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

«На той час науковці всього світу вивчали, як саме люди заражаються Streptococcus mutans, – згадує Гіллман, – і чи можна замінити цей штам у чиємусь роті якимось іншим». Дослідження показували, наприклад, що більшість із нас успадковують Streptococcus mutans від наших матерів і що деякі штами виробляють значно більше каріозної кислоти, ніж інші. Крім того, варто поселитися в роті одному штаму Streptococcus mutans, як його виявляється надзвичайно важко посунути, щоб звільнити місце для іншого. «Ми випробовували ледь не всі божевільні речі, які тільки можливі», – каже Гіллман про тактику, яку він з колегами використовував, щоб прибрати Streptococcus mutans з рота добровольців, перш ніж прищепити їх експериментальними штамами. «Певний час ми фарбували їм зуби йодом. Потім спробували спорядити їхні зуби спеціальними ємностями з антибіотиками». Але хоч як Гіллман із колегами проганяли природний Streptococcus mutans людини або швидко перезаселяли зуби своєю безкислотною версією, такий перехід ніколи не зберігався довше ніж місяць-два. «Повільно, але впевнено природний штам людини завжди повертався», – каже Гіллман.

До 1982 року в Гіллмана з’явилося відчуття, що він уже вичерпав усі можливі хитрощі. Отоді його й осяяла ідея пошукати бактерію, здатну зробити брудну роботу за нього. Знайшовши такий суперагресивний штам, міркував він, з нього можна буде прибрати ген, що зумовлює вироблення кислоти. Разом із двома співробітниками своєї лабораторії Гіллман витратив рік, збираючи зразки слини студентів та викладачів Інституту Форсайта, й отримав у результаті сотні дещо різних підвидів Streptococcus mutans. Учені перевірили кожен мікроб на його здатність убивати інші штами, вирощуючи їх «пліч-пліч» у чашках Петрі. Вони зрозуміли, що знайшли свого досконалого кандидата, коли побачили одну дрібнесеньку колонію, яка розчистила навколо себе просто ідеальне коло на полі іншого Streptococcus mutans. Аналіз показав, що цей штам виробляє велику кількість нової речовини бактеріоцину (природного антибіотика).

1985 року Гіллман та двоє його співробітників стали першими «піддослідними кроликами», наносячи цей суперштам ватними паличками на власні зуби. Той одразу ж став постійним мешканцем ротової порожнини всіх трьох, виганяючи в процесі їхні власні Streptococcus mutans. Кілька досліджень на щурах підтвердили результати: одразу після введення цей мікроб послідовно виштовхує природні Streptococcus mutans тварин. Однак план Гіллмана просто вибити здатність мікроба виробляти кислоту наштовхнувся на перепону, коли ця мутація виявилася смертельною. Деякі штами Streptococcus mutans – і цей також – використовують молочну кислоту як спосіб утилізувати відходи обміну речовин, що інакше накопичувалися б до токсичних рівнів.

Гіллман розв’язав проблему, додавши зайву копію гена виробництва спирту, бо це дозволяло мікробу переспрямувати його відходи обміну речовин. «Штам, який ми отримали в результаті, майже нічим не відрізнявся від оригінального, за винятком двох генетичних модифікацій, які ми могли назвати літера за літерою», – каже Гіллман. Дослідження на щурах показало, що новітній Streptococcus mutans зберігав зуби практично безкарієсними під час дієти з високим умістом цукру, що за нормальних умов їх би зруйнувала. З огляду на потенційні міркування безпеки, Гіллман продемонстрував, що оригінальний штам, який мешкає в роті його самого та його партнерів, не поширювався на жодного їхнього родича понад десятиліття.

1998 року Гіллман зібрав результати своїх досліджень і звернувся до Управління з контролю за якістю харчових продуктів та медикаментів по дозвіл на випробування генномодифікованого Streptococcus mutans у добровольців. «На щастя, я й гадки не мав, що на мене очікує», – каже він. По-перше, регулятори Управління попросили Гіллмана скалічити його мікроб, щоб гарантувати можливість його прибрати, якщо він раптом почне викликати проблеми. «Коли ми спитали їх, якого роду проблеми, вони нічого не змогли до пуття назвати, – згадує він. – Думаю, ми тоді створювали прецедент для оцінки генетично змінених організмів».

Гіллман вибив ще гени, цього разу роблячи свого мікроба нездатним вижити без постачання двічі на день амінокислоти, яку рідко можна знайти в їжі. Для підтримки життя бактерії учасники дослідження мали регулярно користуватись ополіскувачем для рота з умістом цієї поживної речовини. «Плекаю надію, що, коли ми доведемо його безпеку, вони дозволять нам використовувати повністю функціональний організм», – каже він.

Упевнений, що задовольнив усі можливі міркування безпеки, у березні 2004 року Гіллман знов зустрівся зі своїми кураторами з Управління, організувавши перед тим біотехнологічну компанію Oragenics для фінансування необхідних клінічних випробувань. На свій подив, він дізнався, що його Streptococcus mutans віднесено до тієї самої категорії, що й потенційну біозброю. Спостережний комітет висунув такі вимоги: Гіллман може почати з невеликого випробування безпеки на десятьох людях, але вони всі мають бути беззубими, тобто носити повні зубні протези, які можна буде занурити в спеціальний розчин для знищення цього мікроорганізму після тижневого тестування. А коли вже почався набір добровільних учасників дослідження, Управління з контролю за якістю харчових продуктів та медикаментів додало ще кілька правил: ці добровольці не можуть мати в себе вдома дітей, їхні чоловіки чи дружини мають також носити повні зубні протези, подружжя повинне мати міцне здоров’я й бути не старшим за п’ятдесять п’ять років. «Ми просіяли понад тисячу потенційних добровольців і знайшли лише двох, що відповідали всім вимогам», – каже Гіллман. Нарешті, 2006 року це міні-дослідження на двох людях відбулося без жодних проблем і побічних ефектів, зате з повним знищенням мікроорганізму по закінченні семи днів.

За даними на середину 2007-го, Гіллман ще очікував дозволу на дослідження за участі людей, які мають власні зуби. А тим часом, поки Управління з контролю за якістю харчових продуктів та медикаментів вставляє палиці в колеса першого дослідника, що береться створити «дизайнерську мікрофлору» для використання в людей, наукові журнали повняться першими експериментами тих, хто прагне зайти ще далі. Змішуючи та поєднуючи гени різних організмів, мікробіологи всього світу сьогодні створюють трансгенних лабораторних мікробів із потенціалом до значно більшого, аніж просто витіснення їхніх проблемних колег у людському організмі. Одна європейська група вже провела перевірку безпеки їхньої трансгенної бактерії на десятьох пацієнтах, помістивши їх у лікарняний ізолятор, де з метою запобігти її випадковому витоку підтримувався тиск, нижчий за атмосферний.

Трансгенні пробіотики

Сорокатрирічний голландський фермер уже був пакував сумку, щоб залишити лікарню, коли його перехопили медсестри. «Після трьох днів він почувався настільки краще, що збирався додому, – згадує Майкел Пеппеленбош, бельгійський молекулярний біолог, який працює в Університетському медичному центрі Гронінгена в Нідерландах. – Довелося пояснити йому, що він поки не може просто піти, хоч як чудово почувається». Адже трьома днями раніше, весняного ранку 2003 року, цей фермер середнього віку проковтнув свою першу з двох щоденних порцій із десяти дрібних капсул, кожна з яких містила приблизно 10 мільярдів клітин використовуваної у виробництві сиру бактерії Lactococcus lactis. Цим непримітним актом голландець вписав своє ім’я в підручники історії, ставши першою людиною у світі, організм якої був умисно заселений трансгенними бактеріями. Живі мікроби, яких він проковтнув, несли в собі та активно проявляли людський ген імунозаспокійливого цитокіну інтерлейкін-10.

Дослідники давно знали, що в лабораторних тварин, нездатних виробляти інтерлейкін-10, розвиваються тяжкі форми запальних кишкових розладів, аналогічні хворобі Крона, що