Мікроби гарні та не дуже. Здоров’я і виживання у світі бактерій - Джессіка Снайдер Сакс

здатністю вичищати з культури клітин бактерії туберкульозу. Це відкриття може пояснити користь «лікування сонячним світлом», що практикувалося на початку ХХ століття в протитуберкульозних санаторіях, оскільки сонячне світло стимулює природне виробництво вітаміну D шкірою. Команда Модліна також показала, що сироватка крові людей африканського походження (групи, відомої особливою чутливістю до туберкульозу) має нижчий рівень як вітаміну D, так і антимікробних пептидів – найімовірніше, через сонцезахисні властивості темнішого пігменту шкіри. Наразі Модлін просунувся від своїх відкриттів у пробірці до клінічних випробувань, щоб з’ясувати здатність недорогих вітамінних добавок підвищувати стійкість до туберкульозу в темношкірих людей. Це відкриття аж ніяк не є дрібницею у світлі нещодавньої появи практично невиліковних штамів XDR TB (збудників високорезистентного до лікарських засобів туберкульозу).

Тим часом, попри їхню нещодавно відкриту суперечливість, інтерес до розробки антимікробних пептидів в антибіотичні лікарські засоби зберігається. Якщо перестороги щодо перехресної стійкості до людських АМП виявляться помилковими, то АМП зможуть безпечно й значно подовжити золотий вік антибіотиків. Однак стоденний експеримент Белла та Перрона нагадує нам: усе, що вбиває бактерії, неминуче сприяє появі та поширенню стійкості. З огляду на цю сувору реальність, здається марним сподіватися, що навіть якнайбільш обачливе використання наявних антибіотиків та швидка розробка нових здатні на більше, ніж лише відтермінувати чергову кризу зі стійкістю.

Хоч як наївно це може прозвучати за умов, коли в заголовках домінують супермікроби-вбивці, наукова спільнота дедалі більше погоджується, що настав час вийти за межі ескалації нашої війни з мікробами й пошукати способи прискорити встановлення миру, у якому завжди буде місце світу бактерій. І це не просто якась ідеалістична філософія – дослідження в цьому напрямі вже почали приносити перші результати.

Частина. VI. Не лише знищення: знешкодити, перенацілити, використати

Мікробіота нашого організму є, по суті, частиною середовища, у якому ми живемо. Нам слід змиритися з її існуванням. Однак це замирення не має бути пасивним або покірним: мікробіота не менше, ніж решта нашого середовища, придатна для маніпуляцій на користь людини.

Мікробіолог Теодор Роузбері (1962)

Препарати для знешкодження

Це був один із тих експериментів, що не подобаються жодному вченому: введення бактерій під шкіру миші, щоб викликати огидного вигляду нарив. Але робилося це з чудовою метою – зупинити руйнування тканин, що за віки з початку співіснування людини і стафілококу в стані то миру, то війни забрало вже незлічену кількість людських життів та кінцівок, причому не намагаючись убити ці верткі бактерії, а знешкоджуючи їх.

Восени 2004 року до досягнення цієї мети наблизився Річард Новик. Сивий та хрипкоголосий ветеран мікробних війн, Новик провів попередні двадцять років на чолі лабораторії Нью-Йоркського університету, покликаної розшифрувати, яким чином Staphylococcus aureus виконує своє сумнозвісне перетворення з доктора Джекілла на містера Гайда. Одного дня цей мікроб без шкоди мешкає на людській шкірі чи слизовій оболонці, а наступного раптом ламає всі бар’єри й викликає небезпечне для життя зараження крові та ушкодження внутрішніх органів. Новик показав, наприклад, як стафілокок переключається на набір із понад сотні генів, що починають масово штампувати токсини поділу клітин, згущення крові та руйнування органів.

У теорії препарат, що блокує перетворення стафілококу з нешкідливого на смертоносний, мав би викликати резистентність значно менш імовірно, ніж антибіотики, бо залишав би знищення мікроба багатогранній імунній відповіді тіла. Він також мав би виявитись абсолютно нешкідливим для слухняних представників захисної мікрофлори тіла.

Провідним принципом цього нового підходу до боротьби з бактеріальними хворобами є оновлена версія відомих постулатів Коха, які ще сотню років тому зосереджували увагу медицини на завданні визначити, які види мікробів спричиняють які хвороби. Нинішня молекулярна версія зводить пошук до тоншого аспекту: що саме в конкретному штамі або виді дозволяє йому спричиняти шкоду?

Ефектний спосіб, яким стафілокок координує свої атаки, підказав Новику, як діяти далі в розробці засобу блокування вірулентності. Адже Staphylococcus aureus вміє розраховувати час не гірше за досвідченого полководця. Він не атакує надто скоро – це викликало б імунну відповідь до того, як його армія клонів стане досить великою для битви. При цьому він і не вичікує надто довго, ризикуючи бути виявленим та розбитим ще до того, як застосує свою зброю. То як же стафілокок «знає», коли він накопичив достатньо сил для битви?

Новик розумів, що стафілокок, як і багато інших видів бактерій, здатний проводити примітивний перепис чисельності своїх військ за допомогою дрібних молекул, відомих як автоіндукторні пептиди (АІП). Ці пептиди розходяться від невеликої групи бактерій, але, щойно колонія сягає певного розміру та густоти, вони починають накопичуватись. По суті, таке накопичення молекул і говорить колонії, коли та має «кворум» – достатню кількість для групової активності. Новик припустив, що блокування такого сигналу могло б ефективно перешкоджати приведенню зброї стафілококу в бойове положення.

Найкращим з усього було відкриття Новика, що стафілокок сам надає засоби досягнення такого небойового положення. Для цього потрібно було лише трохи людської хитрості. Адже Новик зі своїми студентами виявив, що кожен окремо взятий штам Staphylococcus aureus виробляє один із чотирьох різних автоіндукторних пептидів із прозаїчними назвами від АІП-1 до АІП-4. Затоплення стафілококу з однієї групи сигнальними молекулами іншої мало б ефективно зафіксувати перемикач його вірулентності у вимкненому положенні.

А тому восени 2004 року Новик зі своїми студентами ввів шести лисим лабораторним мишам штам Staphylococcus aureus, що виділяє пептиди АІП-1. Три миші також отримали ін’єкцію пептидів АІП-2. За тиждень у мишей, яким ввели тільки стафілокок, у місці ін’єкцій розвинулися великі чиряки, що потім прорвалися, залишивши зяючі гнійники. Натомість ті, що отримали стафілокок із додатковими невідповідними пептидами, страждали лишень від невеличких нади´мів, що швидко спали й розсмокталися. «Усе, що ми зробили, – змістили баланс на користь імунної системи, – каже Новик. – Не те щоб стафілокок не міг спричинити хворобу без вмикання виробництва своїх токсинів. Але бактерії, спіймані без токсинів, можуть бути нездатні блокувати або вбивати нейтрофіли, що прибувають для їх знищення».

Сьогодні Новик уже перейшов від тестування своїх препаратів блокування вірулентності у мишей до роботи з культурами людських клітин та смертоносними штамами стафілококу, виділеними з легень пацієнтів лікарень. Тяжкі форми бактеріальної пневмонії вбивають приблизно кожного четвертого пацієнта, що потребує штучної вентиляції легень після інсульту або інфаркту. А чи не можна запобігти цим смертям введенням правильного пептиду, що блокує вірулентність? «У принципі, це чудова ідея», – каже Новик. Однак без відповіді залишається ще багато запитань, починаючи з того, як швидко ці хімікати мають вводитись, щоб бути ефективними. Новик зі своєю командою наразі якраз і працюють над розв’язанням деяких із цих проблем.

Тим часом у трьохстах кілометрах на північ подібний набір трюків із угамування мікробів розшукує також Майкл Ґілмор із Медичної школи Гарварду. Проблемою, що стоїть перед ним, є ванкоміцин-резистентний Enterococcus faecalis (ВРЕ). Багато штамів цього внутрішньолікарняного супермікроба виробляють токсини під назвою цитолізини, що знищують інші типи клітин, зокрема клітини крові людини та навіть інші види кишкових бактерій. Такий руйнівний стиль життя у поєднанні з надзвичайною стійкістю