Что будет, если бороться с бактериями с помощью других бактерий?

«Микробы поселяются в хозяине, чтобы получить преимущества от обмена, — писал нобелевский лауреат Джошуа Ледерберг. — "Цель" микроба в действительности — совместное существование с хозяином. В некоторых случаях иммунная система хозяина управляется одним микробом, повышающим сопротивляемость хозяина к суперинфекции от конкурирующих, вторгающихся микробов. Мы должны, таким образом, исследовать, как можно использовать эту синергию, и рассматривать микробов как оружие в борьбе с болезнями, а не как смертных врагов, которых нужно уничтожить. Ведь как гласит старинная мудрость: если вы не можете их побороть, присоединитесь к ним!»

Революция началась в 1917 году, но уже в 1941-м по ней был нанесен мощнейший удар. Нет, мы говорим не про СССР и Вторую мировую. Речь о союзе более крепком и истории гораздо более долгой — союзе человеческого организма и бактериофагов (пожирателей бактерий), а также старом как мир противостоянии живых организмов с возбудителями опасных болезней. Сто лет назад мир сотрясали эпидемии: дизентерия, холера, чума, тиф. При первой возможности в очаг заражения отправлялся доктор Феликс Д’Эрелль. Его интересовали два вопроса: почему при вспышке любой смертельно опасной болезни находились те, кто выживал без дополнительного лечения, и почему эпидемии внезапно заканчивались. Врач брал у выживших анализы и в лабораторных условиях проверял, как реагируют биологические жидкости этих людей на возбудителей болезни. Так были открыты вирусы, поражающие бактерии. Обладавшие ими люди становились неуязвимы к смертельным болезням, потому что до того, как бактерии успевали разрушить их тела, бактериофаги уничтожали эти бактерии. Более того, эти защищающие нас вирусы начинали распространяться от человека к человеку и в итоге защищали популяцию.

Именно поэтому микробиом (уникальный набор микроорганизмов каждого человека) сегодня называют вторым иммунитетом. Подобно фейсконтролю в ночном клубе, микроорганизмы уже на входе встречают чужаков и не дают потенциально опасным попасть внутрь.

В 1920-е годы бактериофаги активно изучались и применялись (в одном только СССР в неделю выпускалось более сотни тонн препаратов на их основе), но вскоре медицина сделала резкий поворот. Впервые примененный в 1941 году пенициллин произвел эффект разорвавшейся бомбы, и мир изменился навсегда. По своему действию антибиотики действительно больше похожи на ядерные бомбы, известные людям с тех же 40-х годов. Уничтожая живое на бактериальном уровне, они дают быстрый наглядный эффект окончательного решения проблемы с болезнью, однако еще сам «отец пенициллина» Александр Флеминг, получая Нобелевскую премию за свое открытие, предупреждал, что бездумное использование антибиотиков породит устойчивость бактерий к этим препаратам, с которой человечество может не справиться.

Всякий прием антибиотиков убивает уязвимые бактерии, но в каждом организме есть и такие, которым эти воздействия не страшны. На фоне уничтожения слабых бактерий число устойчивых увеличивается. По данным ВОЗ, сегодня во многих странах уже половина бактерий невосприимчива к пенициллину, и все шире список тех, которые не боятся ни одного из существующих антибиотиков. «Микробы могут эволюционировать и делают это быстрее, чем их хозяева, — писал Ледерберг. — Микробы хорошо приспособлены к тому, чтобы использовать эту разницу во время борьбы, которая периодически возникает между ними и другими биологическими видами. Ученые многое делают для победы человека в этом противостоянии. Однако весьма незначительное внимание уделяется внутренним механизмам микробов».

Если ситуация продолжит развиваться по сегодняшнему сценарию, за следующие 30 лет супербактерии, которые выработали резистентность к антибиотикам, станут причиной смерти 30 миллионов землян.

«В ДНК человека примерно 22–23 тысячи генов, а суммарный геном бактерии по некоторым оценкам — от 5 до 10 миллионов, — говорит генеральный директор занимающегося бактериофагами научно-производственного центра "Микромир" Александр Зурабов. — Их ресурс адаптации намного выше и по скорости, и по разнообразию, чем наш собственный. Человеку нужно не противостоять им, а использовать их возможности для себя, как изначально и заложено природой. Считается, что не менее 30% необходимых веществ человек самостоятельно синтезировать не может — их нам дают бактерии (к таким, например, относится витамин В12). Причем организм человека — это очень умная система. Если кто-то может сделать какую-то работу лучше, чем он сам, он охотно отдаст ее на "аутсорс". За время эволюции бактерии взяли на себя множество таких "подрядов", и, начав их истреблять, мы серьезно ослабили свою защиту, свой же микробиом — это одна из фундаментальных проблем современного человечества».

Сегодня примерно 70% антибиотиков в мире выписывается без показаний либо по ошибке. Особенно усердствуют в этом британцы, американцы и австралийцы, для которых нормальная практика — прием подобных препаратов даже при вирусных инфекциях, против которых они вообще бессильны. В свою очередь, самую осторожную позицию занимают скандинавы, всерьез озаботившиеся спасением микробиома своих жителей на самых разных уровнях. «Во многих городах Швеции лишь 2% детей появляются на свет с помощью кесарева сечения (для сравнения, в Южной Америке этот показатель достигает 50%), — рассказывает Зурабов. — Если ребенок не проходит через родовые пути, он не собирает микробиом, который является для него самым естественным в первые минуты жизни. Природой заложено, что не от врача и воздуха в больничной палате, а именно от самого близкого организма — матери — он должен получить своих первичных микробов. По этой же причине так важно и грудное вскармливание».

В конце 80-х годов появилась так называемая «гигиеническая гипотеза», согласно которой именно факт истощения микробиома людей стал причиной роста количества аутоиммунных заболеваний.

«В моем детстве аллергий почти не было, — рассуждает эксперт "Микромира", — а сейчас попробуйте найти ребенка без аллергии. 20 лет назад был один случай аутизма на пять тысяч детей, а сейчас — один на восемьдесят человек. Астма, атопический дерматит, болезнь Крона, диабет первого типа, который очень помолодел, — человек становится все более уязвим перед этими и другими болезнями, и ученые все чаще связывают это с тем, что мы испортили свои отношения с микробами, от которых по своей природе зависим очень сильно».

Стерильная вода, избыточная гигиена, «зачистки» с помощью антибиотиков — нам казалось, что мы избавляем себя от вредной заразы, но на самом деле мы убивали собственных защитников. «Сегодня нам нужно пересмотреть многие подходы — в том числе и в медицине. Применение тех или иных средств должно быть нацелено не только на человека, а на весь холобионт. То есть врачи должны думать: "А не повредим ли мы микробиом этого человека?" Сохранение микробиома должно стать важной частью терапевтических воздействий», — уверен Александр Зурабов.

98–99% известных на сегодняшний день науке бактерий — это бактерии, которым для жизни нужны определенные соседи, и когда внутри человека сформирована определенная колония, всё в ней взаимосвязано. Именно поэтому нередко после приема антибиотиков возникают проблемы — устойчивость этой экосистемы нарушается, и в нее легче проникнуть чужакам, среди которых могут быть и вредители. Опыты показывают, что обычные мыши, если им дать сальмонеллу, заражаются с вероятностью в 10%, но мыши после курса антибиотиков, получая аналогичную дозировку, заболевают почти в 100% случаев.

Жизнь внутри нас похожа на жизнь вокруг нас, и хрупкое равновесие, созданное природой, нарушить проще, чем воссоздать. «Красивой метафорой нашего холобионта может быть случай в Йеллоустонском заповеднике, где в 90-е годы прошлого века началась экологическая катастрофа — деградация не только животного и растительного миров, но вообще всего, даже русла рек стали пересыхать, — рассказывает Зурабов. — Тогда, оценив обстановку, биологи сделали неожиданное предложение — завести волков, которых там не было к тому момент лет семьдесят. И всего 14 волков нормализовали обстановку: олени, почуяв хищников, ушли с открытых мест, где объедали зелень, берега рек опять стали тенистыми, выросло число медведей, которым снова стало хватать ягод (до этого копытные не давали кустам вырасти) — вся экосистема ожила. Такими же "волками" в нашем организме являются бактериофаги — абсолютно необходимый для поддержания баланса элемент. Они не убивают всех до последнего, природа всегда тяготеет к балансу. На Земле только человек стремится к тому, чтобы своих врагов истреблять полностью».

В 1930-е годы первооткрыватель бактериофагов Феликс Д’Эрелль переезжает в СССР, где в Грузии вместе с Георгием Элиавой работает над созданием НИИ бактериофагов — самого передового в этом вопросе учреждения мира. Их наработки используются по сей день, и ученые могли добиться большего, но в 1937 году Элиаву репрессируют и расстреливают, а обладатель золотой медали за победу над холерой в Индии Д’Эрелль предпочитает покинуть пораженный чумой репрессий Союз.

Однако институт пережил и Сталина, и распад СССР, и — а это было сложнее всего — лихие 90-е. Тогда ученые отключенного от электричества НИИ вакцин и сывороток им. Г. Элиавы спасали бактериофаги в своих домашних холодильниках, чтобы те, в свою очередь, могли спасать жизни людей. Так, эмигрировавший в США в те годы Александр Сулаквелидзе смог с помощью бактериофагов остановить растущую смертность от ванкомицин-устойчивого энтерококка — проблемы, с которой не могли справиться ни американские врачи, ни традиционные средства.

Сегодня все чаще выходят научные работы, доказывающие, что само по себе наличие бактерий в организме не является признаком болезни, просто при определенных условиях некоторые из них могут начать чрезмерно размножаться, создавая проблемы. Так, выяснилось, что пародонтопатогены, разрушающие десны, питаются гормонами стресса: когда у человека их много, бактерии плодятся, чтобы их переработать, и начинаются проблемы с полостью рта. Но получается, что первопричина проблемы не в размножении бактерий, а в стрессе.

Бактериофаги очень специфичны и работают избирательно. Эти вирусы не могут навредить не только человеку, но и тем бактериям, к которым у них нет «ключей». Каждый раз фаг подбирается под конкретные бактериальные штаммы, чей генетический аппарат он может себе подчинить. Аппарат другой клетки он не трогает.

На поверхности бактериофага есть белки, которые распознают свою клетку, свою мишень, а дальше возможны два сценария. Первый вид бактериофагов — вирулентный: введя свою ДНК в бактериальную клетку, такие бактериофаги размножаются, и через 20–40 минут происходит сборка дочерних фаговых частиц за счет аппарата самой клетки, потому что у бактериофагов такого аппарата нет. После этого запускается механизм разрушения бактериальной стенки изнутри, чтобы «дочки» могли выйти и поразить соседние клетки. Второй вид бактериофагов — умеренный — действует иначе. Они вводят свою ДНК в клетку, но не спешат ее разрушить, а затихают. С этой клеткой они продолжают размножаться, передавая свой генетический материал, и только в определенный момент происходит так называемая индукция профага — он активируется и начинает убивать клетки. Как правило, это происходит, когда бактериальная колония начинает чрезмерно размножаться.

У бактериофагов две функции: они регулируют численность бактерий и изменяют их геном, добавляя жизни на Земле разнообразия — гетерогенности. Считается, что основной микробиом формируется у ребенка к трем годам, к этому времени в организме создается определенная сбалансированная колония. И старая формула, что каждый ребенок должен съесть свое ведро грязи, вполне имеет право на жизнь.

«Существует целый ряд работ, которые показывают, что когда формируется иммунитет малыша, у него есть определенные временные "окна", в течение которых та или иная функция становится, грубо говоря, на место, — рассказывает Александр Зурабов. — Если в этот момент микробов, которые справляются с этой функцией, нет, тогда иммунная система уже не распознает их как "свои", и когда они позже появляются, начинается аллергическая реакция на безвредные бактерии, которые, вообще-то, являются частью нас. Не так давно был проведен так называемый "Карельский эксперимент". Ученые изучали карелов, живущих в Финляндии и по другую сторону границы — в России. Первые представители этой этнической группы пользуются всеми благам цивилизации, вторые живут, как и много лет назад, по традиционному укладу: пьют воду из реки, разводят животных и, с точки зрения санитарии, крайне далеки от идеальных представлений современного мира. Оказалось, что разнообразие микробиома у российских карелов в десятки раз больше, чем у финских, и во столько же раз ниже уровень аутоиммунных состояний. Эта работа показала, насколько сильно мы эволюционно нуждаемся в том микроокружении, которое сформировалось за эти тысячелетия жизни на Земле. Из 53 бактериальных групп в симбиозе с человеком живет примерно семь, и это тоже не случайно — они научились договариваться с нашим организмом, чтобы работать на взаимную пользу, и эволюционно закреплены».

Планета жила без людей четыре миллиарда лет и готова существовать без нас еще столько же. Только в наших силах сохранить равновесие на Земле, но, похоже, для этого нам просто необходимо научиться находить общий язык со своими ближайшими соседями — вирусами и бактериями.