Джессика Сакс - Микробы хорошие и плохие. Наше здоровье и выживание в мире бактерий.
К 1982 году Хиллману начало казаться, что все возможные ухищрения уже исчерпаны. Тогда-то ему и пришла в голову идея найти бактерию, которую он сможет использовать в качестве киллера. Если получится найти такой супер- агрессивный штамм, рассуждал он, то можно будет удалить из него ген, позволяющий ему производить кислоту. Хиллман и два других сотрудника его лаборатории целый год собирали образцы слюны у студентов и сотрудников своего института и получили коллекцию из сотен немного разных подвидов 5. mutans. Они проверили каждого из этих микробов на способность изничтожать представителей других штаммов, выращивая их бок о бок в чашках Петри. Когда они увидели, как одна точечная колония расчистила себе безупречный круг на поле, занятом другим штаммом, им стало ясно, что перед ними превосходный кандидат на нужную роль. Анализы показали: этот штамм в большом количестве выделяет неизвестный ранее бактериоцин (природный антибиотик).
В 1985 году Хиллман и двое его коллег сами выступили в роли первых подопытных кроликов, ватными палочками нанеся себе на зубы этот суперштамм. У всех троих он сразу же и навсегда поселился во рту, попутно изгнав оттуда их собственные штаммы S. mutans. Полдюжины исследований, проведенных на крысах, подтвердили предварительный результат: стоило нанести на зубы крысы данный штамм, как он неизменно вытеснял собственный штамм S. mutans данного животного. Но план Хиллмана просто лишить штамм способности производить кислоту натолкнулся на неожиданное препятствие, когда требуемая для этого мутация оказалась летальной. Дело в том, что некоторые штаммы S. mutans, в том числе и обсуждаемый, используют молочную кислоту для выведения из клетки продуктов обмена веществ, которые в противном случае накапливаются, достигая токсичных концентраций.
Хиллману удалось решить проблему, добавив бактерии лишний экземпляр гена производства спирта, что позволило направить выведение продуктов обмена веществ по другому пути. “Штамм, который мы получили в итоге, ничем не отличался от исходного, кроме двух генетических модификаций, известных нам с точностью до буквы”, — говорит Хиллман. Опыты на крысах показали, что с новой разновидностью S. mutans их зубы оставались почти в безупречном состоянии при кормлении пищей с повышенным содержанием сахара, от которой обычно у крыс развивался кариес. C точки зрения безопасности потенциального лекарственного препарата большое значение имело то, что, как показал Хиллман, исходный штамм, поселившийся во рту у него и его коллег, за десять с лишним лет не передался никому из членов их семей.
В 1998 году Хиллман собрал результаты всех этих исследований и обратился в Управление пищевых продуктов и медикаментов за разрешением проверить свой генетически модифицированный штамм S. mutans на добровольных участниках испытаний. “Тогда я, к счастью, еще не знал, что меня ждет”, — говорит он. Для начала сотрудники управления потребовали от Хиллмана как-нибудь покалечить этого микроба, чтобы его было легко уничтожить, если окажется, что он вызывает какие-то неприятности. “Когда я спросил их, какого рода неприятности, они сказали, что понятия не имеют, — вспоминает он. — Должно быть, мы создавали прецедент для оценки безопасности генетически модифицированных организмов”.
Хиллман отключил у бактерии еще некоторые гены, на этот раз сделав ее не способной жить без двухразового питания определенной аминокислотой, которая редко встречается в человеческой пище. Чтобы бактерия оставалась живой, испытуемым нужно было ежедневно пользоваться ополаскивателем для рта, содержащим это вещество. “Надеюсь, что когда мы продемонстрируем ее безопасность, нам разрешат использовать бактерию в виде полноценного организма”, — говорит Хиллман.
Уверенный, что на этот раз ему удалось соблюсти все необходимые меры предосторожности, в марте 2004 года Хиллман вновь обратился к экспертам из Управления пищевых продуктов и медикаментов, организовав к тому времени биотехнологическую компанию Orogenies для финансирования требуемых клинических испытаний. К своему удивлению, он узнал, что все без разбора штаммы S. mutans, с которыми он работал, отнесли к разряду потенциального биологического оружия. На этот раз экспертная комиссия выдвинула следующие требования: Хиллман мог начать с небольшой проверки на предмет безопасности с участием десяти испытуемых, но все они должны быть совершенно беззубыми, то есть носить полные вставные челюсти, которые, вместе с искусственными зубами, можно окунуть в раствор для дезинфекции, чтобы полностью удалить с них бактерию после недельных испытаний. Пока шел набор участников этого эксперимента, комиссия выдвинула еще несколько требований: у испытуемых дома не должны жить дети, их супруги тоже должны быть совершенно беззубыми и как они, так и их супруги должны быть людьми крепкого здоровья и не старше пятидесяти пяти лет. “Мы проверили больше тысячи потенциальных участников и нашли только двоих, соответствовавших всем этим требованиям”, — говорит Хиллман. Мини-эксперимент, проведенный на двух испытуемых в 2006 году, прошел без сучка без задоринки, не выявив никаких побочных эффектов, и после семи дней исследования все бактерии были успешно удалены.
Сейчас, в середине 2007 года, Хиллман по-прежнему ожидает одобрения на проведение своих исследований на людях, имеющих собственные зубы. Но в то время, как Управление пищевых продуктов и медикаментов всячески тормозит работу первого исследователя, создавшего “искусственную микрофлору”, которую можно использовать в медицине, в научных журналах появляется все больше публикаций результатов, полученных теми, кто рвется сделать следующий шаг. Смешивая гены разных организмов подбирая их комбинации, микробиологи в лабораториях по всему миру создают трансгенных микробов, которые могут оказаться способны на куда большее, чем вытеснять своих вредоносных собратьев из человеческого организма, ^дна европейская исследовательская группа уже проверила свою трансгенную бактерию на предмет безопасности в эксперименте с десятью пациентами, помещенными на все время эксперимента в больничный изолятор с пониженным давлением, чтобы эта бактерия не могла случайно попасть в окружающую среду.
Трансгенные пробиотики
Сорокатрехлетний голландский фермер уже собирал вещи, чтобы идти домой, когда его остановили медсестры. “За три дня ему стало настолько лучше, что он был готов уйти из больницы, — вспоминает Майкел Пеппеленбос, специалист по молекулярной биологии из Бельгии, работающий в Университетском медицинском центре Гронингена в Нидерландах. — Нам пришлось объяснять ему, что этого ни в коем случае нельзя делать, как бы замечательно он себя ни чувствовал”. Тремя днями раньше, весенним утром 2003 года, фермер принял первую горсть небольших капсул, которые ему предписали принимать по десять штук дважды в день и в каждой из которых содержалось около 10 миллиардов клеток используемой в сыроделии бактерии лактококка (Lactococcus lactis). Этот скромный поступок вписал голландца в историю как первого человека, преднамеренно заселенного трансгенными бактериями. В живых микробов, которых он проглотил, был внедрен и работал в их клетках человеческий ген успокаивающего иммунную систему цитокина — интерлейкина-10”.
Исследователи давно знали, что у лабораторных животных, не способных производить интерлейкин-10, развиваются тяжелые заболевания кишечника, подобные болезни Крона, от которой этот голландский фермер страдал уже больше двадцати лет. Иммунная система мыши с дефицитом интерлейкина-10, как и человека с болезнью Крона, утрачивает толерантность к нормальной микрофлоре пищеварительного тракта. Это приводит к мучительным и иногда смертельно опасным воспалениям и язвам кишечника. Но попытки использовать интерлейкин-10 в качестве лекарства наталкиваются на огромные проблемы. Сложно доставить достаточное количество этого успокаивающего иммунную систему вещества в кишечник, где оно необходимо, и еще сложнее не пустить его в другие части организма, где его избыток может вызвать опасное подавление работы иммунной системы.
В 1999 году бельгийский специалист по молекулярной биологии Лотар Стейдлер придумал новое решение. Он взял человеческий ген, отвечающий за производство интерлейкина-10, и внедрил его в хромосому L. lactis — бактерии, которую можно разводить в культурах и которая задерживается в пищеварительном тракте от двенадцати до двадцати четырех часов, прежде чем выйти наружу вместе со стулом. Этого времени вполне достаточно, чтобы принимаемая два раза в день пищевая добавка на основе бактерий доставляла успокаивающий цитокин к тканям кишечника, не создавая опасности подавления иммунной системы всего организма.
В тот же год Стейдлер успешно использовал полученный им трансгенный организм для лечения мышиного аналога болезни Крона. Но в то время он был лишь одним из многих молодых ученых, создававших лабораторные штаммы трансгенных бактерий в надежде на то, что этих микробов можно будет когда-нибудь использовать для доставления лекарств или вакцинирующих антигенов в организм человека. В интересах безопасности от всех этих исследователи требовалось с предельной строгостью держать своих диетически модифицированных “Франкенробов” в бионическом заключении, равно как и всех заселенных ими животных. Европейские органы здравоохранения, как и Управление пищевых продуктов и медикаментов, еще только начинали разбираться с возможными последствиями внедрения генетически модифицированных микроорганизмов людям. Бактерия, вырабатывающая такой мощный иммунодепрессант, как интерлейцин-10, представляла особую угрозу. Даже если сам трансгенный организм и оказался бы безвредным, возможная передача им новоприобретенного гена болезнетворным микробам могла бы привести к катастрофе, давая им возможность подавлять иммунный ответ, направленный на борьбу с инфекцией.
