Помоги проекту - поделись книгой:
Бывает и так, что бактерия слоняется как будто без дела. Микробиологи называют подобное поведение шатанием. Но и за таким передвижением кроется система. Бактерии проверяют, в каком направлении можно найти благоприятные для себя условия.
Было бы нетрудно предположить, что неприхотливые одноклеточные просто селятся где-то, все равно где. Но, как живые детекторы, эти крошечные существа проверяют окружающую среду на пригодность и чувствуют, есть ли поблизости чем поживиться.
Например, по химическому составу окружающей среды они могут определить, есть ли здесь источник пищи.
Человеческий организм для этих невидимых сожителей так же привлекателен, как страна с молочными реками и кисельными берегами. Микробам нравится наша приятная температура тела. Кроме того, здесь они находят неисчерпаемый запас пищи. Все, что мы брезгливо смываем с лица или счищаем с одежды, бактерии поедают с удовольствием: это телесные выделения и частички кожи. И тем более кровь.
Замечательным и в то же время отвратительным «общественным достижением» бактерий является биопленка. Эта слизь возникает, когда триллионы бактерий скучиваются и выпускают молекулы, склеивая мощный болотистый ковер. В этой среде бактерии и микроорганизмы прекрасно себя чувствуют, потому что там они практически недостижимы. При возникновении этих микробных мегаполисов также не обходится без «чувства кворума».
В медицине и гигиене биопленки стали крупной проблемой. Исследования показывают, например, что до 50 % всех пациентов, у которых катетер для мочевого пузыря установлен более недели, заражаются инфекцией мочевыводящих путей. Это происходит потому, что бактерии образуют биопленку на пластиковых трубочках и внутри них.
Больные муковисцидозом страдают от хронической легочной инфекции. Виновата в этом вредная бактерия Pseudomonas aeruginosa (синегнойная палочка). Это омерзительное создание образует в легочной ткани больного устойчивую биопленку, которую даже бронебойная долгосрочная терапия антибиотиками не может победить.
За примерами этих структур далеко ходить не надо: если не почистить зубы один день, на них образуется ворсистый налет. Этот предшественник кариеса и дурного запаха изо рта возникает, когда миллиарды бактерий собираются вместе.
Раковина в доме — это тоже «горячая точка» для микробов. Моя теща драила раковину так, что от блеска резало глаза, но парой сантиметров глубже все равно начинаются проблемы. Слова «сифон» и «грязь» — практически синонимы. Количество бактерий, обитающих в сливной трубе, превосходит всякое человеческое разумение. С образовавшейся в сливе биопленкой не справится ни горячая вода, ни «Доместос», ни даже молоток с долотом.
Рис. 2. В биопленке различные микроорганизмы живут вместе, надежно защищенные слизистой поверхностью. Они едят вместе и обмениваются генетическим материалом. Они даже разговаривают друг с другом, обмениваясь сигнальными веществами. Эту форму коммуникации называют «чувством кворума»
Ученые бьют тревогу: микробы — возбудители заболеваний становятся все более опасными. Они признают, что не могут угнаться за способностью противника к адаптации. Наше самое эффективное оружие в борьбе с опасными микробами сегодня — это антибиотики. Но при их разработке микробы не рассматривались как сложное сообщество. Антибиотик же пытается сделать безопасными все бактерии в радиусе поражения — независимо от того, полезная это для нас бактерия или вредная.
Но против защитного сообщества биопленки лекарства бессильны. Они просто не могут проникнуть сквозь ее слизистую оболочку.
При этом в наших антибактериальных стратегиях недооценивается «беспринципная» приспособленческая особенность бактерий. Если один микроб больше не может функционировать, на него нападает сородич. При такой форме расхищения трупов микроорганизмы быстро получают пищу. Но главное даже не в этом. Микроб поглощает генетический материал умершего микроба и встраивает его в собственный генетический материал. И становится сильнее.
Таким способом в микробном сообществе могут возникать настоящие Франкенштейны. Бактерия в мгновение ока превращается в полирезистентную, которую антибиотик не в силах сдержать. Именно из-за таких мутантов мы все больше теряем позиции в борьбе со злодеями из мира микробов. Антибиотики препятствуют необходимому производству материала для клеточных стенок, протеинов и других крайне важных для микробов молекул. Мутанты же обладают внушительным арсеналом для защиты от наших атак: они шустро вымывают антибиотик из тела клетки, они разлагают антибиотик ферментами, прежде чем он сможет проникнуть в тело микроба. При этом другие микробы замыкаются в оболочке или создают биопленку, в которую лекарство не может пробиться.
Мутанты выживают после курса антибиотиков, затем беспрепятственно размножаются и образуют огромную резистентную армию.
Удивительно, но в штаммах микробов старшие часто приносят себя в жертву ради молодых. Программа самоубийства, встроенная в план клетки, убивает бактерию, прежде чем она станет обузой для других. Для сообщества в биопленке это вдвойне практично: становится на одного едока меньше, а кроме того, тело усопшего служит провизией и складом дополнительных ДНК.
Однако эти каннибалы, поедая себе подобных, не получают железа — крайне нужного им питательного элемента. В человеческих клетках этого железа очень много — например, в гемоглобине, окрашивающем кровь в красный цвет. Наше железо нужно нам самим, поэтому в организме оно хорошо защищено. Но вышеупомянутая вредная бактерия Pseudomonas aeruginosa (синегнойная палочка) способна красть это минеральное вещество из наших клеток — когда действует заодно с себе подобными. Для этого она использует «чувство кворума».
На данный момент мы бессильны перед этой совместной охотой. Но если нам удастся помешать коммуникации между бактериями Pseudomonas, это станет чувствительным ударом для так называемых патогенов — страшных возбудителей болезней. Целый ряд ученых возлагает большие надежды на этот новый, революционный метод борьбы с микробами. Мысль проста: мы знаем, что бактерии взаимодействуют друг с другом, так почему бы не извлечь из этого выгоду? Мы можем попытаться разорвать пути коммуникации и воспрепятствовать скоплению бактерий и образованию биопленки.
Для этого мы должны заблокировать сигнальные молекулы нашего противника. Только тогда мы сможем гарантировать, что все полезные микробы, которые облегчают нашу жизнь, будут защищены.
Некоторые исследователи даже полагают, что бактерии не смогут развить резистентность к этому методу лечения — методу отмены их права на проведение собраний. Но мы должны учитывать еще вот что: бактерии и между собой воюют. В этих войнах они перерезают друг другу радиосвязь. Поэтому следует ожидать резистентности и при этом способе ликвидации микробов.
Человеческий микробиом: друзья на всю жизнь
Сразу после рождения моей дочери Йоханны 13 лет назад я соскреб с памперса ее первый стул, поместил в специальный контейнер и отправил, как ценный груз, в лабораторию своего коллеги в Голландию.
Первородный кал — специалисты называют его меконием — с микробиологической точки зрения очень информативный материал. По нему мы можем судить, что переваривал растущий ребенок в материнской утробе: волосы и клетки, например. Можно предположить, что околоплодные воды, в которых плавает ребенок, не стерильны. А это означает: наши дети вступают в контакт с микроорганизмами задолго до того, как появляются на свет.
Наверное, природа таким образом бережно готовит малышей к жизни в суровом мире, полном микроорганизмов. Микробная ванна в материнской утробе представляет собой, возможно, некое крещение, первую естественную вакцинацию, которая укрепляет иммунную систему ребенка точно так же, как и прививки, например, от кори и ветрянки.
Мы живем под одной крышей с тысячами видов микробов. Этот факт не могут изменить даже самые сильные моющие и чистящие средства. Но этого и не нужно. Сравнительно недавно микробиологи начали использовать понятие «домашний микробиом». Под этим термином понимается совокупность всех микробов, окружающих нас в четырех стенах.
Есть достаточно доказательств того, что эта сеть из бактерий и других микробов оказывает значительно влияние на наше самочувствие. И, предположительно, с этими микроорганизмами мы делили пещеру или хижину уже в каменном веке.
А еще есть микробиом, который принадлежит только нам: человеческий микробиом. Это совокупность всех бактерий, архей, грибов, вирусов и паразитов, растущих, процветающих и живущих в нашем организме. Таких живых существ порядка 10 триллионов. По сути, каждый отдельный человек — это индивидуальная большая теплица.
Соотношение человеческих клеток к бактериям в нашем организме составляет примерно 1:1. С каждым походом в туалет «по-большому» соотношение ненадолго сдвигается в пользу человеческих клеток, и миллиарды микробов отправляются в унитаз. Но это длится недолго — очень скоро микроорганизмы восстанавливают свою численность благодаря способности стремительно делиться.
В человеческом организме живут около 15 тысяч микроорганизмов различных видов. Нам известна только вершина айсберга, около 20 %. Остальные 80 % мы в микробиологии классифицируем как «микробную темную материю». Так обозначают всех микробов, которых не видел еще ни один человек и о которых мы знаем только по их последовательностям ДНК.
Многие факторы влияют на наш микробиом: гены, питание, место, где мы выросли, даже наши занятия спортом и партнер, с которым мы живем. И конечно, наше отношение к гигиене. В последние годы врачи и микробиологи все чаще приходят к выводу, что эта чрезвычайно сложная община поселенцев очень полезна для нас.
Наш микробиом защищает нас от микробных атак внешнего мира, помогает пищеварению, стимулирует иммунную систему и даже производит для нас витамины. По всей вероятности, наши невидимые сожители обладают значением отдельного внутреннего органа — возможно, самым близким будет сравнение с кровью. Но только сейчас мы начали изучение этого органа.
У взрослого человека микробиом весит 300–600 граммов — примерно как 3–6 плиток шоколада.
Это бурлящее крошечной жизнью сообщество, о котором мы пока мало знаем, младенец получает с молоком матери. Например, многие из двухсот видов сахара, содержащихся в грудном молоке, ребенок не может сам переварить. Они являются кормом для важной группы микробов — для бифидобактерий.
Бифидобактерии — важнейшие строители кишечной флоры растущего ребенка. Bifidus — латинское слово, означающее «разделенный надвое» — название бактерии указывает на ее Y-образную форму.
Разумеется, грудное молоко должно в первую очередь обеспечивать младенца питательными веществами. Также очевидно, что оно защищает ребенка от инфекций и населяет его кишечник микрофлорой. Оно питает микробиом в кишечнике, с грудным молоком ребенок получает антитела и антимикробные протеины. Бифидобактерии составляют до 90 % кишечной флоры младенцев, находящихся на грудном вскармливании.
В начале 1970-х годов в обществе свирепствовал страх перед вредными веществами в материнском молоке, такими как инсектицид ДДТ. Поэтому многие родители (и моя мать тоже) не кормили детей грудным молоком. Сегодня мы знаем, что грудное молоко очень полезно для ребенка, и этот факт не подлежит сомнению.
Наука лишь относительно недавно убедилась, что микробы могут приносить человеку не только вред, но и пользу. Первые исследования велись с начала 1960-х годов. До этого микробов считали вредными дармоедами, живущими за счет человеческого организма.
О микробиоме тогда ничего не знали. Немного громоздкий термин «мини-сообщество организмов» впервые появился, вероятно, в 1988 году в статье о защите растений. Ни о каких помощниках нашей иммунной системе речь тогда не шла. С тех пор многое изменилось. Теперь мы знаем, что дети при рождении получают из микрофлоры вагины и даже микрофлоры материнского кала «базовую комплектацию», которая гораздо важнее, чем любое дальнейшее приданое или первая икеевская кухня в новой квартире.
К трем годам микробиом человека уже практически сформирован. С этого времени и до последнего вздоха мы живем вместе с этим сложным сообществом микроорганизмов. Но что происходит с детьми, не получившими при рождении этой естественной вакцинации?
Установлено, что дети, появившиеся на свет посредством кесарева сечения, более склонны к аллергиям и различным заболеваниям; они больше подвержены инфекциям. И даже во взрослом возрасте у таких людей выше риск возникновения аллергий, заболевания астмой или диабетом первого типа.
Поэтому врачи в случае кесарева сечения все чаще прибегают к необычной процедуре: они щедро обмазывают новорожденных сразу после первого крика выделениями из вагины матери. Однако насколько этот «вагинальный посев» способен заменить бактериальную прививку при обычных родах — пока до конца неясно.
Уже сегодня очевидно, что эта тема станет актуальной областью исследования. К примеру, сегодня в Германии кесарево сечение делается в каждом третьем случае. Микробиологи — и я не исключение — едины во мнении, что если кесарево сечение не требуется по медицинским показаниям, естественные роды — самое лучшее.
Пока что неясно, как будет дальше развиваться тема микробиома, вокруг которой поднялся такой ажиотаж. Исследованием человеческого микробиома занимаются и микробиология, и биология, и медицина.
Микробиом совершенно справедливо рассматривается как отдельный орган, чья структура и активность оказывают значительное влияние на здоровье человека, хотя истинные взаимосвязи во многих случаях еще до конца не прослежены. Нет ни одной болезни, при которой микробиом как-либо не изменялся бы. Уверен, что в будущем анализ микробиома станет стандартной процедурой, точно так же, как анализ крови.
В исследованиях микробиома будет большой прорыв — осталось только немного подождать.
Эксперименты на мышах показали, что при антибиотикотерапии во время беременности микробное разнообразие у мышиных эмбрионов сокращается, как после взрыва ядерной бомбы.
Давно известно, что антибиотики проносятся по нашей кишечной микрофлоре, как сильный ураган по пшеничному полю. Полезная ли бактерия, вредная ли — антибиотику решительно все равно. Нашему бактериальному «зоопарку» требуется несколько месяцев, чтобы оправиться от такого урона.
Значит ли это, что беременным следует воздерживаться от приема антибиотиков, чтобы избежать возможных последствий для ребенка и его микробиома? Конечно нет! Нужно взвесить все риски. Намного хуже отказаться от антибиотиков при наличии тяжелой инфекции. Однако данные исследований микробиома подчеркивают, что антибиотики нужно принимать обдуманно и осторожно (подробнее об этом мы будем говорить далее).
Бесспорно, что состав и активность микробиома изменяются при ряде недомоганий. Истинные взаимосвязи зачастую неясны. Здесь мы имеем дело с классической проблемой курицы и яйца и просто не знаем, что было сначала: заболевание или изменение микробиома?
Но если предположить, что состав микробиома меняется только при заболеваниях, разве это не была бы хорошая новость для медицинской диагностики? Поняв маневры наших бактерий, мы могли бы делать выводы об определенных заболеваниях. Возможно, в будущем микробиом будут читать так же, как анализ крови.
Не менее захватывающая перспектива открывается и для других областей применения исследований микробиома. Судмедэксперты, например, мечтают о том времени, когда можно будет раскрывать преступления с его помощью. Лежащая в основе идея не лишена привлекательности: микробиом очень индивидуален и оставляет заметный след в помещении. В гостиничном номере микробные отпечатки пальцев гостей видны уже через три часа после пребывания.
Однако, как уже говорилось, слишком много факторов влияют на нашу микробную флору, поэтому она не остается неизменной — в отличие от реальных отпечатков пальцев. Насколько мне известно, этот метод пока неприменим на практике. Однако, как немецкий ученый, я без зависти вынужден признать: в США под такой проект можно было бы получить фантастическое финансирование.
Тем не менее попытка привлечь преступников к ответу достойна всяких похвал. Попытка же привлечь фанатиков здорового образа жизни сомнительными книгами о диетах для микробиома менее оправданна. Мы можем сделать много хорошего для микрофлоры нашего кишечника, это правда. Наше питание — слишком много пустых углеводов, красного мяса и мясопродуктов — предположительно не полезно для микробиома.
Много растительной пищи, балластных веществ, фруктов и овощей в придачу к рыбе и птице — так выглядит здоровое питание. Однако сегодня микробиом, это загадочное существо, слишком часто становится предметом манипуляций: мол, если будет здоров ваш микробиом, вы будете здоровы, счастливы и проживете долгую жизнь. Но это не так!
Относительно недавно ученые открыли миру индейцев яномами. Эти племена живут в джунглях Амазонки изолированно от цивилизации, как жили их предки 11 тысяч лет назад. Их размеренное существование внезапно было прервано командой американских микробиологов. Ученые вернулись домой с потрясающим открытием: кишечная микрофлора местных жителей работает, как хорошо отлаженный механизм. И все это благодаря разнообразию микробов в человеческом кишечнике, какого еще не видел свет.
Есть, как яномами, пить, как яномами, переваривать пищу, как яномами… Когда речь заходит о том, чтобы перенять образцовый стиль жизни индейцев, воображению нет предела. Но лично я не считаю, что нам всем необходимо вернуться в каменный век. Хотя мы и питаемся не оптимально, продолжительность жизни в западных странах достигла рекордно высокого уровня. И я твердо уверен, что мы не хотим вернуться к таким же показателям детской смертности, как у яномами…
Ученым иногда приходят в голову забавные идеи. И слава Богу! Если бы человеческая мысль не сходила регулярно с проторенного пути, то не было бы прогресса. Так что идея о том, что кишечник является вторым мозгом, была очень смелой. Ведь каждый знает: этот внутренний орган предназначен для пищеварения, выпускания газов и выделения отходов. Так как же можно сравнивать эту мусорную свалку нашего тела с очень сложным мыслительным аппаратом?
Однако факты таковы: в нашем кишечнике больше нервных клеток, чем в позвоночнике. И все больше ученых соглашаются с предположением, что пищеварительный тракт и головной мозг работают в связке и обмениваются информацией. Здесь снова вступают в игру наши микробы. Например, связь с мозгом осуществляется посредством стимуляции нервов в кишечнике, которые возбуждают бактерии или их метаболиты. Другое любопытное открытие, похоже, напрямую связано со способностью микробов передавать информацию в мозг.
Кишечный микробиом людей, страдающих от аутизма, депрессии и даже болезни Паркинсона, выглядит как клумба, на которой хорошенько потоптались.
Возможно, мы могли бы облегчить состояние больных, если бы снова разровняли их «кишечную клумбу»? И тогда кишечные бактерии отправили бы в мозг радостную весть: здесь, внизу, все в порядке! И жизнь снова бы вошла в нормальное русло.
Медицина знает способ восстановить кишечную микрофлору, которая, казалось бы, утеряна безвозвратно. Средством выбора является трансплантация фекальной микробиоты. При этой процедуре в толстую кишку пациента вводят донорские фекалии, разведенные физраствором. На данный момент есть две методики заселить кишечник здоровой микрофлорой: ввести фекальную микробиоту ректально с помощью клизмы или с помощью вводимого через нос зонда; вторая методика опаснее, так как фекалии могут попасть в легкие.
Многие животные инстинктивно знают, что могут восстановить свою кишечную флору, отведав чужих экскрементов, поэтому спокойно поедают встречающиеся им на пути кучки. И уже в Древнем Китае людям с болезнями кишечника давали пить разведенные фекалии.
Значит, этот метод нас всех спасет?
Есть многообещающие исследования: это и экспериментальная группа аутистов, количество симптомов которых уменьшились, пусть и временно; и испытуемые с депрессией, у которых на какое-то время поднималось настроение. Но крупный прорыв еще предстоит сделать. Вопрос о причине и следствии — что было раньше: яйцо или курица? — остается открытым.
Как уже упоминалось, состав микробиома зависит от очень многих факторов. Больные аутизмом и депрессией питаются иначе, чем обычные люди, они менее контактны и значительно реже бывают среди других людей. Может быть, именно поэтому их микробиом настолько отличен?
Если так, то трансплантация фекалий здорового человека им не поможет.
Однако есть заметное исключение. Для пациентов с хроническими воспалительными заболеваниями кишечника, вызванными бактериями Clostridioides difficile (Клостридиум диффициле), трансплантация фекальной микробиоты показала себя очень эффективной.
Clostridioides difficile — ассоциированная диарея — это тяжелое воспаление кишечника, сопровождающееся кровотечениями и встречающееся прежде всего в больницах. От 20 до 40 % всех больничных пациентов имеют эту бактерию. Здоровая, разнообразная кишечная микрофлора обычно держит ее под контролем. Но когда она ослаблена из-за длительного приема антибиотиков, Clostridioides difficile берет свое и выделяет токсины, которые могут вызвать опасное воспаление кишечника, и для некоторых пациентов помощь приходит слишком поздно.
Флора здорового донора, по-видимому, может обуздать эту буйную бактерию и вернуть ее в цивильное общество. Результаты обнадеживают и доказывают, что исследования микробиома могут приносить практическую пользу.
Секс и микроб: история большой близости
При поцелуе партнеры передают друг другу около 80 миллионов бактерий. Это установили ученые из Нидерландов. К сожалению, они не сообщают, как повлияло проведенное ими исследование на желание целоваться у тех, кто обратил на это внимание.
Поначалу такой перенос микробов в ситуации, где этого не ожидаешь, может показаться омерзительным. С точки зрения микробиолога, этот малоизвестный обмен между двумя партнерами может оказать невообразимо положительный эффект.
Я заметил, что мои зубы стали намного здоровее с тех пор, как я познакомился со своей женой. Возможно, это объясняется тем, что моя предположительно агрессивная флора ротовой полости была смягчена ее менее агрессивной флорой.
Уже сегодня есть убедительные данные о том, что наш микробиом — то есть совокупность всех живущих в нас микробов — оказывает заметное влияние на наше самочувствие и на половую жизнь тоже. При этом медики и микробиологи только сейчас начали лучше понимать тесные отношения между человеком и микробом.
Например, кожа у живущих вместе партнеров частично заселена идентичными микробами. Канадские ученые в ходе одного из своих исследований смогли установить с точностью до 86 %, кто из участников эксперимента с кем вместе живет. Наибольшее совпадение культур бактерий у пар наблюдается на стопах.
Поделиться книгой: