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

є однією з понад десятка молекулярних біологів, які співпрацюють із фармацевтичними компаніями з метою втілити нове розуміння відчуття кворуму в препарати для руйнування біоплівок. Однак вона залишається доволі обережною в міркуваннях щодо правильності наповнення організму такими хімікатами. Зрештою, не всі біоплівки погані. Свідчення цього – захисні біоплівкові спільноти, що формуються лактобацилами в піхві та величезним різноманіттям бактерій у наших кишках. В обох випадках їх руйнування явно підвищує схильність до хвороб. Нещодавно Басслер та одна з її колишніх аспірантів Карина Ксав’є знайшли докази, що деякі кишкові бактерії можуть захищати від патогенів, таких як Vibrio cholerae, шляхом маніпуляції рівнями певних сигнальних речовин відчуття кворуму з метою «заплутати» ворога. З цих та інших, поки невідомих причин застосування препарату, що порушує відчуття кворуму по всьому організму, може мати катастрофічні наслідки.

Проте, як і з традиційними антибіотиками, зберігається можливість націлити руйнівників біоплівки на мінімізацію небажаних побічних ефектів. Наприклад, хірурги-ортопеди повідомляють, що за більшість інфекцій суглобових імплантів відповідають несуть два види стафілококу: Staphylococcus aureus та Staphylococcus epidermidis. Ці два види використовують спільну сигнальну речовину відчуття кворуму для ініціації формування біоплівки своїми представниками. Дослідники виявили, що можуть блокувати цю речовину невеликим білком під назвою РНКIIIінгібіторний пептид (РІП). Відкриття цього білка дає нову надію на «очищення» багатьох імплантів, що з часом вкриваються стафілококовими біоплівками.

Що ж до багатьох інших видів бактерій, які інфікують відновлені стегна й коліна, найамбітнішим із запропонованих рішень є створення самодіагностичного, самолікувального та самомоніторингового штучного суглобу. Цей футуристичний пристрій є породженням розуму інженера-біоніка та мікробіолога Ґарта Ерліха з Медичного коледжу Дрексельського університету у Філадельфії. Зводячи разом хірургів, мікробіологів та інженерів-біомеханіків, Ерліх організовує розробку того, що він називає «розумним» імплантом, насиченим водночас антибіотиками та руйнівними для біоплівки препаратами, які застосовуватимуться ретельно вивіреними в часі порціями. Координувати ці часові проміжки мають біодатчики, здатні виявляти сигнали про відчуття кворуму, якими мікроби обмінюються, коли «обдумують» життя своєї спільноти. Як скоро ця складна біоніка перетвориться з мрії на реальність, здебільшого залежатиме від успіхів у нашому розумінні таких «добіоплівкових» сигналів.

Тим часом деякі біоінженери продовжують шукати потенційно простіше рішення: метафоричний «тефлоновий» імплант. Справжній тефлон, на жаль, виявився надзвичайно сприятливим для утворення біоплівок. Теоретично, поверхня ідеального імпланта має бути надто слизькою або якимось іншим чином фізично незручною для затримки мікробів. Із багатьох матеріалів, що наразі розробляються, одним із найбільш перспективних є хітозан – хімічна сполука, що походить від хітину, жорсткого компоненту панцирів ракоподібних. Філіп Стюарт із Центру біоплівкової інженерії Університету штату Монтана порівнює розроблене його командою хітозанове покриття імплантів з «ліжком із гвіздків». Бактерії, що підходять до нього занадто близько, закінчують «дірками та протіканням», каже він. «Це може не вбити їх одразу, але точно відіб’є їм охоту захоплювати якийсь плацдарм». Аналогічно дослідники біоматеріалів із Цюрихського та Техаського університетів працюють разом над покриттям імплантів із поліетиленгліколю. Колись учені вважали, що ця речовина робить поверхню надто слизькою, щоб бактерії могли за неї зачепитись. Цюрихсько-техаська команда показала, що та фізично відлякує мікробів за допомогою мікроскопічних колючо-щетинистих волокон. «Для них це як намагатись пролізти крізь живу огорожу», – каже Джеффрі Губбелл із Цюриха.

Від сепсису до хронічного запалення

Смертельний сепсис є найнебезпечнішою відповіддю імунної системи на вперте існування бактерій у тілі, чи в живій тканині, чи прикріплених до якихось штучних елементів. Але це не єдиний шлях, яким відповідь імунної системи на живучість мікробів може піти не в тому напрямку. Якщо відповіддю є хронічне низькорівневе запалення, то результатом може бути один із широкого спектра частих і виснажливих розладів. Найпоширенішим із них є, мабуть, атеросклероз (затвердіння артерій). Дослідження вказують на те, що закупорення артерій виникає через запальну реакцію на бактерії, приховані у вистилці кровоносних судин. Довгий час залишається загадкою, чому імунна система однієї людини терпить їхню присутність, а в іншої відповідає нескінченним запаленням. Те саме можна сказати про Helicobacter pylori, колись усюдисущий шлунковий мікроб, що викликає виразки шлунка в невеликої кількості інфікованих, та Chlamydia trachomatis, збудника венеричного захворювання, що у своїй неактивній формі іноді запускає в дію запальний артрит.

Одним із підходів до цих так званих інфекцій-невидимок є намагання знищити їх антибіотиками; другим – виправлення людського боку проблеми. Другий підхід представлений протизапальними стероїдами. На жаль, вони можуть приносити з собою серйозний побічний ефект у вигляді пригнічення імунітету. Дехто сьогодні пов’язує свої сподівання з наступним поколінням безпечніших протизапальних препаратів, що використовуються в експериментальному лікуванні й також дають надії щодо боротьби з сепсисом.

«Оскільки тяжкий сепсис та септичний шок прогресують так швидко і відбувається так багато речей, які ми не до кінця розуміємо, – каже Трейсі, – я щиро вірю, що наші перші успіхи можуть прийти із запальними захворюваннями, які дадуть нам більше часу для втручання». З цією метою компанія MedImmune зацікавилась використанням антиамфотеринових антитіл Трейсі в лікуванні пацієнтів з ревматоїдним артритом. Трейсі також бере участь у розробленні електростимулятора блукаючого нерва, здатного полегшити розмаїття запальних розладів. За його словами, люди, можливо, навіть зуміють досягти такого самого прогресу з біологічним зворотним зв’язком. Ця ідея вже має прецеденти. «Люди вже можуть навчитися знижувати своє серцебиття, збільшуючи активність блукаючого нерва, – зазначає він. – Цілком може бути, що вони зуміють навчитись пом’якшувати симптоми артриту, запальних кишкових хвороб та інших розладів».

Дослідження на більш скромному рівні показує, що просте збільшення в раціоні харчування корисних жирів – особливо риб’ячого та оливкової олії – полегшує симптоми багатьох хронічних запальних розладів і допомагає запобігти запальному ушкодженню, що спостерігається при атеросклерозі. 2005 року дослідники з Маастрихтського університету в Нідерландах показали, чому це відбувається: споживання корисних жирів приводить до виділення нейрохімічного холецистокініну, що, у свою чергу, стимулює блукаючий нерв. Ці відкриття, схоже, рекомендують «середземноморську» дієту для тих, хто страждає від запальних розладів.

Одна підгрупа імунозаспокійливих засобів лікування заслуговує на окрему категорію. Адже, якщо бактерії, що опинились не в тому місці, здатні спричиняти руйнівне запалення, те саме може справджуватись і для відносної нестачі бактерій у потрібному місці, тобто в їжі, воді та повсякденному житті. Це зрештою є основним моментом так званої гігієнічної гіпотези і пояснює другу широко визнану користь пробіотичних харчових добавок: окрім конкуренції з хвороботворними мікробами та їх блокування, пробіотики, схоже, полегшують декілька видів запальних розладів.

До цих запальних кишкових розладів належать, зокрема, хвороба Крона та виразковий коліт. Хоча зрозумілі вони лише частково, ці розлади, схоже, є наслідком «протікання» вистилки кишкового тракту, що дозволяє бактеріям просочуватись у тканини, які лежать нижче, і викликати запалення. Це запалення посилює просочування, запускаючи коло погіршення болісного ушкодження, що може стати смертельним, якщо виразки спричинять прорив стінки кишечника. Що саме починає це коло просочування, залишається невідомим. Однак запалення, яке виникає в результаті, може поширюватись на інші частини тіла, такі як суглоби. Це, схоже, відбувається, коли антитіла, вироблені для боротьби з просочуванням кишкових бактерій, перехресно реагують на здорові клітини суглобової тканини, помилково відносячи їх також до мішеней для знищення.

Показано, що дуже багато різних пробіотиків забезпечують помірне полегшення у випадках як запальних хвороб