Джессика Сакс - Микробы хорошие и плохие. Наше здоровье и выживание в мире бактерий.
Несколько более утешительными были результаты другого исследования, проведенного примерно в то же время в Израиле: микробиолог Давид Сомполинский установил, что хотя курс антибиотиков и вызывал резкий всплеск устойчивости у кишечной микрофлоры пациента, в течение следующих месяцев уровень устойчивости постепенно снижался. А именно после двухнедельного курса тетрациклина и левомицетина более 80 % кишечных бактерий у испытуемых выработали устойчивость к этим антибиотикам, но два месяца спустя доля таких бактерий упала до 10 % — у всех, кроме госпитализированных пациентов, у которых уровень устойчивости микрофлоры по малопонятным причинам оставался высоким даже после окончания курса антибиотиков.
Открытия Сомполинского подкрепили распространенное представление о том, что устойчивых к антибиотикам бактерий неизбежно ослабляет их дополнительный багаж из обеспечивающих устойчивость плазмид. Согласно этой концепции, стоит убрать давление отбора, создаваемое антибиотиками, и устойчивые микробы вскоре уступят место своей восприимчивой к антибиотикам родне. Этих соображений оказалось достаточно, чтобы убедить врачей, работавших в шестидесятые и семидесятые годы, что восприимчивость к антибиотикам всегда можно восстановить, давая пациенту “отдых от лекарств” или просто переводя его на какой-то другой препарат.
Одним из немногих, кого подобные рассуждения не могли успокоить, был молодой врач Стюарт Ливи, недавно окончивший Школу медицины Пенсильванского университета. Он относился к горстке тех практикующих врачей, кто догадывался о последствиях перемешивания генов, на что в то время начали проливать свет специалисты по бактериальной генетике, такие как Ватанабэ, вместе с которым Ливи учился в течение одного семестра в медицинской школе в Токио. В 1977 году, устроившись к тому времени на работу в Университет Тафтса, он начал первое широкомасштабное исследование с целью оценить уровень устойчивости кишечных бактерий на материале нескольких сотен разнообразных испытуемых, среди которых были госпитализированные пациенты и студенты, а также целые семьи из городской и сельской местности нескольких штатов. Результаты этого исследования потрясли даже самого Ливи. Устойчивые к антибиотикам микроорганизмы составляли 50 % или более кишечных бактерий у трети с лишним здоровых испытуемых, из которых никто не принимал антибиотиков уже больше шести месяцев. Ливи рассчитал, что из организма среднего американца ежедневно выходит с экскрементами от 10 миллионов до миллиарда устойчивых к антибиотикам кишечных палочек.
“Не могу забыть, в какое разочарование меня повергали конференции по медицинской микробиологии, — вспоминает Ливи три десятка лет спустя. — Люди, перед которыми я выступал, говорили: “Эти факторы устойчивости, может быть, и интересны генетикам, но они не составляют никакой клинической проблемы”. Меня это просто поражало, потому что я понимал, что это лишь надводная часть айсберга”.
Для тех же, кто прислушался к выводам Ливи, его данные стали опровержением идеи о том, что гены устойчивости уничтожаются отбором вскоре после того, как пациент перестает принимать антибиотики. Другие исследователи подтвердили этот тревожный новый вывод. В начале девяностых годов Абигайль Сэльерс из Иллинойсского университета в Урбане и Шампейне начала отслеживать ход распространения целого ряда генов устойчивости, которые ей далось выявить у множества штаммов и видов микроорганизмов из рода Bacteroides — одной из самых массовых групп кишечных бактерий. Сэльерс стремилась выяснить, откуда берутся эти гены и что способствует их распространению. Чтобы ответить на поставленные вопросы, она освоила методы микроархеологии и стала использовать ДНК-зонды для поиска генов устойчивости в замороженных образцах стула, взятых с конца шестидесятых по начало девяностых годов как у здоровых испытуемых, так и у госпитализированных пациентов.
Ей удалось установить, что до семидесятых годов ген устойчивости к тетрациклину tetQ встречался менее чем у четверти представителей рода Bacteroides из исследованных образцов. При этом в образцах, полученных в девяностые годы, уже более 85 % представителей этого рода содержали данный ген независимо от того, был ли образец взят у госпитализированного пациента или у человека, не принимавшего никаких антибиотиков уже не один год. Сходным образом многие штаммы Bacteroides подхватили за прошедшие три десятка лет и три других гена (iermB, ermFи ermG), обеспечивающих устойчивость к более новому антибиотику — эритромицину. Доля таких штаммов возросла с менее 2 % в 1970 году до более 20 % в середине девяностых. Результаты, которые получила Абигайль Сэльерс, явственно свидетельствовали о том, что встречаемость устойчивых к антибиотикам бактерий в нашем организме неуклонно возрастала с каждым десятилетием.
Учитывая, что представители рода Bacteroides составляют не менее четверти кишечной микрофлоры человека, Абигайль Сэльерс понимала, какую угрозу таит постепенное возрастание их устойчивости к двум антибиотикам из числа наиболее часто прописываемых врачами по всему миру. “Эти бактерии сразу станут опасны, стоит им попасть в брюшную полость в результате какой-либо травмы, — говорит она. — Но самая большая опасность состоит в том, что у большинства из нас в организме может содержаться более чем достаточно генов устойчивости, чтобы превратить инфекцию, которая прежде была излечимой, в неизлечимую”. По крайней мере теоретически, представители рода Bacteroides могут делиться своими генами с возбудителями опасных кишечных заболеваний, такими как заражающие пищевые продукты сальмонеллы, шигеллы и кампилобактеры, а также респираторных заболеваний, такими как золотистый стафилококк и пиогенный стрептококк, регулярно проходящие через кишечник, после того как мы проглатываем их вместе со слюной и слизистыми выделениями носовой полости.
Абигайль Сэльерс подсчитала, что такие бактерии, проходя через желудочно-кишечный тракт, проводят от двадцати четырех до сорока восьми часов в контакте с “местными” бактериями. “А этого более чем достаточно, чтобы подцепить что-нибудь интересное в таком клубе для обмена партнерами, как наша толстая кишка, — шутит она. — Иными словами, если использовать другое сравнение, мы превратили свой кишечник в бактериальный аналог сайта eBay. Вместо того чтобы вырабатывать устойчивость к антибиотикам трудным способом (посредством мутаций), можно просто заглянуть туда и приобрести ген, уже созданный какой-нибудь другой бактерией”. Абигайль Сэльерс установила, что время, за которое штамм бактерий из рода Bacteroides может вырезать у себя ген tetQ и передать его другому подобному штамму, составляет всего несколько часов. В последнее время ее исследовательская группа в Иллинойсском университете изучала, насколько широко представители рода Bacteroides способны распространять эти опасные гены и какие условия побуждают их это делать.
Можно сказать, что работать в ее лаборатории значит играть роль свахи, подбирающей порой очень странные пары. Стоя за лабораторным столом, аспирантка Кая Малановска снимает крышку с чашки Петри, чтобы взять оттуда с помощью бактериальной петли порядка полумиллиарда клеток кишечной палочки. Она переносит их в пробирку, содержащую такое же количество клеток Bacteroides фetaiotoomicron, плавающих в крошечной лужице бульона с добавлением антибиотика. Очистив пробирку от кислорода, Кая оставляет оба вида бактерий вместе на целую ночь в уютном тепле лабораторной “кишки” — термостата размером с комнату, в котором поддерживается такая же температура, как в кишечнике здорового человека (37 °C). Для научного руководителя аспирантки не секрет, какой результат она получит через пару дней. “Бактериальный аналог случайных связей позволит двум видам обменяться несколькими генами”, — объясняет Абигайль Сэльерс. Β данном случае в связь вступают два вида, состоящие в очень отдаленном родстве друг с другом, как если бы корова спаривалась с пумой или даже со змеей.
Другое, потребовавшее еще больших усилий открытие ее лаборатории состояло в обнаружении генетических свидетельств того, что грамотрицательные бактерии из рода Bacteroides исходно подхватили некоторые из этих генов устойчивости с противоположной стороны царства бактерий — у таких грамположительных организмов, как образующий споры кишечный микроб Clostridium perfringens и палочковидная почвенная бактерия Bacillus sphaericus. Подобная передача генов — от жестких и тяжеловооруженных грамположительных клеток к Bacteroides thetaiotaomicron с их скользкой капсулой — долгое время считалась маловероятной, если вообще возможной. “Это как если бы броненосец спаривался с кальмаром”, — говорит Абигайль Сэльерс. Или, если точнее отразить степень эволюционного родства, как если бы броненосец скрещивался с секвойей.
