибіотик забарвлює зуби, що тільки ростуть.
Однак чого зазначені вище дослідження не зачепили, то це походження цих проблемних генів. У рідкісних випадках новий тип стійкості до лікарських засобів виникає через випадкову мутацію. Якась вдала мутація може змінити біохімічну мішень препарату, щоб антибіотик більше не міг додаватися всередину бактеріальної клітини. Проста мутація може так само активувати перемикач, що змушує насос працювати на відкачування понаднормово. Але цей насос сам є повністю функціональною біохімічною машиною, на появу генетичного креслення якої пішли тисячоліття. Те саме справджується й для складних генів, що стоять за бактеріальними ферментами, такими як бета-лактамаза, що розщепляє, блокує або якось інакше нейтралізує багато важливих антибіотиків. Зрозуміло, що ці механізми стійкості не еволюціонували за останні шістдесят із чимось років. Зрозуміло й те, що до появи антибіотиків вони були рідкісними аж до відсутності у видів бактерій, які заселяють або заражують людське тіло. Як виявилось, вони ніколи не були далі за бруд під нашими ногами.
Стійкість повною лопатою
Як голова Антимікробного дослідницького центру Університету Макмастера в канадському місті Гамільтон, провінція Онтаріо, Ґеррі Райт має найкраще обладнану лабораторію, яку тільки може бажати розробник лікарських засобів, аж до апарата високошвидкісного скринінгу вартістю 15 мільйонів доларів для одночасної перевірки показників потенційних препаратів проти сотень бактеріальних мішеней. Проте Райт виявив, що технології XXI століття бліднуть у порівнянні з елегантною здатністю створювати антибіотики, яку він спостерігав у грудці бруду.
«Найкращі розуми у сфері синтетичної хімії потребують років неймовірних зусиль, щоб створити навіть невеликі обсяги структурно складних антибіотиків, таких як ванкоміцин, – пояснює він. – А багато видів бактерій можуть робити це легко». Особливий інтерес для Райта і його дослідницької команди становить Streptomyces – численний рід ґрунтових бактерій, що здавна захоплюють учених своїми хитромудрими колоніями довгих нитчастих клітин та спороносними стебельцями майже як у фруктів. На практичному рівні ці бактерії, що виробляють антибіотики, поповнили наш медичний арсенал понад десятком класів лікарських засобів, серед яких стрептоміцини, тетрацикліни, неоміцини, кліндаміцини, еритроміцини та ванкоміцини.
У підземному мікробному царстві ці біохімічні речовини, схоже, відіграють
