Помоги проекту - поделись книгой:
Но вклад полковника Уэринга в улучшение санитарных условий этим не ограничился. В 1895 году, во время непродолжительного правления мэра-рефоматора Уильяма Стронга, Уэринг занялся очисткой города Нью-Йорка. Он обнаружил городские улицы “почти неизменно в грязнейшем состоянии. В сырую погоду они покрывались слякотью, а в сухую воздух наполнялся пылью. Всевозможный мусор, отходы и выброшенная зола валялись по улицам и в жаркую погоду издавали зловоние, выделяя гнилостные органические вещества, и следы черного разложения были видны и слышны повсюду”.
Составленное Уэрингом описание подтверждается фотографиями Манхэттена тех лет, демонстрирующими улицы, по колено заваленные навозом, разлагающимся мусором и трупами животных — не только собак и кошек, но даже городских рабочих лошадей, падеж которых в упряжках достигал, по имеющимся оценкам, пятнадцати тысяч голов в год. Повсюду кружили мухи. А немногие существовавшие канализационные трубопроводы сбрасывали неочищенные сточные воды непосредственно в гавань и в реки, со всех сторон огибавшие Манхэттен.
Несмотря на свою нетерпимость в отношении политиков, Уэринг умел воодушевлять общественность. Он сделал символом отдела улучшения санитарных условий кадуцей (жезл врача) и наклеил его на сотни блестящих новых повозок для уборки мусора. А свою новую армию из семи тысяч трехсот уборщиков он одел в сияющую белую униформу напоминавшую скорее костюмы военных санитаров, чем спецодежду мусорщиков. В газетах писали, что когда Уэринг впервые вывел облаченные в униформу отряды “белых крыльев” на городской парад, толпы людей собрались, чтобы посмеяться, и остались, чтобы повосхищаться. “Его метла спасла больше жизней в переполненных многоквартирных домах, чем целый полк врачей”, — писал впоследствии журналист и борец с коррупцией Якоб риис. Уэринг завербовал для участия в своей кампании даже городских детей, организовав детскую лигу улучшения санитарных условий. Под лозунгом “Чистоплотность заразительна” нью-йоркский городской отдел здравоохранения вручал значки, удостоверения, белые шапочки и призы тысячам детей, которые давали торжественные обещания, пели песни, вычищали школьные дворы и добивались от своих семей соблюдения “современных санитарных правил”.
В1897 году, когда к власти в Нью-Йорке вернулось политическое общество Таммани-холл, Уэринг подал в отставку. Но в конце своего непродолжительного правления он мог по праву похвастаться: “Нью-Йорк теперь целиком и полностью чист”. Город стал одним из самых чистых, если не самым чистым, во всем мире. Важнее же всего то, что в своем последнем отчете Уэринг мог отметить:
Для сравнения со средней смертностью 26,78 %, отмечавшейся в 1882–1894 гг., в 1895 г. смертность составила 23,10, в 1896 г. — 21,52, а в первой половине 1897 г. — 19,63. Если последний показатель сохранится на протяжении всего года, это будет означать, что в городе будет отмечено на 15000 смертей меньше, чем было бы, если бы смертность сохранилась в основном на уровне средней за предшествующие 13 лет.
Коммунальное водоснабжение и канализационные системы привели также к широкому внедрению внутренних трубопроводов, обеспечивших людей как чистой водопроводной водой, так и домашними туалетами со смывными бачками. Внутренние трубопроводы, уже широко распространившиеся в Северной Европе, постепенно становились все популярнее, проникая из северо-восточных штатов в южные и западные и из городских кварталов в сельские районы.
Чудеса улучшения санитарных условий во многом разорвали порочный круг эпидемий инфекций, передающихся через воду, которые начались в результате скученности еще во времена возникновения цивилизации. Наряду с достижениями медицинской гигиены (обеззараживанием хирургических инструментов и перевязочных материалов), этим во многом и объясняется отмеченное в развитых странах увеличение продолжительности жизни почти вдвое: в США средняя продолжительность выросла с 38 лет в 1850 году, когда начались первые реформы в области общественной гигиены, до 66 лет в 1950-м, непосредственно перед началом широкого применения антибиотиков.
Поиски “волшебных пуль”
Полученные Кохом и Пастером доказательства того, что определенные микробы вызывают определенные заболевания, вдохновили новое поколение ученых, занимавшихся медицинскими исследованиями, на полномасштабную войну с миром бактерий, целью которой было их истребление.
Объявив эту войну, они проигнорировали не столь радикальные взгляды, свойственные Пастеру, который отмечал, что не все бактерии приносят вред и что многие из них, если не большинство, могут быть полезны. Он, в частности, показал, что лабораторных животных можно защитить от фатальных последствий инъекций возбудителя сибирской язвы, если одновременно вводить им смесь из разных неболезнетворных бактерий, полученных из почвы и экскрементов, разве это не доказывает, спрашивал Пастер, что некоторые бактерии действительно могут защищать от болезней? Далее растер предположил, что большинство бактерий, находящихся на поверхности кожи, во рту и в пищеварительном тракте как животных, так и человека, не только благотворны, но и необходимы для жизни. Он дошел даже до утверждения, что нормальный набор бактерий нашего организма может оказаться необходимым для выживания. Он убеждал своих учеников проверить эту идею, попытавшись выращивать лабораторных животных в совершенно безмикробных условиях: “Если бы у меня было на это время, я провел бы такое исследование, исходя из априорного представления, что жизнь в таких условиях окажется невозможной”.
Величайший из сотрудников пастеровского института, будущий нобелевский лауреат Илья Мечников, открыто насмехался над тем, что представлялось ему наивностью его наставника. Мечников считал бактерий наихудшей разновидностью паразитов. Он видел в “гниении”, вызываемом бактериями в человеческом пищеварительном тракте, причины старческой немощи, атеросклероза и сокращенной продолжительности жизни. Он категорически не советовал есть сырые овощи и фрукты (чтобы “препятствовать проникновению “диких” микробов”) и предполагал, что когда-нибудь хирурги будут в порядке вещей удалять людям толстые кишки только для того, чтобы избавить нас от “хронического отравления их обильной кишечной флорой”. Пока же, признавал он, “рациональнее действовать непосредственно на вредные микробы, населяющие наши толстые кишки”. В то же время жена Мечникова Ольга, увлеченно занимавшаяся наукой, осуществила идею Пастера проверить роль бактерий в поддержании жизни и ее безуспешная попытка содержать головастиков в стерильных условиях, несомненно, служила в доме Мечниковых поводом для горячих споров. Но именно представление Мечникова о том, что хороший микроб — это мертвый микроб, возобладало в итоге в мире медицины.
Первые успехи в войне с бактериальными инфекциями были связаны с вакцинами. Если вакцина действовала, она нередко действовала блестяще, вырабатывая у людей иммунитет надолго, иногда на всю жизнь. Но, как и улучшение санитарных условий, вакцины позволяли лишь предотвращать развитие инфекций, а не лечить от них людей. Наука XIX века могла мало что предложить для лечения инфекционных заболеваний, помимо нескольких высокотоксичных противомикробных средств, таких как ртуть или мышьяк, способных убить не только возбудителей заболевания, но и самих пациентов.
В 1885 году немецкий патолог Пауль Эрлих пришел к выводу, что современной медицине нужна “волшебная пуля”, которая разрушала бы бактериальные клетки, не причиняя вреда клеткам человеческого организма. Эта идея была отнюдь не праздной мечтой: она была основана на собственных наблюдениях Эрлиха, которые показывали, что бактериальные клетки принципиально отличаются от наших. За год до этого датский микробиолог Ганс Кристиан Грам продемонстрировал, что всех бактерий можно разделить на две фундаментальные группы (теперь называемые грамположительными и грамотрицательными бактериями) в зависимости от того, как их клетки впитывают и сохраняют в себе метиловый фиолетовый краситель. Эрлих понял, что разница между этими двумя группами обусловлена различиями в строении полужесткой клеточной стенки, окружающей тонкую клеточную мембрану бактериальных, но не животных клеток, в том числе человеческих.
Эрлих рассудил, что если ему удастся найти токсичный краситель, способный впитывать только бактериальные клетки, это вещество может оказаться той самой “волшебной пулей”, о которой он мечтал. После этого он испытал более девятисот красителей и близких к ним соединений. В 1908 году он обнаружил, что соединение боб, впоследствии получившее название “сальварсан”, эффективно против грамотрицательного возбудителя сифилиса. Но сальварсан отнюдь не был безвреден для пациентов. Помимо того что он оказывал разрушительное действие на печень, этот токсичный препарат иногда приводил к тому, что пациенту приходилось ампутировать руку, после того как в процессе инъекции некоторое количество препарата случайно вытекало из вены. Тем не менее открытие сальварсана спасло тысячи жизней и подтолкнуло ряд европейских химических предприятий на финансирование исследований, направленных на поиск других веществ, которые обладали бы избирательной токсичностью для бактерий. Эти дальнейшие исследования позволили разработать сульфаниламидные препараты, полученные, как и сальварсан, на основе красителей. Эти препараты оказались удивительно эффективным средством против целого ряда грамположительных бактерий, в том числе пиогенного стрептококка (Streptococcus pyogenes), вызывающего ангину и скарлатину, а также умеренно эффективным средством против золотистого стафилококка {Staphylococcus aureus) — другой грамположительной бактерии, одного из важнейших возбудителей инфекционных заболеваний кожи и заражений крови.
Тем временем человечество приблизилось к открытию первого настоящего антибиотика, то есть, по определению, противомикробного средства, производимого другим микробом. В 1896 году французский студент-медик Эрнест Дюшен изучал, как различные микроорганизмы конкурируют друг с другом в культурах, выращиваемых на питательной среде, и установил, что плесневый грибок пеницилл (Penicillium gloucum) с легкостью подавляет рост колоний обыкновенной кишечной палочки (Escherichia coli). Впоследствии он показал, что лабораторные крысы не умирают, если вводить им возбудителей брюшного тифа в количестве, которое должно быть смертельным, одновременно с препаратом этого гриба. К сожалению, сам Дюшен умер от туберкулеза, не успев завершить свои исследования.
В течение следующих двадцати лет плесневые грибы из рода Penicillium привлекли внимание ряда других исследователей, самым знаменитым из которых стал биохимик Александр Флеминг, в 1928 году обративший внимание на зараженную плесенью культуру золотистого стафилококка, которую он выращивал в чашке Петри. Слова, сказанные им своему помощнику, отличались необычайной сдержанностью, благодаря чему и вошли в историю: “А это забавно”. Дело в том, что хотя лабораторные культуры нередко заражались плесенью, оказалось, эта плесень убивает вокруг себя всех стафилококков.
Следующим принципиальным этапом должно было стать выделение и очистка ощутимого количества убивающего бактерий вещества, выделяемого плесенью. Во время Второй мировой войны химики из Оксфордского университета Говард Флори и Эрнст Чейн усовершенствовали соответствующую технологию, чем спасли жизни сотен солдат союзнических армий. Тем временем американский почвовед французского происхождения Дюбо открыл еще более плодотворный путь получения антибиотиков. Дюбо с давних пор восхищало изобилие и разнообразие бактерий, которых можно найти в любом комке грязи, способных разрушать, или расщеплять, едва ли не что угодно. Более того, он справедливо полагал, что все мы были бы по колено завалены останками животных и растений, если бы не способность почвенных бактерий эти останки перерабатывать. Кроме того, он рассудил, что почвенные бактерии должны использовать друг против друга целый набор биохимического оружия в непрерывной борьбе за пространство и пищу в своем перенаселенном подземном мире. Поэтому в тридцатых годах он начал проверять всевозможные формы безвредных почвенных бактерий на предмет их способности убивать своих болезнетворных собратьев.
В 1939 году почти за десять лет до начала широкого применения пенициллина — Дюбо выделил из почвенной бактерии Bacillus brevis антибиотик грамицидин. Хотя грамицидин и оказался слишком токсичным для внутреннего применения, его можно было лить в открытые раны, чтобы предотвращать или останавливать развитие инфекций. Как и в случае с сальварсаном, частичный успех грамицидина подтолкнул множество исследователей заняться активными поисками новых антибиотиков. В течение последующих двадцати лет — золотого века поиска антибиотиков — почвенные бактерии обеспечили современную медицину большинством противобактериальных средств, используемых и по сей день. В1962 году нобелевский лауреат Макфарлейн Бёрнет, специалист по медицинской микробиологии, в предисловии к новому изданию своей прославленной “Естественной истории инфекционных заболеваний” чуть ли не оправдывался, отмечая, какую революцию антибиотики произвели в медицине: “…порой возникает ощущение, что писать сегодня об инфекционных заболеваниях значит писать о вещах, которые уже едва ли не ушли в историю”.
Часть 2. Жизнь на человеке
Всех людей, живущих в наших Соединенных провинциях, не так много, как живых существ, которых я ношу в настоящий момент у себя во рту.
Антони ван Левенгук (1683)
Наше тело как экосистема
Экология как наука об окружающей среде оставалась неясным и малоисследованным направлением до начала шестидесятых годов прошлого века, когда такие биологи, как Рейчел Карсон, начали описывать принимавшие угрожающие размеры последствия ущерба, наносимого окружающей среде людьми. Слова “экология” и “энвайронментализм” сделались частью нашего повседневного лексикона едва ли не исключительно благодаря ее бестселлеру “Безмолвная весна”, опубликованному в 1962 году. В том же году бактериолог из Университета Вашингтона в Сент-Луисе Теодор Роузбери опубликовал трактат об экосистеме, еще более близкой, но намного хуже знакомой нам, чем описанные Рейчел Карсон поля и леса, лишенные птиц. В своей книге “Микроорганизмы, населяющие тело человека” Роузбери обобщил все имевшиеся на тот момент сведения о жизненных формах бактерий, обитающих на просторах человеческого тела, и об их взаимодействиях с собственной “окружающей средой”, как благотворных, так и вредны для нас. Эта книга стала первой в истории науки исчерпывающей переписью человеческой “микрофлоры”, равно как и того немногого, что было известно о ее деятельности.
Хотя свою книгу Роузбери написал предельно сухи^ научным языком, этот куривший трубку профессор с бород, кой клинышком имел у себя в университете дурную славу из-за склонности будоражить воображение студентов на лекциях и семинарах, увлекательно и колоритно описывая жизнь микрорельефа нашего тела. Эти описания выходили за пределы просто отталкивающих картин и достигали эффекта какой-то особой, странной красоты. Предметом одной из излюбленных его историй был взгляд “глазами микроба” на пиршество, показанное в знаменитой сцене оскароносного фильма “Том Джонс”, которую часто называют самым сексуальным ужином в истории кино:
Я добавил к цветной кинокамере [Тони] Ричардсона свой воображаемый микроскоп и смог мысленно увидеть крупным планом маленькие углубления в деснах Тома и Дженни во время их пиршества и разглядеть кипящую там жизнь микробов: неистово движущихся и вибрирующих спирохет, скользящих взад и вперед более толстых, штопорообразных спирилл и вибрионов, а также вялые и неподвижные цепочки, скопления и колонии бацилл и кокков, сгрудившихся вокруг или бурлящих среди отстающих чешуек эпителия и волокон и остатков клеток и пищевых частиц. Как и те большие и прекрасные животные, во рту которых они живут, это тоже организмы, живые существа, и я представил себе, как они, в точности как Том и Дженни, самозабвенно насыщаются, утоляя голод, который им долго пришлось терпеть.
Роузбери понимал, что идея человеческого тела как микроб ной экосистемы была близка студентам шестидесятых. “Они отвергают многие наши ценности, в том числе целиком полностью нашу опрятность, видя в чистоплотности часть фальши лицемерного мира, — отмечал он. — Миф о том, что микробы и грязь — это всегда наши враги, вреден и дорогостоящ. От него следует избавиться”. Тесно сплетенное сообщество микробов, населяющих наш организм, утверждал Роузбери, служит для человечества сильнейшим бастионом в его борьбе с вторжениями других микробов, не так хорошо адаптированных и вызывающих болезни. Коротко говоря, бактерии составляют неотъемлемую часть экосистемы здорового человека.
Описывая в этом ключе рождение человека, Роузбери называл его появлением нового надела микробной недвижимости, заселение которого приводит к слиянию двух крайне непохожих царств живой природы. Если в течение первых нескольких часов, дней, месяцев и лет человеческой жизни все пойдет нормально, конечным результатом этого слияния станет формирование защитной армии микробов. Эта “национальная гвардия” развернется на всей коже и на всех слизистых оболочках ребенка, от макушки до потеющих промежутков между пальцами ног, и по всем ходам дыхательной системы и пищеварительного тракта. При этом, как подчеркивал Роузбери, скорее всего процесс пойдет нормально. Младенец будет благополучно расти в мире, наполненном микробами, и инстинкты заставят его хватать руками и засовывать в рот все загрязненные бактериями предметы, до которых он сможет дотянуться. Такая же инстинктивная склонность, как предполагал Роузбери, подталкивает родителей, братьев, сестер и домашних животных прибавлять к этому свои несущие микробов поцелуи, тисканье и облизывание.
Приготовления к союзу микробов и человека начинаются еще до рождения. В середине беременности гормональный сдвиг приводит к тому, что клетки, выстилающие влагалище будущей матери, начинают накапливать углевод гликоген — излюбленную пищу толстых, похожих на сосиски микроорганизмов, которых называют лактобактериями.
Сбраживая гликоген и превращая его в молочную кислоту эти бактерии снижают показатель pH влагалища до уровня' препятствующего росту потенциально опасных чужеродных микробов. К таким микробам относятся некоторые кишечные бактерии, которые могут случайно попасть из заднего прохода во влагалище, а затем расплодиться и добраться до матки, вызывая развитие инфекции, угрожающей нормальному ходу беременности. Кроме того, производящие кислоту лактобактерии обеспечивают частичную защиту от передаваемых половым путем гонококков (Neisseria gonorrhoeae) и хламидий (Chlamydia trachomatis), которые могут вызывать слепоту у новорожденных, зараженных во время выхода из родовых путей.
Некоторые лактобактерии влагалища производят также перекись водорода, то есть, по сути, то самое шипучее дезинфицирующее средство, которым матери заливают ссадины на коленках своих детей. Эти чрезвычайно воинственные лактобактерии особенно успешно противостоят росту стрептококков группы В (Streptococcus agalactiae). Такие стрептококки, часто живущие во влагалищах женщин, лишенных производящих перекись водорода лактобактерий, по сей день остаются одной из главных причин детской смертности. Каждый год они вызывают в Соединенных Штатах тысячи опасных для жизни случаев пневмонии, менингита и кровяных инфекций преимущественно у младенцев в возрасте меньше месяца. Поскольку естественная защита лактобактерий далеко не вполне надежна, западные акушеры имеют обыкновение назначать антибиотики роженицам, чей анализ на стрептококков группы В оказывается положительным. Ирония состоит в том, что эти стрептококки часто попадают в родовые пути именно по вине антибиотиков, прописанных женщине ранее (для лечения какой-то другой инфекции), потому что эти антибиотики нередко нарушают работу защитных лактобактерий.
В уста младенцев
разносторонний Теодор Роузбери изучал в течение своей жизни все: от определяемого бактериями “фекального запаха тела” (то есть запаха кишечных газов) до угрозы бактерий как биологического оружия. И все же его работа в Стоматологической школе Университета Вашингтона предполагала прежде всего исследования микробной экосистемы ротовой полости. Его глубокие познания в этой области дали нам первое исчерпывающее описание возникновения и созревания сообщества микроорганизмов, живущих во рту здорового человека.
Первый обильный посев бактерий в уста младенца обычно происходит во время родов, когда на его губы попадают лактобактерии из родовых путей матери. С первым глотком материнского молока к этим лактобактериям присоединяются миллионы бифидобактерий — родственной лактобактериям группы производящих кислоту микроорганизмов. Эти коренастые, вилочковидные бактерии загадочным образом появляются внутри и вокруг сосков набухающей женской груди на восьмом месяце беременности. Там бифидобактерии выделяют сильнодействующую смесь кислот и антибиотиков, отгоняющих таких потенциально опасных микробов, как золотистый стафилококк (с его отвратительной склонностью заражать даже маленькие ранки, возникающие у младенцев из-за прыщиков). Внезапное появление бифидобактерий на женской груди в конце беременности озадачивало Роузбери, потому что эти бактерии анаэробны, то есть “кислородобоязненны” — иными словами, не способны к выживанию на открытом воздухе.
Выяснилось, что они растут глубоко в бескислородных камерах млечных протоков и вытекают наружу с первыми незаметными каплями молозива, или “предмолока”. Хотя сами бифидобактерии и гибнут на открытом воздухе, они оставляют после себя кислоты, которые часами сохраняются на поверхности груди и во рту младенца. Вместе с лактобактериями они помогают осуществить отбор первых постоянных обитателей ротовой полости. К таким обитателям относится устойчивый к кислоте слюнной стрептококк (Streptococcus salivarius) — похожие на бусины бактерии, появляющиеся на языке младенца в течение первого дня его жизни. С помощью сильных адгезинов (биохимических крючков-зацепок) этот “хороший” стрептококк прикрепляет свои цепочечные колонии к загрубевшей поверхности языка и остается там в качестве одного из преобладающих видов обитателей здоровой ротовой полости. Несколько других видов стрептококка, такие как S. oralis и S. mitis, поселяются во рту в течение первой недели человеческой жизни. То же относится и к одной или нескольким видам нейссерий (Neisseria), которые выглядят как парные шарики, расселяющиеся по деснам, нёбу и внутренней поверхности щек. Если новорожденному повезет, в числе поселившихся у него во рту нейссерий окажутся и пушистые бурые шарики вида N. lactamica, бурно растущего на лактозе (молочном сахаре). Раннее заселение ротовой полости этими бактериями вырабатывает у младенца сильный иммунитет к их опасному собрату N. meningitidis — самому распространенному возбудителю бактериального менингита, потенциально смертельного воспаления оболочек головного и спинного мозга.
Откуда берутся эти ранние поселенцы? Определив специфические разновидности бактерий, живущих во рту, исследователи выяснили, что подавляющее большинство их поступает напрямую изо рта матери, до которого во время кормления всегда могут дотянуться тонкие пальцы младенца. Остающиеся в кровотоке новорожденного материнские антитела (передаваемые во время беременности) могут дополнительно способствовать росту микроорганизмов, которых они признают за “своих”. Второе место среди источников бактериальных поселенцев ротовой полости младенца занимают старшие братья и сестры, особенно братья — возможно, из-за их неидеальной личной гигиены.
По ходу установления постоянного режима кормления младенца (естественного или искусственного) население бактерий у него во рту идет то на подъем, то на спад, в соответствии с молочными приливами и отливами. С каждым приемом пищи происходит вспышка численности живущих во рту микроорганизмов, затем численность эта вновь снижается. Слюнные железы тоже служат для бактерий источником пищи, более постоянной, но менее обильной: водянистой смеси белков, углеводов и минеральных веществ. Эпителиальные клетки, выстилающие поверхность щек и миндалин, понемногу выделяют муцины — слизистые гликопротеины, то есть соединенные с углеводами белки. Муцины служат пищей живущим во рту бактериям, но не дают им непосредственно прикрепляться к нежному эпителию и повреждать его.
Аэробные бактерии первой волны поглощают во рту младенца достаточно кислорода, чтобы создать глубже расположенную зону, в которой могут процветать анаэробные бактерии. Если мы посмотрим в микроскоп на десны младенца, которому исполнилось полтора месяца, мы увидим скопления и цепочки разных бактерий из рода Veillonella и длинные ветвящиеся клетки нескольких разновидностей актиномицетов. Эти анаэробные бактерии питаются биохимическими отходами жизнедеятельности своих соседей, других микроорганизмов, тем самым делая экосистему которая постепенно становится густонаселенной, более устойчивой.
Пока экосистема ротовой полости не достигла зрелости, младенец остается уязвимым для молочницы полости рта, вызываемой грибком Candida albicans. Колонии этого грибка выглядят как приподнятые пятна, похожие на творог. Выходящие из них гифы, то есть нити, углубляются в ткани ротовой полости, вызывая воспаления и открытые язвочки. По мере роста плотности и разнообразия бактерий, живущих во рту, его грибковое население обычно сокращается до отдельных разрозненных клеток. Если экологическое равновесие полости рта будет чем-то нарушено, из этих клеток могут вновь разрастись болезнетворные колонии. Этим чем-то нередко оказывается курс антибиотиков, прописанных младенцу или кормящей матери.
Следующая волна иммиграции прибывает, когда у младенца начинают прорезаться зубы. Первым из них оказывается стрептококк Streptococcus sanguis — бактерия, отличающаяся непревзойденной способностью прикрепляться к гладкой поверхности эмали маленьких резцов. Когда прорезаются первые моляры (большие коренные зубы), к нему присоединяется Streptococcus mutans, печально известный своей способностью вызывать кариес. К счастью, 5. mutans обычно легко удаляется как содержащимися в слюне ослабляющими бактерий антителами, так и напрямую — при приеме твердой пищи или чистке зубов зубной щеткой. Чаще всего он вызывает проблемы, когда ему удается угнездиться в глубоких тканях моляра или в узких щелях между плотно растущими зубами. Некоторые другие разновидности зубных бактерий склонны усаживаться на прикрепленных к эмали стрептококков. Вместе они создают слоистые сообщества, или биопленки, которые восстанавливаются уже через несколько часов после основательной чистки зубов. К середине детского возраста во рту здорового ребенка оказывается уже больше сотни видов бактерий Максимально возможное их число составляет пятьсот или семьсот видов, а их общая численность может достигать миллиардов клеток (что почти вдвое больше, чем численность человеческого населения Земли).
Роузбери исследовал также бактериальную экосистему носовой полости, связанной с ротовой полостью дыхательными путями. Уже с первым вдохом ребенок втягивает носом тысячи пылевых частиц, несущих бактерий. Эти бактерии сразу же сталкиваются с токсичным варевом из отравляющих веществ. Каждая капля носовой слизи битком набита лизоцимом и дефензинами, молекулы которых пробивают дыры в клеточных стенках бактерий. Кроме того, клейкая слизь носовой полости образует липкую ловушку, где накапливаются поступающие пылевые частицы, которые затем попадают на поле колышущихся ресничек. Эти реснички, напоминающие микроскопические пряди волос, представляют собой живые отростки эпителиальных клеток, выстилающих носовую полость. Их колючие основания непрерывно колеблются, проталкивая вязкую носовую слизь и отправляя попавших в нее микробов к задней стенке глотки, где они могут быть либо проглочены, либо выведены из организма вместе с мокротой.
Несмотря на эти защитные механизмы, носовая полость младенца недолго остается стерильной. В течение двух дней после его рождения там поселяется группа особо цепких бактерий. Во время первого месяца жизни среди них обычно преобладает золотистый стафилококк (.Staphylococcus aureus), но к шести месяцам его, как правило, вытесняет или пневмококк (Streptococcuspneumoniae), или гемофильная палочка (Haemophilus influenzae). К концу первого года к ним присоединяется моракселла (Moraxella catarrhalis). В носовой полости эти бактерии безвредны, но каждая из них может вызывать инфекции в ушах околоносовых пазухах или легких, если случайно попадет τν и чрезмерно разрастется не на своем месте. Тонкие отличия в составе противомикробных веществ носовой полости младенца могут определять, какие из этих организмов станут ее постоянными жителями. Лишь у немногих людей в носу остаются все четыре вида бактерий.
В шестидесятых годах бактериологи открыли в носовой полости младенцев еще один, более необычный, источник неприятностей. До невозможности маленькие, мягкие клетки бактерии Mycoplasma pneumoniae относятся к числу мельчайших живых организмов. Это представители странного семейства микоплазм. Самые крупные из микоплазм едва достигают одной пятой размера более типичных бактерий, таких как кишечная палочка. Но главная их отличительная особенность — это отсутствие клеточной стенки. Эта кажущаяся уязвимость делает микоплазм невосприимчивыми к действию многих антибиотиков и производимых иммунной системой веществ, мишенью которых служат бактериальные клеточные стенки. Современные педиатры знают, что численность М. pneumoniae в общем составе микробных сообществ периодически возрастает и снижается, совершая пятилетние циклы и вызывая зимние эпидемии болезненных ушных инфекций, а также так называемой микоплазменной пневмонии, причем оба эти заболевания обычно проходят сами, без лечения антибиотиками.
Жизнь на поверхности
В 1965 году новозеландский микробиолог Мэри Марплс опубликовала книгу, послужившую ценным дополнением к труду Теодора Роузбери “Микроорганизмы, населяющие тело человека”. Беспрецедентная по степени подробности ее монография “Экология человеческой кожи” была освящена исследованию того, как “климатические” факторы определяют, какие организмы будут жить у человека на коже. Под “климатом” она подразумевала не только такие факторы, как температура или влажность, но и характер одежды, которую носит человек, особенности его личной гигиены и даже его генетически обусловленные свойства, такие как интенсивность потоотделения. Мэри Марплс рассматривала поверхность человеческого тела не как единое населенное микроорганизмами пространство, но как совокупность разных ландшафтов, от настоящих пустынь на коже рук и ног до лесов умеренной зоны на голове и влажных джунглей под мышками и в паху.
Как и в случае с ротовой и носовой полостью, заселение человеческой кожи начинается при рождении — с лакто- бактерий из родовых путей матери. Эти защитные бактерии добавляют свою молочную кислоту и перекись водорода к антибактериальным ферментам, содержащимся в творожистой смазке, покрывающей тело новорожденного. Лактобактерии, как и бифидобактерии материнского молока, на открытом воздухе вскоре погибают. Но кислотный покров, оставляемый ими после себя, помогает отобрать их преемников из числа бактерий, которые сыплются на новорожденного вместе с частицами пыли и летающими по воздуху хлопьями эпидермиса окружающих людей. Прикосновения рук и дыхание родителей и акушеров тоже переносят бактерий на кожу ребенка.
В числе победителей в этой борьбе за территорию почти всегда оказывается толстая, кремового цвета кислотолюбивая бактерия Staphylococcus epidermis (более благовоспитанный родич золотистого стафилококка). Через два часа после рождения, когда на коже младенца уже погибают все лактобактерии из влагалища матери, стартовый набор S. epidermis успевает изрядно размножиться в геометрической прогрессии. Если в это время рассмотреть поверхность кожи в электронный микроскоп, на каждой ее клетке можно увидеть от трех до шестнадцати клеток S. epiderm' которые выглядят как пушистые теннисные мячики, разбросанные на жестком цементном корте.
К концу первого дня жизни новорожденного к s epidermis присоединяется около полудюжины разновидностей коринеформных (то есть булавовидных) бактерий Самые кислородолюбивые представители этой группы коринебактерии Corynebacterium jeikeium и С. urealyticum — расселяются по поверхности кожи. Более выносливые С. amycolatum, С. minutissimum и С. striatum поселяются в почти безвоздушных глубинах волосяных фолликулов а жиролюбивый С. lipophilicus гнездится в кожном сале, обильно покрывающем кожу головы младенца. Как S. epidermis, так и коринебактерии выдерживают концентрации соли, способные вытравить большинство микроорганизмов, и поэтому благополучно процветают в присутствии пота. Через двадцать четыре часа после рождения рост бактериального населения кожи младенца приносит обильные плоды, и плотность кожной микрофлоры составляет уже более тысячи клеток на квадратный сантиметр (или шести тысяч на квадратный дюйм). Столь высокий темп роста сохраняется и на следующий день, так что через сорок восемь часов после рождения плотность бактерий уже превышает десять тысяч на квадратный сантиметр, а к шестой неделе переходит отметку в сто тысяч. При такой высокой плотности преимущественно аэробные первопоселенцы кожи начинают истощать ограниченные запасы кислорода внутри волосяных фолликулов, желез и других углублений, подготавливая почву для следующей волны поселенцев — ветвящихся колоний анаэробных пропионибактерий. К середине детского возраста микрофлора кожи по большей части стабилизируется. Несмотря на то что происходит непрерывный обмен микробами с друзьями и родственниками, запоздалые гости все реже и реже остаются надолго, eё экологические ниши кожи оказываются прочно заняты сплоченным климаксным сообществом бактерий, оставляющих мало места новоприбывшим, как безвредным, так и вредоносным.
“Хотя патогенные организмы постоянно высаживаются на поверхности кожи, они находят там весьма неблагоприятную для себя среду, — отмечала Мэри Марплс в 1969 году. — Способность кожи к самостерилизации, судя по всему, не относится, как предполагает термин, к свойствам самой кожи. Это скорее характерный признак любой развитой экосистемы”. К самым густонаселенным из сообществ, исследованных Мэри Марплс, относились луга коринебактерий, растущие на предрасположенных к увлажнению участках кожи: в паху, на шее, между пальцев ног. Чем больше там коринебактерий, тем меньше таких микроорганизмов, как Candida, Microsporum, Trichophyton или Malassezia, — виновников грибковых заболеваний кожи: опрелостей, микозов стопы, стригущего лишая и себорейной экземы.
С началом полового созревания в дело вступает микроб propionibacterium acnes, способствующий образованию прыщей: эти бактерии застревают и бурно размножаются в слишком активно работающих сальных железах. Примерно в то же время коринебактерии, живущие под мышками, начинают пировать на совершенно новом источнике пищи — выделениях стероидных гормонов, преимущественно андростенона у юношей и андростенола у девушек. Продукты их усвоения бактериями и вызывают тот характерный запах, появлением которого сопровождается взросление. Хотя потребители и тратят миллионы долларов ежегодно на продукцию, подавляющую деятельность этих микроорганизмов, бактерии, живущие под мышками, возможно, играют у нас ту роль, которую у других животных играют пахучие железы, создавая половые феромоны привлекательные для противоположного пола, из стероидов, исходно лишенных запаха. Вызываемый бактериями запах подмышек юноши-подростка, конечно, перебьет запах подмышек девушки (или кого угодно другого). Но у ее запаха есть интересная особенность: он ослабевает и усиливается в ходе менструального цикла по определенной схеме, достигая пика непосредственно перед овуляцией то есть как раз тогда, когда вероятность зачатия особенно велика.
Повышенный уровень эстрогена при половом созревании у девушек, в свою очередь, способствует развитию лактобактерий во влагалище. Хотя плотность их в этот период и ниже, чем во время беременности, в норме она достаточно высока, чтобы препятствовать росту грибков и кишечных бактерий, попадающих во влагалище во время полового акта. При этом даже если девушка не живет половой жизнью, небольшое количество этих потенциально опасных микробов вполне может случайно попасть ей во влагалище — например, при пользовании туалетной бумагой. Но эти микробы скорее всего не вызовут никаких неприятностей, если у нее все в порядке с живущими во влагалище лактобактериями. Но поскольку антибиотики, особенно широкого действия, могут нарушать экологическое равновесие, их применение часто приводит к развитию “дрожжевых” инфекций (вызываемых грибком Candida albicans), бактериальных вагинозов (вызываемых кишечными бактериями) или отвратительных циклов, при которых они сменяют друг друга.
Как и работа Теодора Роузбери, исследования нюансов жизни человеческого организма, которыми занималась Мэри Марплс, вызвали живейший интерес общественности. Статья о ее трудах, опубликованная в 1969 году в журнале Scientific American, вдохновила английского поэта Уистена Хью Одена на написание хвалебной песни, посвящённой микрофлоре его собственного тела, напечатанной названием “Новогоднее поздравление”. Вот отрывок из нее:
Поздравлю с Новым годом
всех тех, кому покровы
мои — как мне Земля.
Созданьям роста вашего
я выбрать дам жилище. Селитесь же в той зоне,
что лучше вам подходит в бассейнах пор, в тропических
лесах подмышек, паха, в пустынях на предплечье,
в тайге на голове.
Живите, размножайтесь,
я дам тепло и влагу, жиры и все, что нужно,
но только при условии, чтоб вы меня не злили,
как подобает гостю, без мятежей нарывов, микозов и прыщей.
Жизнь внутри нас
Если собрать вместе все 100 миллиардов или около того обитателей нашей кожи, получился бы комочек размером с горошину. Между тем, по оценкам Роузбери, 15 триллионов с лишним бактериальных клеток, выстилающих пустой пищеварительный тракт, переполнили бы трехсотграммовую консервную банку. Прибавьте к этому более 100 триллионов бактерий, скопившихся внутри кишечника здорового человека и готовых эвакуироваться при следующей дефекации.
Но, несмотря на эти ошеломляющие цифры, кишечная микрофлора привлекала к себе довольно мало внимания пока Роузбери не опубликовал в 1962 году свою перепись' населения нашего тела. Самым известным научным достижением в этой области было открытие кишечной палочки {Bacterium coli), которую немецкий педиатр Теодор Эшерих выделил в 1885 году из стула новорожденных. Переименованная впоследствии в его честь, Escherichia coli остается самой хорошо изученной из всех кишечных бактерий и во времена Роузбери ее по-прежнему считали самым многочисленным видом бактерий в толстой кишке. Именно эта бактерия постоянно обнаруживалась в культурах, полученных из стула, и в загрязненной канализационными стоками воде. В действительности кишечная палочка — это просто та из кишечных бактерий, которую легче всего выращивать за пределами человеческого организма.
Микробиологи давно подозревали, что в кишечнике содержится огромная масса никем не культивированных и не отмечаемых организмов. Дело в том, что, исследуя под микроскопом разведенные образцы стула, они видели, что могут насчитать намного больше бактериальных клеток (порядка 100 миллиардов в пересчете на грамм), чем когда-либо вырастало в колонии при культивировании в чашках Петри. Как выяснилось, соприкосновение с кислородом губительно для подавляющего большинства кишечных бактерий. Они оказались строгими анаэробами, в отличие от не имеющей узкой специализации кишечной палочки — факультативного анаэроба, успешно живущего и в бескислородной и в кислородной среде. Кроме того, судя по всему, пищевые потребности большинства кишечных бактерий отличались от обычной смеси белков и углеводов, составлявшей меню стандартной лабораторной питательной среды.
Как ни заманчиво было бы пренебречь этой малопонятной и малоизвестной частью населения кишечника, небольшой горстке микробиологов удалось оценить ее принципиальную важность благодаря данным, накопленным гнотобиологией — научной отраслью, занимающейся изучением животных, появившихся на свет и выращиваемых в безмикробных условиях. Без бактерий кишечный тракт таких животных остается недоразвитым, с выстилкой необычайно тонкой и уязвимой для повреждений в одних местах и сильно распухшей в других. Чтобы они вообще могли выжить и стать взрослыми, их рацион должен включать дополнительный набор витаминов, незаменимых аминокислот и повышенное количество калорий, чтобы компенсировать все то, что в норме поставляют кишечные бактерии. Кроме того, эти животные оказываются более уязвимыми для природных токсинов, содержащихся в их естественной пище, вероятно из-за отсутствия одной или нескольких разновидностей бактерий, необходимых для расщепления этих ядов до безвредных соединений. Самое же впечатляющее — что иммунная система безмикробных животных пребывает как бы в состоянии спячки, делая их менее защищенными от смертельных инфекций, развивающихся, если какой-нибудь микроб случайно проникнет в их стерильную среду.
Это была интереснейшая загадка, но средств на выделение и изучение смутно знакомых микробиологам обитателей экзотичной экосистемы толстой кишки отчисляли мало или вообще не отчисляли. Государственные органы здравоохранения просто отказывались финансировать изучение безвредных бактерий. При этом они щедро раздавали гранты исследователям, изучавшим болезнетворных микробов, таких как сальмонеллы, шигеллы и другие важнейшие источники так называемых пищевых отравлений.
И тут в дело вступило НАСА.
Микробы в космосе
Внезапно разгоревшийся интерес космического агентств к микробиоте человеческого организма в целом и анаэробным кишечным бактериям в особенности начался с одного странного доклада, прочитанного перед аудиторией состоявшей из летчиков-испытателей и медиков НАСД* в конце апреля 1964 года. Как будто главному врачу НАСА Чарльзу Берри и без того не хватало забот с предсказаниями, что глазные яблоки будут лопаться при нулевой гравитации (к счастью, опровергнутыми) или что после длительного пребывания в невесомости мышцы и кости будут превращаться в кашу! А теперь еще нашелся ученый утверждавший, что главной опасностью для астронавтов могут оказаться поцелуи их жен после возвращения мужей из изоляции в богатую микробами земную атмосферу. “Микробный шок” — вот как назвал это Дон Лаки в своем докладе на организованной НАСА конференции на тему “Питание в космосе”, проходившей в Университете Южной Флориды14. “Смертельный поцелуй Дона Лаки” — такие заголовки появились на следующий день в газетах.
Лаки, один из первопроходцев гнотобиологии, уже знал, что происходит, если изолировать небольшую группу выращенных обычным способом крыс в герметически закрытой камере, а затем поить их стерильной водой и кормить исключительно стерильной пищей (ситуация, не лишенная сходства с положением астронавтов, живших в течение всего полета на растворимых напитках марки Тапд и сублиованных продуктах). Через пару месяцев разнообразие митерий в кишечниках этих животных сокращалось с сотни лишним до всего лишь одного или двух видов.
“Наша нормальная микрофлора образована, очевидно, не столько коренным населением, сколько непрерывным потоком новых иммигрантов”, — объяснял Лаки. £6з их притока эта богатая и разнообразная экосистема градирует в направлении монокультуры. В зависимости оттого, кто при этом победит, уже сама по себе потеря разнообразия может оказаться смертельной. В качестве примера Лаки привел кишечную палочку. В благотворном присутствии каких-то других кишечных бактерий, сказал он, кишечная палочка остается безвредной. Но сама по себе она оказалась смертоносной. При этом даже если победителем окажется какой-нибудь безвредный микроорганизм, результатом такой победы может стать “обленившаяся” иммунная система. В своих экспериментах Лаки наблюдал, как легко животные с обедненной микрофлорой заболевали и умирали после того, как их возвращали обратно в нормальную крысиную колонию.
Отсюда и возникла идея “смертельного поцелуя”. Полет на Луну должен был продлиться около трех недель. Прибавьте к этому месячный карантин после возвращения (чтобы убедиться, что астронавты не подхватили какую-нибудь опасную лунную инфекцию). Они вернутся из изоляции с обедненной микрофлорой и нарушенной работой иммунной системы. А жены бросятся к ним в объятия с поцелуями. “У нас не может быть серьезных сомнений в том, что одной из проблем будущих астронавтов станет та или иная разновидность, или те или иные разновидности, микробного шока, — подытожил Лаки. — Некоторые из этих разновидностей могут оказаться настолько легкими, что будут представлять лишь чисто научный интерес. Другие могут вызывать болезни и смерть”.
Предсказания Лаки сделали “просто интересную” проблему микрофлоры человеческого организма вопросом жизни и смерти. Чарльз Берри быстро изыскал для Лаки средства на изучение микрофлоры приматов, которых в течение года содержали на диете из обезвоженной и облученной космической пищи. Заодно Лаки сумел провести исчерпывающий учет микроорганизмов в рамках запланированного ранее исследования физических и психологических последствий тридцатидневного пребывания шести летчиков-испытателей в условиях, приближенных к космическим. Этот учет включал десятикратное взятие мазков из горла, ротовой полости и с поверхности кожи, а также ежедневный анализ стула в течение всего периода изоляции. Все образцы передавались через туннель с двумя дверями, разделявший летчиков и микробиологов Лоррейн Голл и Филлис Райли. В ходе работы исследовательницы использовали более 150 тысяч чашек Петри и пробирок с питательной средой и изучили более ю тысяч микропрепаратов. Правда, их работа ограничивалась известными микроорганизмами, то есть поддающимися выращиванию в лабораторных культурах, в том числе и некоторыми анаэробами из числа наименее привередливых.
Как и ожидалось, они обнаружили, что общая численность бактерий на коже астронавтов за время изоляции и ограниченной возможности мыться возрастала, причем некоторые потенциально опасные разновидности стафилококков и стрептококков стали доминировать. Ни одно из этих изменений не привело к развитию заболеваний. Однако существенный сдвиг в кишечной микрофлоре космонавтов породил в ограниченном пространстве испытательной камеры другую, более неотложную, проблему — вспышку метеоризма, столь неприятную, что специалисты НАСА по питанию получили срочное указание исследовать влияние диеты на выделяющих газы кишечных бактерий.
И всё же все шестеро астронавтов вышли из экспериментальной камеры здоровыми и оставались здоровыми Течение следующего месяца. Исследование оставило \ ответа вопрос о том, могут ли у астронавтов произойти кие-тο более существенные изменения в результате более продолжительной изоляции, и если да, то какие.
В 1966 году Берри получил повышение: из “главного тора астронавтов” он стал руководителем отдела биомедицинских исследований НАСА. Помимо необходимости защитить астронавтов от микробного шока перед ним стояла задача сделать так, чтобы их собственные бактерии не помешали запланированным поискам жизни на Луне, ученые НАСА смогли бы отличить лунных микробов (если они существуют) от земных лишь в том случае, если у них в распоряжении будет полный перечень всех организмов, “загрязняющих” самих астронавтов, их скафандры, оборудование и вообще все, к чему они прикасаются. Берри положил начало исследованиям в этом направлении, возглавив подготовку систематического каталога микрофлоры кожи и ротовой полости астронавтов до и после двух предшествующих полетов кораблей серии “Джемини”. Он нанял микробиолога Джеральда Тейлора, чтобы тот возглавил подготовку более полного каталога микрофлоры команды для всех полетов “Аполлонов”.
Что касается опасных изменений в микрофлоре астронавтов, Тейлор выяснил, что у участников первых полетов “Аполлонов” наблюдались симптомы, соответствующие заражению грибком Candida, в изобилии отмеченном в ротовой полости и в образцах стула многих астронавтов, возвращавшихся из полетов на “Аполлонах”. Поэтому он предсказывал, что, за исключением легко излечимой молочницы полости рта, ничто более серьезное не должно случиться в результате более продолжительной изоляции, которую предполагал предстоящий полет “Аполлона-11” на Луну. В августе 1969 года, когда Базз Олдр Нил Армстронг и Майкл Коллинз прошли после возвращения с Луны трехнедельный карантин, никто не запрещал женам их целовать, хотя Берри и позаботился о том чтобы избавить астронавтов от обычной толпы репортёров и фотографов, выпустив их из карантина глубокой ночью.
Но микробиологи и врачи НАСА не забывали о возможности микробного шока в свете уже планировавшегося тогда запуска орбитальной станции “Скайлэб”, на которой астронавтам предстояло проводить до нескольких месяцев Наметившаяся разрядка в соревновании НАСА с советской космической программой усугубила эти страхи, потому что советская сторона сообщала о намного более серьезных и потенциально опасных изменениях в микрофлоре космонавтов, чем какие-либо изменения, выявленные в исследованиях НАСА. Самым загадочным был отмеченный советскими исследователями настоящий захват кишечного тракта горсткой устойчивых к медикаментам и производящих токсины бактериальных штаммов.
Берри изо всех сил добивался выделения средств на проведение подробнейшего пятидесятишестидневного исследования имитации полета на “Скайлэб” в испытательной камере для создания условий больших высот в Космическом центре имени Джонсона. Но после победы в лунной гонке конгресс урезал щедрый годовой бюджет НАСА на сотни миллионов долларов. Берри удалось добыть для Тейлора сумму, которой хватило лишь на проведение поверхностного анализа микробиоты команды и от которой осталось немного денег, позволивших поручить другой группе более глубокое исследование кишечных бактерий тех же астронавтов. И все же этих остатков хватило на то, чтобы дать толчок изучению анаэробной “темной материи” человеческого микрокосмоса.
Где не ступала нога биолога
Холдеман вспоминает, как взволнован был Эд Мур, когда коллега пришёл к ней в конце 1971 года с потрясающей заявкой НАСА ПР финансирование микробиологических исследований.
100 тысяч долларов. “Для нас это были немыслимые деньги, могли позволить нам сделать то, о чем мы не смели и мечтать”, — говорит она. Пег и Эд много лет по крохам добывали средства на исследование загадочных анаэроб- бактерий, доминантов среди организмов, живущих на человеке (“на” — правильное слово, потому что внутренняя поверхность открывающегося наружу пищеварительного акта находится как бы снаружи по отношению к внутренней поверхности нашего тела). Они познакомились за шесть лет до этого на конференции Американского микробиологического общества. В то время Пег отвечала за выращивание в культуре и определение анаэробных бактерий, присылаемых департаментами здравоохранения разных штатов в Центр инфекционных заболеваний США (предшественник нынешних Центров по контролю и профилактике заболеваний). Хотя в то время лишь немногие профессиональные медики верили, что анаэробные бактерии могут вызывать заболевания, некоторым хотелось знать, что за загадочных микробов они замечали в крови и тканях своих пациентов — микробов, которых у них самих не получалось выращивать в культуре. Пег с большим энтузиазмом относилась к этой работе, но ей явно не хватало средств и сотрудников. Ее лаборатория могла в лучшем случае идентифицировать лишь малую долю анаэробных бактерий, присылаемых на определение.
В то же время Эд Мур, профессор Виргинского политехнического института, имел в своем распоряжении достаточно средств на изучение анаэробных микроорганизмов — но только не тех, что живут внутри людей. И Министерство сельского хозяйства США, и скотоводческие предприятия финансировали исследования анаэробов со времени сделанного в тридцатые годы открытия, что именно деятельность анаэробных бактерий лежит в основе производства говядины и молока. Конкретно это относится к анаэробным бактериям, живущим у коров в рубце, своего рода “прихожей” их желудка, и расщепляющим содержащиеся в их пище растительные волокна (которые иначе бы не переваривались), тем самым обеспечивая животное большей частью получаемых им калорий, а также множеством витаминов и других питательных веществ. Такие исследователи, как Эд Мур, надеялись разобраться в динамике этого процесса, чтобы повысить его производительность — то есть добиться, чтобы коровы производили больше молока и мяса, потребляя меньше сена и зерна. В то время Муру уже удалось разработать необычайно эффективную методику выращивания анаэробных бактерий в культуре. Она предполагала содержание их на специально обогащенной питательной среде в запаянных пробирках, откуда предварительно удаляли весь кислород. Интерес Мура к кишечным бактериям человека начался с никем не финансируемого побочного проекта: один из его аспирантов засеял часть анаэробных пробирок Мура не содержимым коровьего рубца, как обычно, а образцами человеческого стула. Под руководством Мура аспиранту удалось вырастить в культуре около 80 % бактерий, которых замечали в образцах стула, и это был рекорд. Но у Мура не было средств на продолжение этих исследований. Поэтому все богатство впервые выращенных в культуре видов осталось неописанным и безымянным.
Мур рассказал обо всем этом Пег Холдеман на микробиологической конференции в 1965 году. Они оба подозревали, что 99 % кишечных бактерий окажутся анаэробами и что это бактериальное сообщество имеет на человеческое здоровье существенное влияние, как благотворное, так и вредное (когда какие-то его представители попадают не на свое место, например загрязняют раны или хирургические разрезы). “Выглядело это так, будто две потерявшиеся души наконец нашли друг друга, — вспоминает Роберт Смайберт, микробиолог из Виргинского политехнического. — Мы просто сидели и слушали, что они говорят.
И глазом моргнуть не успели, как они уже придумали, что им делать с анаэробами. В итоге Пег ушла из Центра по контролю заболеваний и перешла к нам на ветеринарное отделение”. Так, по словам Смайберта, было положено начало будущей знаменитой лаборатории анаэробов Виргинского политехнического.
Но добывание денег на исследования малоизвестного мира анаэробных бактерий человеческого организма оказалось непростым делом. Первым большим прорывом в этой области стал грант на исследование кишечной флоры астронавтов, выделенный в 1971 году. В течение месяца Рег и Эду удалось выиграть еще один, более крупный, грант Национального онкологического института. Результаты недавних исследований заставляли предположить, что отклонения от нормы в состоянии кишечной флоры могут способствовать развитию рака толстой кишки, и это позволило Холдеман и Муру убедить грантодателей, что наука должна определиться с тем, что же собой представляет эта “норма”. Одновременный запуск двух крупных исследований превратил деятельность новообразованной лаборатории анаэробов Виргинского политехнического в настоящий сумасшедший дом. Когда Эд не летал в Хьюстон за новыми образцами стула астронавтов, они с Пег ездили на машине в Балтимор, где останавливались в дешевом мотеле и ждали звонка от судмедэксперта. Дело в том, что немалая часть их исследования по гранту Онкологического института предполагала подтверждение того, что выделенные легким способом — из образцов стула — кишечные микроорганизмы были те же, что живут в непосредственном контакт с толстой кишкой человека. Но исследователи не могли попросить брать соскобы со стенок кишечника какого-ни будь хирурга, проводящего соответствующие операции потому что используемые при подготовке к операции антибиотики убивают миллиарды кишечных бактерий (и уничтожают одни их виды в большей степени, чем другие). Пег и Эд решали эту проблему, добывая соскобы, взятые из кишечников недавно умерших, но прежде бывших в целом здоровыми людей, которые погибли на улицах Балтимора (преимущественно жертв убийств и дорожно-транспортных происшествий). Как выяснилось, всех микробов, растущих в контакте с выстилкой человеческого кишечника, можно найти в образцах стула.
Примерно в то же время работа, проводимая Холдеман и Муром для НАСА, позволила космическому ведомству избавиться от опасений по поводу микробного шока, по крайней мере при подготовке околоземных полетов, занимающих месяцы, а не годы. Один из результатов исследований микрофлоры астронавтов оказался особенно интригующим. В течение первыхтрех недель имитации работы орбитальной станции “Скайлэб” среди населения кишечников всех астронавтов наблюдался резкий всплеск численности выделяющего водород анаэроба из рода бактероидес — Bacteroides thetaiotaomicron, сокращенно называемого В. theta. Численность этого микроба подскакивала от нормальных 2 триллионов, или 2 % кишечной флоры, до 26 триллионов, или более 25 %. К концу шестой недели уровень В. theta вернулся к норме у астронавтов Роберта Криппена и Кэрола Бобко, но остался запредельно высоким у третьего члена команды — Уильяма Торнтона. “Происходило ли что-нибудь необычное за эти первые шесть недель?” — спрашивал Мур. Врач, следивший за здоровьем команды, рассмеялся ему в ответ.
В первые три недели астронавты чуть не подняли бунт, так возмущала бесконечная неразбериха с оборудованием и очевидный недостаток внимания к их проблемам со стороны “центра управления полетом”. В самом начале четвертой недели была организована телеконференция по этим допросам, итогами которой Бобко и Криппен остались удовлетворены, а вот Торнтон по-прежнему гневался, так как считал, что его мнение о размере порций пищи не было учтено. “Не могло ли его эмоциональное возбуждение быть причиной всплеска В. theta?” — подумали Мур и Холдеман. “Мы бы отбросили бы эту идею как неправдоподобную, если бы него, с чем нам пришлось столкнуться впоследствии”, — вспоминает Пег Холдеман. Исследователи отметили похожие резкие всплески численности В. theta в двух других случаях: вначале в ходе исследования рациона питания, когда одна из добровольных сотрудниц ввязалась в производственный конфликт, из-за которого ее чуть не исключили из проекта, а затем в кишечной флоре девятнадцатилетней жительницы Балтимора, застреленной собственным мужем после долгих побоев и преследования.
Заинтригованные Холдеман и Мур занялись поиском чего-нибудь подобного у подверженных стрессу студентов (у которых брали образцы стула в день устных экзаменов), но не отметили никаких существенных изменений. “Быть может, для этого нужно было очень-очень-очень разозлиться или испугаться, — размышляет Пег. — Но комиссия рецензентов, перед которой мы отчитывались, едва ли разрешила бы нам гоняться за студентами с ножом”. В любом случае всплески численности В. theta, отмеченные у возмущенных астронавтов и ссорившихся служащих, не причиняли никакого явного вреда.
И в НАСА, и в Онкологическом институте эти исследования признали полезными. Но еще важнее для долгосрочных задач Холдеман и Мура было то, что их сдвоенные проекты позволили выделить от 150 до 200 неизвестных ранее разновидностей кишечных бактерий человека. Исследователи определили всех этих бактерий до рода, после чего сосредоточили свои средства и усилия на подготовке полных морфологических и биохимических описаний дюжины самых общинных видов. В числе этих впервые описанных бактерий бы даже один новый род — копрококков (Coprococcus), объединяющий микроорганизмов, которые расщепляют флороглюцины (токсичные вещества растительного происхождения), а также ряд новых видов из рода Rumenococcus, представителей которого еще не находили у людей, хотя их роль в переваривании сена коровами была уже хорошо известна.
К 1985 году, когда Пег и Эд поженились, их исследовательское партнерство подарило науке подробный обзор микроорганизмов человеческой толстой (или ободочной) кишки. По их оптимистичным оценкам, им удалось выявить более 90 % представителей этого сообщества и все его доминантные виды. И хотя индивидуальные роли и характер взаимоотношений этих бактерий оставались загадкой, теперь стало ясно, что работа всей их совокупности во многом похожа на работу микроорганизмов коровьего рубца. Набитая бактериями толстая кишка человека оказалась, по сути, необычайно эффективным центром биоферментации, где обитающие в ней микроорганизмы добывают калории и питательные вещества из не переваримой другими способами растительной пищи, причем значительной частью этих калорий и веществ они щедро делятся со своим хозяином.
Камера в колесе жизни
Хотя трудами двух микробиологов наука и получила почти полный перечень бактерий нашего кишечника, представления о том, как эти микроорганизмы заселяют свою среду обитания — и даже приспосабливают ее под собственные нужды, — еще продолжают постепенно формироваться. Как и заселение ротовой полости и кожи, заселение человеческого пищеварительного тракта — вместилища 99 % микрофлоры нашего организма — начинается во время рождения с лактобактерий, с которыми младенец встречается в родовых путях. Когда голова младенца показывается из родовых путей, она сжимает прямую кишку матери, выдавливая наружу небольшое количество стула. Врачи и медсестры спешат стереть следы этой неприятности, но их щепетильность, возможно, противоречит задачам природы — немедленно и непосредственно передать младенцу кишечных бактерий матери. Если так, то не случайность, а естественный отбор может быть причиной того, что голова новорожденного при ее появлении из родовых путей обычно расположена лицом к прямой кишке матери и остается в таком положении, пока продолжающиеся схватки не выведут на свет плечи и все тело24. Положение головы лицом к заднему проходу служит гарантией того, что первыми из миллиардов бактерий, с которыми младенец столкнется уже в первый день своей жизни, будут как раз те, к которым иммунная система его матери выработала защитные антитела. (Временный запас этих антител уже передан младенцу через плаценту.) Когда младенец запивает этих бактерий материнским молоком, в его организм поступает вторая волна микрофлоры — миллионы бифидобактерий.
Все проникающие внутрь микроорганизмы, прежде чем попасть в кишечник младенца, должны пройти через прихожую его желудка. В желудке детей постарше и взрослых высокие концентрации соляной кислоты создают убийственный для микробов барьер. Но интенсивное выделение этой кислоты по-настоящему начинается лишь в возрасте около трех месяцев, и лишь через несколько лет её концентрация достигает такого же уровня, как у взрослых Эта задержка гостеприимно открывает двери для заселения желудка и кишечного тракта в первые годы жизни ребенка Представим себе, к примеру, как он в течение этого периода сталкивается с желудочной бактерией Helicobacter pyiorj Эти бактерии обычно попадают в организм ребенка через руки или губы кого-то, кто ими уже заселен. Будучи проглоченной, верткая бактерия вбуравливается в слизистую оболочку, которой предстоитзащищать желудок от той соляной кислоты, что будет в нем плескаться. По ходу созревания выделяющих кислоту клеток желудка некоторые штаммы Н. pylori вводят в них белки, заставляющие данные клетки понижать кислотность до уровня, легче переносимого бактерией, но все же достаточно высокого, чтобы убивать большинство других разновидностей микробов. Этот метод позволил Н. pylori сохранять что-то вроде монополии на человеческий желудок в течение примерно шестидесяти тысяч лет. Определение штамма H. pylori, свойственного некоторой семье или популяции, можно даже использовать, чтобы отслеживать ее происхождение и пути миграций ее предков вплоть до тех времен, когда представители Homo sopiens впервые расселились за пределы Африки.
С одной стороны, это понижение кислотности в желудке защищает взрослых людей от изжоги и снижает риск развития рака пищевода. С другой стороны, у некоторых, хотя и немногих зараженных Н. pylori вызывает воспаления, достаточно серьезные, чтобы приводить в более позднем возрасте к развитию язвы или рака желудка. Один из давних парадоксов современной медицины состоит в том, что Н. pylori начал вызывать язвы только в середине или в конце XIX века, как раз тогда, когда он стал исчезать из человеческих желудков из-за улучшения качества воды и внедрения первых антибиотиков, таких как препараты висмута.
В тридцатые годы XIX века молодые европейские женщины, недавно здоровые, начали умирать от тяжелых форм, вызывавших прободение стенки желудка. Внезапная и мучительная смерть этих женщин ясно свидетельство о том, что ее причиной была скорее какая-то новая, чем не выявленная ранее болезнь. Недуг распространился от женщин на мужчин и из Европы в Северную Америку, и оставался преимущественно болезнью городского населения, из чего был сделан вывод, что развитие язвы вызывается стрессами, характерными для современной жизни. На заре XX века медики считали, что фермеры и другие сельские жители в основном не подвержены этому заболеванию благодаря “жизни на свежем воздухе и сравнительной свободе от тревог , что позволяет им успешно переваривать продукты, которые были бы губительны для желудка бухгалтера или его работодателя”.
Только в восьмидесятых годах XX века австралийским патологам Робину Уоррену и Барри Маршаллу удалось наконец убедить скептиков от медицины, что хвостатая бактерия, обнаруженная ими при биопсии пораженных язвой тканей, как-то связана с самим поражением28. При этом язва желудка остается в наши дни заболеванием, почти неизвестным в развивающихся регионах, например в Африке, где большинство людей приобретают Н. pylori еще в младенчестве. Возможно, что задержка или нарушение заселения желудка этой бактерией, связанные с улучшением качества воды или с применением антибиотиков, каким-то образом сказывается на иммунологическом “перемирии”, заключенном между микробом и нашей иммунной системой за тысячи, а возможно, и за миллионы лет.
Поделиться книгой: