Джессіка Снайдер Сакс

Мікроби гарні та не дуже. Здоров’я і виживання у світі бактерій

© Jessica Snyder Sachs, 2007

© Hemiro Ltd, видання українською мовою, 2018

© Книжковий Клуб «Клуб Сімейного Дозвілля», переклад та художнє оформлення, 2018

* * *

Книжка присвячується пам’яті Рікі Ланнетті (1982–2003)

Сім ключових термінів та понять Короткий довідник про мікробів

Антибіотик. У цій книжці я використовую термін «антибіотик» як загальну назву для всіх препаратів, що вбивають бактерій. Прискіпливі в таких речах люди використали б слово «бактерицид» для синтетичних антибактеріальних препаратів і «антибіотик» для протимікробних засобів, що їх виробляють живі організми, такі як грибки плісняви та ґрунтові бактерії.

Археї. Подібні до бактерій організми, що відкололися від справжніх бактерій на початку еволюції життя на Землі. Найбільш відомі тим, що здатні витримувати екстремальні температури та виробляти метан. Жодна з них не відома як збудник хвороби, але деякі мають собі домівку в нашому роті та кишечнику. Для простоти розуміння, коли я говорю про бактерії як групу, то включаю туди й архей.

Бактерії. Предмет цієї книжки: прості одноклітинні організми, що не мають ядра та зв’язаних оболонкою клітинних структур. Такий тип клітини також називають прокаріотичним, щоб відрізняти його від більших та чіткіше розділених на окремі комірки еукаріотичних клітин у так званих вищих форм життя.

Вірус. Інфекційна частинка, що складається з генетичного матеріалу (ДНК або РНК), вміщеного в білкову оболонку. Формально не живі, віруси можуть спричиняти хворобу, коли їх поглинають клітини, а їхній генетичний матеріал переспрямовує ці клітини на виробництво нових вірусів. Бактеріофаги – це віруси, що інфікують бактерії, а тому в цій книжці їм відведено важливу роль.

Мікроби. Загальний термін для інфекційних мікроорганізмів та вірусів.

Мікроорганізми. Мікроскопічні організми – група, до якої входять прокаріотичні бактерії, а також еукаріотичні паразити, такі як грибки (збудники молочниці, лишаю тощо) і протисти (збудники малярії, лямбліозу тощо). Деякі вчені відносять до цієї групи й віруси, але я – ні, бо віруси не є організмами в сенсі живого.

Мікрофлора. Це не крихітні квіточки, а мікроорганізми, що мешкають у людському тілі. У нашій мікрофлорі домінують бактерії, але ця категорія охоплює також численних мікроскопічних грибків. Протисти хоча й не входять до складу здорової мікрофлори, але часто оселяються в нас як паразити.

Пролог. Хороша війна пішла не так

Історія Рікі

Крижаного дня 6 грудня 2003 року Тереза Ланнетті прослизнула на відкриту трибуну для вболівальників команди-господаря стадіону «Персон» у розташованому серед лісу студентському містечку Вільямспорт, штат Пенсильванія. Як і всі навколо неї, вона прийшла повболівати за «Воїнів» Лайкомінзького коледжу в чвертьфіналі їхнього дивізіону Національної асоціації студентського спорту (НАСС) проти «Орлів» Бріджвотера. Але цього разу Тереза не шукала в натовпі інших батьків, з якими вже встигла потоваришувати за попередні три роки. Вона розуміла, що мало хто очікував зустріти її там, а дехто й міг почуватися від цього ніяково.

Минулої ночі у відділенні реанімації місцевої окружної лікарні Тереза стиснула в обіймах сусіда її сина по кімнаті в коледжі Шона Генніґара, говорячи йому, що наступного дня він неодмінно принесе команді тачдаун за Рікі. Уранці ж Тереза зрозуміла, що має бути у Вільямспорті й з головою зануритись у знайомі звуки гри. Вона дивилась, як товариші Рікі по команді вибігають із роздягальні, бачила стиснуті зуби та кулаки його найкращих друзів, аж раптом помітила номер 19, виведений чорним у них на руках, рукавах та штанинах. Ось привітати команду підхопилися з місць чирлідерки – знов дев’ятнадцятки, виклеєні нерівними смужками пластиру на спинах їхніх курточок та зображені синім гримом на пухкеньких щічках з розводами від сліз. Очі ж самої Терези залишались сухими, допоки вона не подивилася через поле і не побачила ще один номер 19, десь із п’ять метрів заввишки, проритий лопатою на засніженому схилі пагорба за трибуною гостей. А поки вона дивилась, автор напису відклав лопату й упав на спину, додаючи до свого твору одного ідеального снігового янгола, а потім і другого – дві зірки над номером її сина. Мабуть, вони означали два рекорди команди, які встановив Рікі Ланнетті того сезону: шість прийомів пасу за одну гру та сімдесят за весь сезон. І тут над головами глядачів почали розходитися хмари – вперше на тому тижні.

Перша снігова буря зими налетіла попереднього вівторка, запорошивши поле, якраз коли «Воїни» завершували денне тренування. Прогноз обіцяв складні погодні умови на весь тиждень, але не зміг заглушити загального хвилювання в кампусі через близькі чвертьфінали дивізіону, з високими очікуваннями, що цього сезону Лайкомінг нарешті пройде до півфіналів, чого йому не вдавалося зробити попередні шість років. Того ранку Рікі й почав кашляти, а ближче до кінця пронизливо холодного тренування хвиля нудоти взагалі змусила його пропустити останні розіграші м’яча. Коли Тереза зателефонувала йому з Філадельфії наступного дня, Рікі відразу ж її урвав: «Мамо, я не можу зараз говорити. Щось мені недобре, – сказав він. – Це минеться. Зазвичай такі речі за добу проходять. Але зараз мене, схоже, виверне, вибач».

Тереза сказала собі, що Рікі, мабуть, правий – до вихідних з ним усе буде гаразд. Як завжди, вона з нетерпінням чекала можливості подивитись, як грає її син, і навіть була готова проїхати задля цього майже 300 км від її затишного кварталу на північному сході Філадельфії до Вільямспорта, головного студентського осередку штату Пенсильванія, де Рікі вже відучився половину останнього курсу за спеціальністю «Кримінальне право». Хоча шлюб Терези з батьком Рікі й розпався ще 1991 року, заняття їхнього сина спортом, особливо футболом, об’єднували родину та спільних друзів навколо розкладів тренувань, ігор та святкування перемог. У початковій школі Рікі мав репутацію «потужного малюка»: завжди серед найменших на полі, але найважчий для перехоплення, весь час вислизає. Інші діти його віку ніяк не могли зрозуміти, як хлопцеві, що ледь дістає їм до плеча, вдається так сильно бити чи злітати в повітря, немов нізвідки, щоб спіймати м’яч. До того часу як Рікі перейшов у середню школу, Тереза вже частіше аплодувала, ніж стискалася від страху, коли її син витримував поштовхи, що мали би звалити з ніг когось удвічі більшого. Вона навіть, побурчавши, прийняла те, що витягти його з гри просто неможливо, навіть коли він травмований. Протягом чотирьох років гри за Лайкомінг він пропустив лише один матч, та й то через сильний вивих гомілки, який, за його словами, минувся вже за тиждень.

Але дні, що потроху наближали чвертьфінальну гру команди, змусили Терезу захвилюватися. Коли вона зателефонувала Рікі знову в четвер, його все ще нудило й вивертало. «Це не можна так лишити! – наполягала вона. – Ти мусиш звернутися по допомогу». Вона подзвонила головному тренерові Френку Нею, який пообіцяв показати Рікі своїй дружині, сімейній лікарці, аби виключити щось серйозніше за грип, що косив студентів починаючи зі святкування Дня подяки. Того ж дня Стейсі Ней послухала легені Рікі. Звук у них був чистий. Вона поміряла йому температуру – трохи підвищена. Враховуючи, що основними симптоми в нього були нудота, втомлюваність та болісність у тілі, усі ознаки вказували на грип. Лікарка пояснила, що антибіотики тут не допоможуть, бо вбивають бактерії, а не віруси.

На ранок п’ятниці по всій Пенсильванії ще падав сніг, а в Рікі почали боліти ноги. Його сусіди по кімнаті Шон Генніґар та Браян Коннерс підсовували йому спортивні напої та воду, думаючи, що в Рікі просто зневоднення організму від блювоти. Увечері Тереза виїхала до нього з Філадельфії, але через сніг рухалася дуже повільно. Вона не подолала ще й половини шляху до Вільямспорта, коли о 21:30 Рікі зателефонував їй на мобільний і сказав, що хоче спати й побачиться з нею вранці. Але заснути в Рікі ніяк не виходило. Причому щоразу, перевертаючись у ліжку з боку на бік, він мимоволі стогнав. «Якщо я звідси не заберуся, вам, хлопці, геть не вдасться виспатися перед грою», – сказав він своїм сусідам по кімнаті о четвертій ранку. Він подзвонив мамі й попросив забрати його до неї в готель.

Спочатку Рікі навідріз відмовлявся їхати з Терезою до лікарні. Але коли вона почула, що він задихається, то наполягла. О 7:20 вона буквально затягла його у двері відділення невідкладної допомоги, і тут Рікі почав блювати кров’ю. Не минуло й п’яти хвилин, як кілька лікарів та медсестер вставили хлопцю в ніздрі трубки подачі кисню й почали внутрішньовенне вливання рідини через крапельницю в його ліву руку. Вони взяли в нього кров для лабораторних аналізів і підключили його до кардіомонітора.

Черговий реаніматолог відзначив у Рікі прискорений пульс, низький тиск, задишку й трохи підвищену температуру тіла. «Болить геть усе, – сказав йому Рікі, коли лікар спитав про біль у грудях чи животі. – І я втомився, сильно втомився». Легені Рікі й далі звучали чисто. Ніс та горло мали нормальний вигляд. Лікар спитав, коли він востаннє мочився. «Десь у четвер, здається», – відповів Рікі. Тереза побачила тривогу на обличчі лікаря, який негайно послав по катетер. Щойно медсестра його ввела, під’єднаний до нього балон Фолі наповнився каламутною буруватою сечею. У хлопця відмовляли нирки.

Хоча симптоми Рікі все ще вказували на якесь вірусне захворювання – хай навіть дуже тяжке, – реаніматолог вирішив, що не можна дозволити собі ще добу чекати на гемокультуру, щоб виключити бактеріальну інфекцію. Він додав до рідини, яка вливалася в руку Рікі, два сильні антибіотики: цефепім та ванкоміцин. Тереза тим часом додзвонилася до батька Рікі, що їхав до Вільямспорта на вечірній матч, і скерувала його до лікарні. Коли Рік-старший прибув незадовго до 11:00, він був просто приголомшений виглядом сина, оплутаного трубками й проводами, з губами та носом, поцяткованими плямами підсохлої крові.

Що ж до Лайкомінзького коледжу, то там у цей час представники НАСС ходили туди-сюди по занесеному снігом трав’яному покриттю, тупочучи ногами по товстому шару криги, що скував центр поля. О 10:00 вони оголосили про рішення перенести гру на неділю через ризик травмування гравців. Найближчі товариші Рікі по команді прийшли до лікарні, де, на їхній подив, з відділення невідкладної допомоги їх провели до реанімації. Рікі, здавалося, покращало. Роздратований постійною увагою лікарів, він просив, щоб у нього з носа вийняли вже кисневу трубку і сказали, коли він зможе піти додому. «Я чув, що гру перенесли, – сказав він Шону. – Це ж чудово. Можливо, я ще зможу зіграти».

Але після першого дня Рікі знепритомнів, а тривожні сигнали апарата вказали на те, що рівень кисню в його крові впав небезпечно низько. Медсестра вигнала футболістів з палати, а лікарі ввели в горло Рікі трубку, щоб апарат штучної вентиляції міг узяти на себе роботу легень, що теж почали відмовляти. Ехокардіограма показала, що серце так само слабне, а тому викликали гелікоптер, щоб перевезти Рікі до Медичного центру Темпльського університету Філадельфії, де його можна було би підключити до кардіостимулятора. Фахівець із інфекційних хвороб прописав йому додаткові антибіотики як захист від будь-яких можливих бактеріальних інфекцій. Щось руйнувало органи Рікі, але що саме і де воно чаїлося в його тілі, залишалося, на лихо, незрозумілим. А потім надійшли гірші новини: пілот гелікоптера з лікарні Темпльського університету прийняв рішення, що летіти в безпросвітну хуртовину надто небезпечно.

О 17:36 серце Рікі зупинилося. Сорок хвилин медсестри та лікарі проводили серцево-легеневу реанімацію, чекаючи на прибуття кардіохірурга. Приблизно о 18:30 хірург під’єднав артерії Рікі до апарата штучного кровообігу, що проганяв його тілом шістнадцять одиниць насиченої киснем крові. Проте годиною пізніше серце Рікі так і не забилось, очі застигли й розширилися. Хірург вийшов з операційної, щоб поговорити з батьками хлопця. О 19:36 він від’єднав Рікі від апарата. Тереза попросила медсестер допомогти їй обмити тіло сина та перевезти його назад до палати. Вона хотіла, щоб хлопці – котрі тепер схлипували в коридорі – побачили свого друга ще раз, перш ніж підуть. Вона зрозуміла, що вчинила правильно, коли батько Рікі вказав на усмішку на обличчі сина, а півзахисник Тім Шмідт додав: «Чорти б мене взяли, якщо він не так само шкірився, коли нас розігрував».

А через кілька хвилин батьки Рікі дізналися ім’я його вбивці. Гемокультура, яку лікарі замовили того ранку, повернулася з позитивною пробою на метицилін-резистентний золотистий стафілокок (МРЗС) – мікроб, що може не звертати увагу на антибіотики не лише з родини метицилінів, але й на чимало інших. Ще гірше, цей конкретний штам МРЗС – сьогодні відомий фахівцям як USA300 – переносив також гени цілої низки токсинів, і деякі з них запустили смертельну внутрішню бурю, так званий септичний шок, характерними симптомами якого є різке падіння кров’яного тиску, масове зсідання крові та відмова внутрішніх органів.

Наступного ранку після смерті Рікі футбольну роздягальню Лайкомінга наповнювала важка тиша, навіть коли команда почала збиратися перед виходом на гру. Декілька виснажених гравців провели в лікарні всю ніч. Але всі погодилися, що Рікі б «геть здурів», якби вони не зіграли. Спустошеного батька Рікі друг родини відвіз додому, а Тереза зайняла місце на трибуні. Гра почалася нерівно, оскільки «Воїнам» ніяк не вдавалися розіграші, напрацьовані під їхнього зіркового ресивера. На початку першої чверті квотербек Філ Манн, трохи повагавшись під час наради гравців, скомандував: «Схема праворуч». Цей розіграш завжди був розрахований на Рікі, який стрілою проносився через половину поля супротивника. Цього разу це мав бути Шон, із відчайдушним ривком з-за тринадцятиярдової лінії. Коли Шон розвернувся, пущений Манном м’яч важко гупнувся йому в руки, і він бульдозером промчав останні три ярди до тачдауну. Того дня це стане єдиним успіхом Лайкомінга в його невдалій спробі пройти у півфінал. Але в ту мить, сидячи високо на трибуні, Тереза спіймала себе на тому, що кричить разом із юрбою, труситься й плаче, коли на полі Шон Генніґар високо здійняв футбольний м’яч у синє тепер небо.

Історія Деніела

Семирічний Деніел намагається на це не зважати. Але дуже лячно, коли однокласники похваляються, що вони «дістануть його» своїми сендвічами з арахісовим маслом. «Мене це просто жахає, – каже його мати Енн, радіопродюсерка з Нью-Йорка. – Як вони взагалі можуть вважати це смішним?» Вона згадує той листопадовий вечір п’ять років тому, коли ледь не втратила свого гарненького хлопчика з ямочками на щічках. Усе починалося безневинно. Енн тоді тільки вийшла на тротуар перед її мангеттенським офісом і витягла мобільний телефон, аби сказати няні, що трохи затримується. Няня ж повідомила, що Деніела щойно вивернуло після того, як він з’їв сендвіч із мигдалевим маслом. «Що ж, таке буває, – заспокоїла її Енн. – Просто нагляньте за ним». Через п’ятнадцять хвилин Енн перетелефонувала з Пенсильванського вокзалу і почула, що в Деніела пронос. Коли ж вона подзвонила втретє з потяга на виїзді з Нью-Йорка, хлопчикові було важко дихати. «Я даю йому його аерозоль від астми», – сказала няня. «Викликайте швидку. Негайно», – наполягла Енн.

Коли матір нарешті побачила сина, він лежав на каталці, що виїжджала зі швидкої в їхній місцевій лікарні Нью-Джерсі, а його обличчя вкривали великі червоні плями. По приїзді лікарі знайшли хлопчика в стані анафілактичного шоку, з розпухлим горлом, що перекрило дихання, і тиском, який стрімко падав до нуля. Вони полегшили його стан ін’єкціями сильного стимулятора епінефрину та протизапального стероїду. Отоді батьки Деніела й дізналися, що в нього ціла низка небезпечних для життя харчових алергій – і найтяжча на арахіс, сліди якого, ймовірно, містилися в з’їденому ним мигдалевому маслі.

«Сьогодні я розумію, що на алергії він почав страждати задовго до того, як ми це усвідомили», – каже Енн. Коли Деніелу було лише два місяці, у нього з’явилася сильна екзема – алергійний стан шкіри, від якого його щічки стали рожевими й лускатими, а внутрішня поверхня ліктів та колін – роз’ятреною й кровоточивою. Невдовзі після першого дня народження в Деніела почалася астма, ще один стан, часто зумовлюваний алергією, у цьому випадку на респіраторні алергени, такі як пилові кліщі та лупа. У районі другого дня народження в його випорожненнях почала з’являтися свіжа кров. Спочатку її було не дуже багато, і педіатр сказав Енн, що можна не хвилюватись. У дітей часто буває, що трохи кровить із маленької тріщинки чи роз’ятреної ранки всередині прямої кишки.

Але в наступні три роки в Деніела не лише на повну силу проявились алергії, почавши загрожувати його життю, але й кровотечі погіршали настільки, що траплялося понад двадцять кривавих випорожнень на день із жахливими спазмами. Колоноскопія показала відкриті ранки по всій довжині товстого кишечника хлопчика. Він мав виразковий коліт – запальний розлад, за якого імунна система помилково сприймає їжу чи бактерії, що є звичайними мешканцями кишечника, як загарбників, яких слід рішуче атакувати. На початку другого класу Деніел провів три тижні в лікарні на сильних протизапальних засобах і поїхав додому з приписом довготривалого приймання сульфаніламідних препаратів для запобігання рецидивним запаленням. Однак не минуло й року, як у нього з’явилася характерна висипка, що вказувала на розвиток алергії на ці ліки. Восени 2006-го його коліт повернувся, створивши ризик прориву товстого кишечника – такої ж смертельної небезпеки, як і розрив апендикса.

«Жодній дитині не побажала би пройти через таке, – каже Енн. – Ми відчайдушно намагалися зрозуміти, як захистити його і при цьому дати йому змогу жити нормальним життям». Матері, наприклад, довелося приймати рішення, чи дозволити Деніелу обідати в шкільній їдальні, адже його алергія була настільки тяжкою, що контакт навіть із крихтою арахісу міг призвести до анафілаксії. Було знайдено компроміс: син сидітиме в кінці обіднього столу біля найкращого друга, мати якого знає, що не можна давати йому з собою арахісового масла чи чогось іншого з переліку заборонених для Деніела продуктів.

Деніел був не один такий. «Загалом у його класі п’ятеро дітей, що носять із собою EpiPen», – каже Енн, маючи на увазі вже заповнені рецептурні шприці, які містять достатньо епінефрину, щоб спинити небезпечну для життя алергійну реакцію. Деніел ніколи не виходить із дому без двох таких, припнутих до його зап’ястка спеціальним ремінцем. Шкільна медсестра каже, що екзема, астма та респіраторні алергії Деніела серед його однокласників поширені ще більше. Загалом, за її оцінками, той чи інший тип серйозного алергійного розладу мають близько 40 % учнів. «Ми вже не говоримо про незначне чхання в сезон сінної лихоманки, – каже вона. – Це хворі діти. Багато кому не можна навіть виходити надвір на перерву чи екскурсію». Після тридцяти років роботи медсестрою вона також приголомшена зростанням останнім часом в учнів запальних кишкових розладів – і не лише виразкового коліту Деніела, але й ще більш поширеної хвороби Крона та синдрому подразненого кишечника, яких вона в дітей ніколи раніше не спостерігала.

Помста мікробів?

На перший погляд може здатися, що історії Рікі та Деніела мають між собою мало спільного. В одній ішлося про смертоносну, стійку до лікарських засобів інфекцію, а в іншій – про трійку небезпечних для життя запальних розладів. Однак обидві, схоже, походять із нашої сучасної війни з мікробами. За п’ятдесят років відтоді, як антибіотики увійшли в широкий ужиток, ми виробили різноманітні рівні стійкості до лікарських засобів у всіх відомих видів хвороботворних бактерій. Почасти ми зробили це знищенням без розбору мікробів, що в нормі мешкають у нашому тілі, під час кожного лікування інфекції, викликаної якимось випадковим зайдою. Ми також давно вже напихаємо антибіотиками наших свійських тварин, не лише щоб вилікувати їхні інфекції, але й щоб прискорити їхнє зростання для швидшого та вигіднішого продажу. І тепер деякі з їхніх високорезистентних бактерій потрапляють до наших організмів просто з обідньої тарілки.

У процесі цього ми вичерпали ефективність понад сотні різних антибіотиків, зробивши резистентність повсякденним викликом сучасної медицини, від лікування дитячих вушних інфекцій до геть нестримних штамів туберкульозу. Подібно до вбивці Рікі, штаму стафілококу USA300, що сьогодні циркулює по всій Північній Америці, деякі з цих супермікробів поєднують резистентність до багатьох препаратів з надзвичайною смертоносністю.

Водночас імунологи та інші медичні спеціалісти впевнені, що нинішня безпрецедентна епідемія запальних хвороб походить із другого фронту в нашій довготривалій війні з мікробами – покращення санітарних умов: від осучаснення каналізаційних систем та хлорування води до використання холодильників та правил обробки їжі. До початку ХIX століття цих розладів майже не існувало, а сьогодні серед них – різного роду алергії та алергійна астма (що виникають, коли наші імунні клітини реагують на нешкідливі речовини в їжі та довкіллі), а також запальні кишкові хвороби, як у Деніела. Також у розвиненому світі спостерігається різке збільшення поширеності десятків автоімунних хвороб, таких як цукровий діабет 1 типу, вовчак, розсіяний склероз та ревматоїдний артрит, кожна з яких виникає, коли імунна система помилково руйнує здорові тканини. Цікаво, що всі ці запальні розлади лишаються рідкісними в районах, де люди все ще живуть у тісному контакті з землею, п’ють нефільтровану воду та їдять мінімально оброблену їжу примітивного зберігання.

А як щодо деяких бактерій, що дуже корисні для нас? Після століття зосередження виключно на хвороботворних мікробах медичні дослідники тільки починають їх вивчати. Це екологи вже давно зрозуміли, що сама наша атмосфера та колообіг поживних речовин залежать від безперервної діяльності бактеріального царства. Як висловилася еволюційний мікробіолог Лінн Марґуліс, «без мікробів наша планета була би схожою на Місяць». А от реальність, що бактерії домінують також і на теренах людського тіла, якщо судити за кількісним показником, сприймається гірше. Ці крихітні одноклітинні організми, що килимом вкривають нашу шкіру та вистеляють травні й верхні дихальні шляхи, кількісно переважають наші (хоча й більші за розміром) людські клітини в десять разів. І це дуже добре, бо резидентна мікрофлора тіла утворює свого роду захисну оболонку, що завжди була найкращим захистом від інфекційних хвороб. Крім того, під час своєї еволюції імунна система людей звикла толерантно ставитися до цілого моря здебільшого нешкідливих бактерій, що протікає через наші тіла з їжею, водою та повітрям. Відсутність їхнього постійного заспокійливого дотику, схоже, приводить імунну систему в стан підвищеної бойової готовності з кепською звичкою стріляти по всіх навколо.

Однак ніхто не тужить за тими днями до появи антибіотиків, коли лікарі мало що могли зробити для своїх пацієнтів із гарячкою, крім як почекати й подивитися, чи переживуть вони ніч. Так само жодна розважлива людина не запропонує нам проміняти сучасне покращення санітарних умов на епідемії холери, дизентерії, черевного тифу та бубонної чуми, що з появою цивілізації десь так п’ять тисяч років тому почали косити кожного десятого. Натомість науковці дедалі більше погоджуються, що лише через розуміння симбіотичних аспектів наших довготривалих відносин із мікробами можна знайти надійні рішення проблеми інфекційних хвороб і водночас виправити дисбаланси, що породили сучасну епідемію алергій, автоімунних розладів та інших запальних хвороб.

Зрозуміло, що прямі атаки на бактеріальне царство не мають особливого сенсу, якщо врахувати, як швидко ці організми здатні еволюціонувати в обхід будь-якої біохімічної зброї, яку ми на них кидаємо. Тому замість гонитви озброєнь, у якій нам ніколи не виграти, багато вчених сьогодні шукають кращі підходи до цієї проблеми, а саме:

• навчання лікарів обирати правильну «снайперську кулю» антибіотика, а не популярний «великий калібр», що зазвичай разом із поганими знищують і захисні бактерії тіла;

• дослідження нових шляхів розробки лікарських засобів, націлене на послаблення згубного впливу мікробів на організм без розвитку в них резистентності;

• вивчення, чому двоє людей можуть стати носіями тих самих хвороботворних мікробів, а захворіє з них лише один. В епоху, коли ми здатні порівнювати геноми людей між собою, існує потенціал використати це розуміння для розвитку засобів терапії, що залишатимуть мікроорганізм на місці, однак лікуватимуть пацієнта;

• дослухання до задушевних біохімічних розмов, що відбуваються між резидентними мікробами організму і його людськими клітинами, у спробі глибше зрозуміти, чому організм, повний правильних мікробів, – дуже здоровий.

Ми вже навіть почали одомашнювати наших проблемних мікробів, майже як наші предки колись перетворили вовків на тварин, що охороняють їхніх овець, а не вбивають. І такий футуристичний підхід уже приніс деякі перші успіхи: «пробіотичний» назальний спрей, насичений корисними бактеріями, що допомагають запобігти хронічним вушним інфекціям у дітей; отриманий методами біоінженерії штам ротових бактерій, що запобігає карієсу, а не спричиняє його; так звана вакцина з багна, що, схоже, полегшує цілу низку хронічних запальних розладів і перемикає імунну систему на боротьбу з раком. Деякі вчені навіть мріють про «пробіотичні» мийні засоби – аби кожен очисник, дезінфектант чи освіжувач повітря виготовлявся з власної запатентованої суміші захисних та корисних для здоров’я мікробів.

Але наразі ми стоїмо на роздоріжжі. Пропозиції щодо мирного співіснування з мікроорганізмами можуть звучати наївно перед лицем відчайдушної потреби в нових антибіотиках для протидії дедалі більшій загрозі смертоносних резистентних інфекцій. Крім того, нове покоління мисливців на мікробів почало використовувати генетичний аналіз, або відбитки ДНК, для вишукування в організмі інфекцій, про які ми раніше навіть не здогадувалися. Їхнє твердження – що приховані інфекції лежать в основі таких звичних хвороб, як артрит, серцево-судинні хвороби та хвороба Альцгеймера, – насправді може виявитися слушним, принаймні почасти. Небезпека полягає в тому, що відкриття таких інфекцій може стати причиною заклику до зброї, після чого почнеться історичне збільшення використання антибіотиків, перш ніж ми застосуємо тяжкі уроки нашої першої Столітньої війни з мікробами.

Ось тому я й хочу розповісти вам про нашу спільну еволюцію з бактеріями, без яких неможливо уявити наше життя, про докорінну зміну наших стосунків з їхнім родом та можливість усе ж досягти тривалого здоров’я й виживання в тому, що завжди було – і, без сумнівів, завжди буде – світом мікробів.

Частина. I. Війна з мікробами

Настав 1910-й, і то був рік Пола Ерліха. Одного дня того року він прибув на науковий конгрес у Кеніґсберзі, де зірвав оплески. Вони були такими шаленими й довгими, що, здавалося, Ерліху так і не дадуть виступити. Розповів же він про те, як нарешті було знайдено цей чудодійній засіб.

Пол де Крюїф. Мисливці на мікробів (1926)

Від міазмів до мікробів

Як це буває з науковими геніями, веронця Джироламо Фракасторо важко було збити з наміченого шляху. Якщо якась медична теорія не відповідала його політичним поглядам або інтересам його покровителів, цей славетний лікар епохи Відродження вмів не просто логічно її обґрунтувати, але й зробити це латинським гекзаметром. Клініцист за необхідністю, поет і науковець за покликанням, він справедливо пишався своїм поетичним трактатом «Syphilis sive morbus gallicus» («Сифіліс, французька хвороба»), виданим з великим успіхом у 1530 році. Хоча більша частина Європи звинувачувала Колумба та його іспанських моряків у завезенні «іспанської віспи» з Нового Світу, назва епічної поеми Фракасторо зручним чином переклала провину на тодішніх ворогів окупантів Верони Габсбурґів (до речі, зв’язаних з Іспанією шлюбами). Навіть вигадана Фракасторо назва цієї хвороби походила від політичної еквілібристики. У свою поему він уплів байку про пастуха Сифіліса, мешканця Атлантиди, який одразу ж вилікувався ковтком гваяку, що вважався лікувальною смолою дерева з Нового Світу, кору якого Габсбурґи якраз імпортували у великій кількості.

Але найважливішим було те, що термінологія хвороби в поемі намітила поворот у західній медицині, наставила її на курс відкритої війни зі світом мікробів. Фракасторо був першим, хто висловив словами ідею, що мікроби – невидимі оку заразні елементи – існують у якійсь матеріальній формі. Він писав:

І, як скорботи множаться в Природі,

Змішалось Сім’я зле і розмаїте,

На темних грудях Ночі відігріте, –

І в Лоні Долі зрів жахливий Плід

Віки й Віки, доки прийшов у світ.

Використання Фракасторо слова «сíм’я» відображувало нові погляди невеликої кількості його сучасників. Ці просвітлені люди почали кидати виклик гіппократівському світогляду попереднього тисячоліття, за яким усі хвороби походять від розбалансування в організмі чотирьох «соків» – крові, жовчі, чорної жовчі та слизу.

Слід визнати, що прототипні мікроби, зображені в поезії Фракасторо, були далекі від тих мікроорганізмів, які ми знаємо сьогодні. Він використовував терміни «сíм’я» та «мікроби», посилаючись на елементи, схожі більше на атоми, ніж на організми, такі як спіралеподібна бактерія сифілісу Treponema pallidum, що в той час прокладала собі шлях геніталіями європейців від папського двору до шотландського високогір’я. Фракасторо також приписував роль «потужного чинника» розташуванню планет, що начебто скерувало це невидиме сім’я з «Моря і Суші в Повітря», де воно одночасно інфікувало всю планету, – це пояснювало, чому Колумб та його моряки заразилися в Новому Світі приблизно в той самий час, коли ця хвороба виникла в Старому.

Звичайно, ідея заразності – тобто передачі хвороби від людини до людини – не була новою для Європи часів Ренесансу. У містах почали вводити карантин для жертв чуми, хоч і з невеликим успіхом, ще століттям раніше. Лікарі ж Єгипту, Індії та Китаю боролися з беззаперечною інфекційністю вірусного захворювання віспи щонайменше за 3700 років до нашої ери. Насправді всі перші цивілізації світу знали про заразність, бо живило її саме збільшення скупченості людей із розвитком цивілізацій.

Упродовж мільйонів років, коли люди та їхні предки жили як мисливці-збирачі, їхні популяції залишалися надто малими, щоб дозволити смертоносній інфекції тривати довго або поширитися далеко, перш ніж усіх повбивати чи наділити всіх, хто вижив, імунітетом – що в будь-якому випадку вело до зникнення заразних організмів. Винятками були лише мікроби, що використовували людей як вторинних господарів, мешкаючи переважно в тваринах, таких як комахи (яким вони не шкодили). Можливо, найдавнішим та найсмертоноснішим із них є малярійний паразит, мікроб із родини найпростіших, що переноситься комарами.

Коли племена Homo sapiens уперше рушили на північ від Африки приблизно 35 тисяч років тому, вони переважно позбулися своїх тропічних паразитів і насолоджувалися тривалим періодом міцного здоров’я. Наскельні малюнки доісторичних мандрівників у Європі не містять жодного натяку на епідемію, як і легенди найдавніших народів Нового Світу. Це, звісно, не говорить про те, що мисливці-збирачі вели просто-таки ідилічне існування. Голод і рани не сприяли довгому й спокійному життю, але це життя все ж було здебільшого вільним від інфекційних хвороб.

Поява постійних поселень принесла з собою стабільність щорічних врожаїв та свійської худоби, а також безпеку міцних стін. Однак мінусами стали скупченість людей і забруднення води. З розвитком цивілізації «дисципліновані» мікроби втратили своє ледь не монопольне становище в людському організмі, і з’явився новий мікробний стиль життя – хвороботворність стала вигідною, адже смертоносні бактерії могли розраховувати, що кашель та виділення тих, хто помирає, забруднять повітря й воду, спільні для тисяч людей у безпосередній близькості.

За підрахунками епідеміологів, для тривалого існування тієї чи іншої інфекційної хвороби потрібна популяція приблизно в півмільйона людей: цього достатньо, аби хвороботворний мікроб міг весь час перестрибувати від одного господаря до іншого, випереджаючи смерть або повне одужання. Не випадково, що перша письмова згадка про «пошесть» датується часом існування першої цивілізації, яка досягла цієї межі, – шумерської, вервечки з понад десятка торговельних містечок у дельті річок Тигр і Євфрат, що сьогодні на південному сході Іраку. Відомий уже чотири тисячі років епос про Гільгамеша передає оповідь про спустошення Землі демоном чуми Ером – шумерську версію історії про всесвітній потоп, але кращу, бо Ер залишав хоч трохи живих для відновлення популяції.

Подібно до людей у більшості давніх культур, шумери приписували появу різних пошестей злим богам та демонам. Тому й лікування полягало в спробах задобрити небеса. Але з розвитком перших медичних практик увага перейшла з пошуку причин хвороби на пошук засобів полегшення симптомів. Наприклад, гіппократівська традиція покладалася на оцінку дисбалансів внутрішніх енергій пацієнта (на які вказували лихоманка, утворення гною та інші симптоми), а потім повернення людини до «рівноваги» шляхом кровопускання, прочистки кишечника або пропотіння. При цьому на причини конкретного дисбалансу (забагато жовчі, недостатньо крові тощо) ніхто особливо не зважав, бо лікування було для всіх однаковим.

Можливо, сифіліс і став тим потужним поштовхом, що переконав європейців шукати цілком матеріальну, хоч і невидиму причину інфекції. Сьогодні може бути важко оцінити розмах бід, завданих сифілісом у XVI столітті, бо за багато віків спільної еволюції людини і мікроба ця хвороба стала значно менш небезпечною. У наш час лише в одного з дев’яти людей, інфікованих бактерією сифілісу, виникають достатньо очевидні симптоми для направлення його чи її до лікаря. Як це контрастує з відкритими ранами, нестерпним болем, сліпотою, безумством та смертю, так часто зображуваними в літературі та мистецтві епохи Відродження.

Величезна популярність «Сифілісу», що й досі залишається найвідомішою медичною поемою у світі, принесла Фракасторо неабияку славу й тривале покровительство, дозволивши йому відійти як від політики, так і від лікарської практики. Здобувши цю свободу, він створив менш поетичний, але значно важливіший для науки трактат «Про контагій, контагіозні хвороби й лікування», виданий у 1546 році. Там він виклав революційні тези своєї вдосконаленої мікробної теорії хвороб:

• інфекційні хвороби завжди поширюються через невидиме заразне сім’я – seminaria contagionis;

• вони роблять це трьома шляхами: contactu afficit (безпосереднього контакту), fomite afficit (контакту з зараженими предметами) та distans fit («на відстані», наприклад через повітря);

• мікроби мають спеціалізації: лихоманки не всі однакові, та й мікроб, що викликає сифіліс одного року, не може зробити коло й викликати проказу наступного;

• різні хвороби реагують на різні ліки, серед яких і методи прямої атаки – «випалювання» мікробів з організму пацієнта. У випадку сифілісу, наприклад, Фракасторо згадує ртуть (жорстокий засіб, як виявилося, бо він руйнує не лише чутливого збудника сифілісу, але й велику кількість клітин головного мозку людини).

Упродовж близько чотирьох століть запропонована Фракасторо категорія «зараження на відстані» пов’язуватиметься з розмитим поняттям міазмів – «отруйних вітрів». Зокрема, віра в міазми міцно закріпилася в головах людей під час палюче спекотного літа 1665 року, коли своє обличчя Лондону показала «чорна смерть» (бубонна чума). Щоб запобігти рознесенню цих смертоносних «вітрів», містяни забивали гвіздками двері тих, кого вона уразила, а проходячи повз, притискали до носа маленькі бутоньєрки з квітами, сильний аромат яких мав розігнати отруйні випари.

Справжні ж носії зарази – щури та їхні супутники блохи – масово плодилися серед побутових відходів, які бідні робітники вивалювали просто з вікон, не маючи кращого варіанта. До кінця літа померло понад тридцять одна тисяча осіб (15 % населення Лондона), а король зі своїм двором та більшість тих, хто мав для цього кошти, повтікали з міста. Семюел Піпс, секретар короля з військово-морських справ, описав у своєму щоденнику спустошення, що царювало навколо напередодні його власного від’їзду, так: «Але як мало людей я бачу зараз, та й ті ледь ходять, немов уже залишили цей світ».

Попри ці жахливі обставини, той самий рік приніс із собою видання першої з багатьох наукових книжок, написаних «натурфілософами» Лондонського королівського товариства. Роберт Гук наповнив свою «Мікрографію» малюнками фантастичних структур, які побачив під своїми збільшувальними лінзами: фасеток ока мухи, воші, що вчепилася в людську волосину, окремих «клітин» (термін, вигаданий Гуком) на зрізі корку.

Ані чума, ані війна з Англією не змогли завадити потраплянню примірників «Мікрографії» до Нідерландів, де нею захопився торговець тканинами Антоні ван Левенгук. Він настільки надихнувся цією роботою, що навчився сам шліфувати лінзи й сконструював перший із сотень мікроскопів, за допомогою яких згодом відкрив світ мікроскопічних організмів. Одними з перших відкриттів Левенгука стали гіганти світу мікробів: одноклітинні водорості та найпростіші, що вільно плавали в болотах неподалік його будинку. Однак за ефектом ніщо не могло дорівнятися до відкриття Левенгука 1683 року, коли він спрямував свої дедалі потужніші мікроскопи на самого себе. У листі, датованому 17 вересня, він описав той неспокійний зоопарк, який виявив у суміші власного зубного нальоту та слини, додавши малюнок, що сьогодні вважається просто-таки культовим у мікробіології:

Відтоді я майже завжди бачив, на свій превеликий подив, що в згаданому матеріалі існує багато дуже дрібних живих тваринок, що рухаються надзвичайно активно. Найбільші з них мали форму, як на рис. A. Вони рухались дуже потужно й швидко, пронизуючи воду (або слину), немов щука в річці. Цих було майже завжди небагато… Другий різновид мав форму, як на рис. B. Ці весь час крутилися дзиґою, рухаючись курсом на кшталт зображеного між точками C і D; їх було значно більше. Для третього різновиду я не зміг дібрати жодного рисунка, бо вони то здавалися видовженими, то раптом ставали ідеально круглими. Ці були настільки дрібні, що виглядали не більшими, ніж на рис. E: однак при цьому просувалися вперед так моторно і вкупі, що можна було уявити їх великим роєм комарів чи мух, що кружляють одне навколо одного. Ці останні здалися мені настільки численними, немов їх було кілька тисяч у краплі води або слини, не більшій за піщинку.

Однак ані Левенгук, ані його шановні лондонські кореспонденти не вважали відкритих ним фантастичних «тваринок» хоч трохи шкідливими, і здебільшого вони такими й не були. Достатнім свідченням цього здавалися власне чудове здоров’я й бадьорість немолодого вже голландця. У нього навіть зуби не повипадали. Ба більше, сама ідея, що такі тендітні створіння здатні комусь зашкодити, була би піднята на глум. Адже, за спостереженнями самого Левенгука, навіть ковточок гарячої кави чи винного оцту міг змусити тваринок на поверхні його зубів «одразу ж попадати мертвими». Тому впродовж наступного століття мікробіологія залишатиметься маргінальною наукою – цікавою лише натуралістам, що мусили описувати й називати мешканців цього багатого нового царства живої природи.

Друге народження мікробної теорії

Кінець XVIII століття приніс відкриття перших у Європі пологових відділень та будинків – велике досягнення у сфері охорони здоров’я, покликане служити як багатим, так і бідним. Однак ті часи позначені й особливо високою смертністю від післяпологової гарячки, що ширилася новими популярними закладами, вбиваючи тисячі людей. І не дивно, бо лікарі й акушерки постійно переходили від хворих до здорових породіль, засовуючи заражені руки й інструменти у вологі й роз’ятрені пологові шляхи та матки. Але ідею про те, що медики можуть поширювати інфекцію, поділяли дуже небагато людей, тоді як багато хто на неї не зважав. Якщо розібратися, це суперечливе уявлення пізніше знищить чимало кар’єр.

Першою стала кар’єра шотландського хірурга Александра Ґордона. У своєму «Трактаті про абердинську епідемію післяпологової гарячки» 1795 року він писав:

Я маю незаперечні докази, що причиною цієї хвороби стало якесь специфічне зараження (інфекція)… [бо] ця хвороба оволодівала лише тими жінками, у яких проводили огляд чи приймали пологи лікарі або яких доглядали медсестри, що перед тим мали справу з пацієнтками, ураженими цією хворобою.

Ґордон також відзначив схожість між білуватою речовиною, поміченою в матках жінок, які померли від післяпологової гарячки, та вагінальними виділеннями при бешисі чи ранових інфекціях. Він указував на те, що «якщо під час розтину путридного [гнійного] тіла хірург подряпає палець, це місце загноїться». Запропоноване Ґордоном лікування післяпологової гарячки було ледь не середньовічним: пускати півтори пінти крові в жінок, що в багатьох випадках і так уже втратили чимало крові під час дітонародження. Але його рецепт запобігання її поширенню був безпомилковим:

Одіж та постільну білизну пацієнток слід або спалювати, або ретельно вичищати, а медсестри й лікарі, що мали справу з пацієнтками, ураженими післяпологовою гарячкою, повинні ретельно митися й належним чином окурювати свій одяг [сіркою], перш ніж одягати його знову.

Аналогічні засоби вже використовували для зупинки спалахів кору та віспи, що, як вважалося, виникали через міазми, а потім поширювалися від людини до людини.

Ґордон став першим із цілого ряду лікарів, які своїм наполяганням на митті рук та стерилізації образили значно більше людей, аніж переконали. Півстоліття потому змусити лікарів визнати інфекційну природу післяпологової гарячки на іншому березі Атлантики безуспішно намагався молодий Олівер Венделл Голмс. Знехтуваний усіма як іще один божевільний «контагіоніст», уже через чотири роки, у 1847-му, він відмовився від медичної практики, ставши викладачем Гарварду й заживши міжнародної слави своїм літературним талантом, тоді як про його медичні надбання світ забув.

Того ж року, як Голмс облишив медичну практику, угорський лікар Іґнац Земмельвайс надав чіткі докази контагіоністських теорій Ґордона та Голмса. Працюючи у всесвітньовідомій віденській навчальній лікарні Allgemeine Krankenhaus, Земмельвайс зумів розвернути у зворотний бік захмарні показники післяпологового сепсису, наполягаючи, аби між проведенням розтинів і допомогою жінкам під час пологів лікарі та інтерни мили руки щіточками з хлорним вапном (порошковим вибілювачем). Але в процесі цей вічно набурмосений і непривітний угорець так ображав своїх віденських колег натяками на їхню неохайність, що вони всі виступили проти нього. Позбавлений у 1850 році своїх дослідницьких привілеїв у Віденській медичний школі, Земмельвайс усе покинув і повернувся до своєї рідної Угорщини, де в нього почався психічній розлад. Коли ж їхнього потенційного рятівника замкнули в психлікарні, віденські породіллі знову почали масово помирати. За жорстокою іронією долі, опинившись у лікарні, Земмельвайс так само помер від загального зараження крові, найімовірніше, заражений через поріз пальця, отриманий під час одного з останніх розтинів у медичній школі.

До того часу європейські та американські лікарі здебільшого розділилися на два табори: контагіоністів, що обстоювали мікробні теорії, і санітаристів, або гігієністів, які стояли на ідеї міазмів – із доповненням, що ці «отруйні вітри» виникають від бруду та гниття.

З боку контагіоністів ряд дослідників помітили в ураженій хворобою тканині присутність мікроскопічних організмів. Але багато хто вважав: навіть якщо бактерії й існують у крові й тканинах хворих, вони не викликають хвороб, а радше просто виникають – спонтанно – з мертвої та помираючої тканини. Навіть видатний прусський зоолог Кристіан Ернберґ, який у 1847 році вигадав слово бактерія (від грецького бактрон – «паличка»), стверджував, що «несхвально дивиться на новомодну ідею, ніби мікроби здатні спричиняти хвороби».

Проте окремі медичні дослідники не полишали підозр, що за інфекційними хворобами все ж можуть стояти якісь різновиди мікроскопічних форм життя. У 1770 році англійський лікар Бенджамін Мартен писав:

Первинною й основною причиною [туберкульозу], якою одні звикли називати серйозну диспропорцію соків, другі – подразливість солей, треті – якийсь дивний фермент, а четверті – злоякісну рідину, цілком може виявитися певний вид тваринок – дивовижних дрібних живих істот, що через свою особливу форму або невідповідні частини шкідливі для нашої природи.

Далі Мартен визнає, що його нова теорія «безперечно, здасться дивною дуже багатьом». По суті, такі химерні ідеї стали тоді предметом популярних жартів, про що свідчить написана в 1768 році театральна комедія Семюела Фута «Диявол на двох палицях». У тій п’єсі диявол в особі такого собі «д-ра Пекельного», новоприбулого президента Лондонського медичного коледжу, запрошує лікарів та сановників подивитися в його мікроскоп на «маленьких створінь, схожих на жовтих мушок», яких він відкрив як причину всіх хвороб. І яке д-р Пекельний пропонує лікування?

Я даю кожному пацієнтові дві цілих і одну п’ятдесяту аптекарської міри яєць павука, що травними силами закидаються в секреторні органи, відділяються там від їстівного, а потім осаджуються в кровоносну систему, де після пошуків гнізда виходять зі стану спокою, оживають, а оживши, розпізнають цих мушок, свою природну їжу, і негайно накидаються на них, просто викорінюючи їх у крові та відновлюючи здоров’я пацієнта.

Що ж до того, як позбутися потім павуків, д-р Пекельний запевняє лікарів:

Розумієте, вони помирають самі від браку харчу. Тоді я відправляю пацієнта до приморського Брайтгельмстоуна, де пара занурень у солону воду вимиває з його крові геть усе павутиння.

Контагіоністи залишались об’єктами глузувань навіть через століття, коли видатний німецький патологоанатом Якоб Генле поставив своїм студентам з Геттінгенського університету одне завдання. «Перш ніж мікроскопічні форми можна буде вважати причиною зараження, – проголосив він, – треба виявити їхню постійну присутність у заразному матеріалі, виділити з нього й протестувати їхню силу [здатність до зараження]».

1876 року один зі студентів Генле, Роберт Кох, почав виконувати одну за одною вимоги свого вчителя щодо доказів (так звані постулати), що сьогодні пов’язуються з іменем молодшого вченого. Зокрема, Кох працював із Bacillus anthracis (збудником сибірської виразки) та Mycobacterium tuberculosis (бактерією, що викликає туберкульоз). Він неодноразово продемонстрував, що може виділити їх із крові або мокротиння інфікованих людей і тварин, виростити у своїй лабораторії, а потім ввести здоровим лабораторним тваринам, зробивши тих хворими.

Суперник Коха в науці, французький хімік Луї Пастер, тоді вже показав, що мікроорганізми, які переносяться повітрям, можуть перешкоджати належному бродінню вина та пива, і припустив, що ці мікроби можуть аналогічним чином викликати «загнивання» відкритих ран. Ідеї Пастера так вразили англійського хірурга Джозефа Лістера, що в 1865 році він почав занурювати перев’язувальні матеріали та хірургічні інструменти в дезінфекційний розчин карболової кислоти – і навіть лити цю їдку рідину безпосередньо на рани. Хоча Лістерові й бракувало технічних умінь найвидатніших хірургів того часу, він швидко здобув міжнародну славу через безпрецедентні рівні виживання його пацієнтів. За наступне десятиліття спокійний та ввічливий Лістер зумів переконати велику частину західної медичної спільноти почати використовувати антисептичні й асептичні техніки.

Пастер тим часом усвідомив: перш ніж світ зможе прийняти ідею, що мікроби розносять хвороби, фізично передаючись від людини до людини, хтось має розвінчати стійке переконання щодо спонтанного виникнення мікробів. Один із викладачів Пастера, хімік на пенсії Антуан Балар, допоміг йому розробити експеримент саме для цього. Пастер частково наповнив низку скляних колб бульйоном (і колби, і бульйон він стерилізував нагріванням), а потім за допомогою пальника вигнув шийки колб у тонку криву, що дозволяла надходити всередину повітрю, але перешкоджала доступу частинок пилу з їхнім невидимим вантажем мікроорганізмів. Зображення «пастерівської» колби з лебединою шийкою стало в біології одним із найвідоміших.

Як Пастер і передбачав, бульйон залишався прозорим, доки він не відламував скляну шийку, цим дозволяючи проникати всередину мікробам, що переносяться з пилом. Вони дуже скоро робили заражений тепер бульйон каламутним. Так Пастер водночас спростував ідею, що мікроорганізми можуть виникати спонтанно зі стерильного матеріалу, і продемонстрував їхню невидиму присутність у повітрі навколо нас.

Після цього Пастер показав, що нагрівання здатне вбивати хвороботворні бактерії в харчах та воді. Його метод пастеризації молока негайно й різко знижував поширення туберкульозу від інфікованих корів та доярок. Мікробна теорія разом із появою розуміння імунної системи прискорили також розроблення вакцин. Пастер та інші знайшли способи послабити, або «знизити заразність», мікробів та вірусів настільки, щоб вони залишалися всередині людини достатньо довго для породження імунітету, але не серйозних хвороб. Так у 1881–1882 роках Пастер розробив успішні вакцини проти бактерії сибірської виразки та вірусу сказу. А 1890 року протеже Коха Еміль фон Берлінг розробив перші антитоксини, що налаштовували імунну систему на швидке усування токсичних хімічних речовин, вироблених Corynebacterium diphtheriae та Clostridium tetani, бактеріями, що стоять за дифтерією та правцем відповідно.

Перші мисливці на мікробів не змогли виявити глибокі відмінності між надзвичайно простою «прокаріотичною» клітиною бактерії (предметом цієї книжки) та більшою й складнішою «еукаріотичною» клітиною мікроскопічних паразитів, таких як найпростіші (збудники малярії, лямбліозу та амебної дизентерії) і грибки (збудники молочниці та лишаю), що поширені значно менше. Вони також дійшли помилкового висновку, що віруси є інфекційними мікроорганізмами, надто крихітними, аби вчені могли їх побачити в найпотужніші зі своїх мікроскопів. Сьогодні ми знаємо, що віруси є неживими частинками загорнутих у білок нуклеїнових кислот (ДНК або РНК), що проникають до наших клітин і помилково копіюються там до нудоти, живлячи новий раунд інфекції. Але ці відмінності не мали великого значення з точки зору запобігання інфекціям шляхом стерилізації, що не лише вбиває мікробів, але й руйнує хімічні властивості вірусів. Вакцини виявились однаково ефективними проти живих організмів та вірусів, бо вони працюють, приводячи в бойову готовність імунну систему, аби та була на сторожі контрольних білків чи інших хімічних маркерів, пов’язаних із мікробами, вірусами чи будь-якими іншими потенційно небезпечними речовинами, на кшталт дифтерійного токсину.

Санітаристи

За іронією долі, найбільший крок у розриві цивілізаційного кола смертоносних епідемій судилося зробити табору, що не вірив у мікроби. Велике санітарне пробудження середини XIX століття розпочалося, коли вищі класи Лондона, Парижа та Нью-Йорка занепокоїлися через дедалі більш переповнені нетрі їхніх міст, застійні вигрібні ями, відкриту каналізацію та сміття – усе це вони вважали розсадниками міазмів. Вони так і малювали в уяві, як отруйне повітря буквально на очах збирається в хмару з цієї гнилизни й розкладу, а потім уночі переноситься до їхніх чистеньких районів. Муніципалітети почали розгортати в усіх куточках міст сміттєзвалища та наймати інженерів для перепланування каналізаційних систем. До кампанії долучилося навіть духовенство, цитуючи теолога XVIII століття Джона Веслі, який закликав своїх парафіян із середнього класу «навчати всіх бідних, яких ви відвідуєте… ще двох речей, з якими вони зазвичай мало знайомі, – чистоти й охайності».

Свою найефективнішу поборницю принцип охорони здоров’я «чистота веде до благочестя» знайшов під час Кримської війни в особі знаменитої «леді з лампою» Флоренс Найтінґейл. 1854 року після скандальних повідомлень про жахливі умови у військових шпиталях Найтінґейл привезла до Скутарі (тепер це Стамбульський район Ускюдар на території сучасної Туреччини) близько тридцяти жінок для догляду за пораненими англійськими солдатами. Хоча вона підпорядковувалась безпосередньо британському військовому міністрові, Найтінґейл описувала свою роботу як «куховарка, сестра-хазяйка, прибиральниця… та праля», а свою персональну місію – як вигнання міазмів, що вбивали значно більше солдатів, аніж кулі чи багнети.

У листі до матері Найтінґейл хвалилася тим, що звільнила свої палати від холери, розкладаючи по всіх кутках мішечки з хлористим вапном, немов сама присутність дезінфектанту якось очищувала повітря від отрути. Вона також приписувала зниження рівнів інфекції своїй практиці «поховання мертвих собак та білення інфікованих стін, двох основних причин гарячки». Хоча вона й неправильно визначала справжнього ворога у своїх шпиталях, цілодобове наведення чистоти Найтінґейл явно знизило рівні зараження, а тому її мемуари 1859 року «Нотатки про догляд» стали міжнародним бестселером.

Але якщо Англія дала світові її героїню гігієни, Сполучені Штати породили свого полковника чистоти – Джорджа Ворінга із зовнішністю кайзера, який, на превеликий захват політичних карикатуристів, навощував і тонко закручував свої довгі білі вуса. Цивільний інженер за освітою, Ворінг доріс до звання полковника під час Громадянської війни, а потім у роки повоєнного відновлення був членом Національної ради з питань охорони здоров’я, відвідуючи різні міста країни й даючи поради щодо будівництва герметичних бетонних ліній каналізації, що, за його твердженням, мали запобігти витоку міазмів. По правді кажучи, каналізаційні системи Ворінга дійсно творили дива, але за рахунок того, що не давали людським відходам потрапляти в питну воду. Завдяки цьому вони забезпечили безпрецедентний захист від таких смертоносних діарейних хвороб, як холера, дизентерія та черевний тиф. Тому вони цілком заслужено стали міжнародною моделлю сучасного покращення санітарних умов води.

І це не весь внесок Ворінга в розвиток гігієнічних норм. 1895 року, під час недовгого правління мера-реформатора Вільяма Л. Стронга, він узявся за розчистку Нью-Йорка. Ворінг виявив, що вулиці міста «майже скрізь захаращені. У вологу погоду вони вкривалися слизом, а в суху повітря було сповнене пилу… По вулицях валялися всі види мотлоху, сміття й зола, а в спеку місто неприємно вражало випарами напіврозкладеної органіки… і звідусіль проступала й смерділа чорна гнилизна».

Підтверджуючи опис Ворінга, фотографії Мангеттена тих років демонструють вулиці, де по коліна гною, прілого сміття та дохлих тварин – і не лише котів і собак, але й робочих коней, яких просто в запряжках гинуло десь із п’ятнадцять тисяч щороку. Скрізь роїлися мухи. А ті кілька каналізаційних систем, що тоді існували, скидали неперероблені відходи безпосередньо в гавань та річки, що оточували Мангеттен з усіх боків.

Хоча він і не надто полюбляв політиків, Ворінг знав, як завести публіку. Він зробив символом санітарного департаменту міста кадуцей (посох лікаря), ліплячи його на сотні блискучих новеньких сміттєвозів. Ще він зодягнув свою нову армію з 7300 вуличних прибиральників у сніжно-білу уніформу, що більше нагадувала вбрання санітарів у лікарні, ніж сміттярів. Коли Ворінг очолив свої гарно вбрані «Білі крила» на їхньому першому міському параді, газети писали про натовп, що прийшов із них посміятись, а залишився аплодувати. «Його мітла врятувала в переповнених нетрях більше життів, аніж ціла купа лікарів», – напише згодом антикорупційний журналіст Джейкоб Різ. Ворінг навіть залучив до своєї кампанії міських дітлахів, створивши молодіжну санітарну лігу. Під гаслом кампанії «Чистота захоплює» Департамент охорони здоров’я Нью-Йорка роздавав значки, сертифікати, білі кепки та різні призи тисячам дітей, що давали обітниці, співали повчальних пісень, чистили шкільні подвір’я та підштовхували своїх рідних у бік «сучасного покращення санітарних умов».

З поверненням до влади в місті демократів у 1897 році Ворінг пішов у відставку. Але наприкінці свого короткого царювання на вулицях він міг із повним правом похвалитися: «Тепер Нью-Йорк абсолютно чистий у всіх його частинах». Місто стало одним із найчистіших, якщо не найчистішим у світі. Найважливіше, що у своєму останньому звіті Ворінг міг стверджувати:

Порівняно з середнім рівнем смертності 26,78 у 1882–1894 роках, у 1895-му він склав 23,10, у 1896-му – 21,52, а в першій половині 1897-го – 19,63. Якщо остання цифра збережеться до кінця року, це означатиме на 15 тисяч смертей менше, ніж було б за середнього рівня попередніх 13 років.

Системи водопостачання та каналізації також уможливили широке розповсюдження домашніх водогонів – чистої води в крані та змивного туалету в звичайних родинах. На той час уже поширені на півночі Європи, домашні водогони почали набувати популярності від північно-східних штатів до півдня та заходу і від міських районів до сільської місцевості.

Диво сучасного покращення санітарних умов здебільшого розірвало коло пов’язаних із водою епідемій, що почалися ще зі скупченості людей у результаті розвитку перших цивілізацій. У поєднанні з успіхами медичної гігієни (дезінфекція хірургічних інструментів та перев’язувальних матеріалів) воно привело до безпрецедентного збільшення тривалості життя майже вдвічі в усьому розвиненому світі. У Сполучених Штатах середня тривалість життя зросла з тридцяти восьми років у 1850-му, коли почалися перші реформи громадської гігієни, до шістдесяти шести в 1950-му, якраз напередодні поширення антибіотиків.

Пошук чудодійних засобів

Докази Коха й Пастера, що конкретні мікроби викликають конкретні хвороби, дали поштовх новому поколінню медичних дослідників розпочати масштабну війну зі світом бактерій з метою їх повного винищення. При цьому вчені зазвичай ігнорували менш однозначну думку Пастера, що не всі бактерії несуть шкоду і що багато з них, якщо не більшість, можуть бути корисними. Пастер показав, наприклад, що лабораторних тварин можна захистити від смертельно небезпечної бактерії сибірської виразки, якщо одночасно з нею ввести їм суміш різних нехвороботворних бактерій із ґрунту та екскрементів. Чи не доводить це, питав він, що деякі бактерії насправді захищають від хвороб? Далі він припустив, що більшість бактерій, виявлених на шкірі, у роті та кишковому тракті тварин і людей, не лише нешкідливі, але й необхідні для життя. Пастер навіть зайшов настільки далеко, що заявив: бактерії, які за нормальних умов живуть у нашому організмі, можуть виявитися необхідними для нашого виживання. Він заохочував своїх студентів перевірити цю ідею, спробувавши виростити лабораторних тварин за абсолютно безмікробних умов, такими словами: «Якби я мав час, то точно взявся б за це дослідження, заздалегідь знаючи, що в таких умовах життя неможливе».

Найвидатніший протеже Пастера лауреат Нобелівської премії Ілля Мечников відкрито насміхався з того, що вважав наївністю свого наставника. Мечников дивився на бактерії як на найгірший різновид паразитів. Він звинувачував «гнильне розкладання» бактерій у людському кишечнику в старечому згасанні, атеросклерозі та загальному скороченні тривалості життя. Він наполегливо радив не їсти сирі фрукти й овочі (щоб запобігти проникненню «диких» мікробів) і передбачав, що одного дня хірурги будуть планово видаляти весь товстий кишечник людини, щоб позбавити нас «хронічного отруєння його численною кишковою флорою». А доти, на його думку, «більш розважливо атакувати шкідливі мікроби товстого кишечника». Водночас його схильна до науки дружина Ольга прийняла виклик Пастера щодо перевірки ідеї про життєво важливу роль бактерій: її безуспішна спроба зберегти життя пуголовків за стерильних умов явно породила в оселі Мечникових палкі дискусії. Але загалом у медичному світі переміг усе ж погляд саме Іллі Мечникова, що найкращий мікроб – мертвий мікроб.

Першими успіхами у війні проти інфекційних хвороб стали, зокрема, вакцини. Коли вони діяли, то часто діяли блискуче, виробляючи стійкий, іноді довічний імунітет до хвороб. Однак, як і покращення санітарних умов, вакцини могли лише запобігати хворобі, а не лікувати її. Для лікування активної інфекції медицина XIX століття мало що могла запропонувати, крім кількох високотоксичних антимікробних препаратів, таких як ртуть та миш’як, що ризикували вбити пацієнта разом з усім, що зробило його хворим.

1885 року німецький патолог Пауль Ерліх дійшов висновку, що сучасна медицина потребує якогось «чудодійного засобу», який знищував би бактеріальні клітини, але залишав людські клітини неушкодженими. Ідея Ерліха походила з його власного спостереження, що бактеріальні клітини фундаментально відрізняються від людських, і була не просто марним сподіванням. Річ у тім, що за рік до того данський мікробіолог Ганс Кристіан Ґрам продемонстрував свою класифікацію всіх бактерій на дві основні групи – сьогодні відомі як грампозитивні та грамнегативні – на підставі того, яким чином їхні клітини поглинають та утримують кристалічний фіолетовий барвник. Ерліх усвідомив, що ця класифікація побудована на відмінностях у структурі напівтвердої стінки бактеріальної клітини – стінки, не виявленої навколо тонкої оболонки, що оточує клітини тварин і людей.

Ерліх припустив, що, якщо він зможе знайти якийсь токсичний барвник, який поглинають лише бактерії, це, можливо, і стане чудодійним засобом його мрій. Після цього він протестував понад дев’ятсот барвників та подібного роду хімікатів. 1908 року його сполука 606, пізніше названа сальварсаном, довела свою ефективність проти збудника сифілісу – грамнегативного мікроба. Однак вона виявилась далеко не безпечною для пацієнтів. Окрім того що цей токсичний хімікат викликав ушкодження печінки, він подекуди призводив до ампутації руки пацієнта, коли випадково витікав із вени під час введення. Проте він урятував тисячі життів і спонукав низку європейських хімічних компаній стати спонсорами досліджень із пошуку інших хімікатів, що могли виявитися вибірково токсичними для бактерій. Цей розширений пошук приніс сульфаніламідні препарати, що, як і сальварсан, походили від барвників. Сульфаніламідні препарати виявились напрочуд ефективними проти розмаїття грампозитивних бактерій, зокрема Streptococcus pyogenes – збудника гострого тонзиліту й скарлатини, та помірно ефективними проти Staphylococcus aureus – ще однієї грампозитивної бактерії та головного винуватця заражень шкіри та крові.

Тим часом світ наблизився до отримання свого першого справжнього антибіотика – за визначенням, убивчої для мікробів сполуки, що виробляється іншим мікробом. 1896 року французький студент-медик Ернест Дюшен, вивчаючи конкуренцію серед мікроорганізмів у лабораторних чашках для вирощування культур, продемонстрував, що грибок плісняви Penicillium glaucum легко перемагає колонії кишкової палички E. coli. Після цього він показав: якщо ввести лабораторним щурам комбінацію цього грибка і, здавалося б, смертельної для них дози бактерій тифу, щури виживають. На жаль, самому Дюшену так не поталанило. Не встигнувши завершити своє дослідження, він помер від туберкульозу.

У наступні двадцять років грибок Penicillium привернув до себе увагу кількох інших дослідників, найбільше з яких уславився біохімік Александр Флемінг, який у 1928 році помітив, що чашка з агаровим середовищем, де він вирощував колонії Staphylococcus aureus, забруднена пліснявою. Подейкують, що в одному з найвідоміших випадків применшення в історії Флемінг кинув своєму асистентові: «Це цікаво». Хоча забруднення лабораторних чашок Петрі пліснявою було явищем нерідкісним, цей грибок повбивав геть усі бактерії стафілококу навколо себе.

Наступним надзвичайно важливим кроком стало виділення й очищення антибактеріальної хімічної речовини плісняви в достатніх кількостях. Під час Другої світової війни хіміки з Оксфордського університету Говард Флорі та Ернст Чейн удосконалили цей процес, врятувавши життя сотням солдатів військ союзників. Між тим французько-американський ґрунтознавець Рене Дюбо відкрив ще більш плідний шлях до відкриття антибіотиків. Дюбо давно дивувався багатству й різноманіттю бактерій, виявлених у грудці бруду, та здатності цих мікроорганізмів псувати або руйнувати практично все. По суті, він правильно здогадався, що, якби не переробні здібності ґрунтових бактерій, ми всі ходили би вже по коліна в рослинних і тваринних рештках. Він також припустив, що ґрунтові бактерії, мабуть, використовують одна проти одної цілий арсенал біохімічної зброї, борючись за простір та поживні речовини в їхньому тісному підземному світі. А тому в 1930-х роках він почав перевіряти різні види нешкідливих ґрунтових бактерій на предмет їхньої здатності вбивати своїх хвороботворних родичів.

У 1939-му Дюбо виділив з ґрунтової бактерії Bacillus brevis антибіотик граміцидин – і це за десять років до того, як до широкого вжитку ввійшов пеніцилін. Хоч і надто токсичний для внутрішнього застосування, граміцидин можна було сипати на відкриті рани для запобігання зараженню чи припинення його. Як і у випадку з сальварсаном, частковий успіх граміцидину викликав справжній бум у пошуках антибіотиків. У наступні двадцять років – золоту еру відкриття антибіотиків – ґрунтові бактерії принесли сучасній медицині більшість антибактеріальних ліків, що використовуються й досі. 1962 року лауреат Нобелівської премії медичний мікробіолог Макфарлен Бернет розпочав нове видання своєї знаменитої книжки «Природознавство інфекційних хвороб» ледь не з виправдань. Відзначаючи викликану антибіотиками революцію, він визнав, що «часом з’являється таке відчуття, що писати про інфекційні хвороби – це майже як писати про щось, що вже пішло в історію».

Частина. II. Життя на людині

Усіх людей, що живуть у наших Сполучених Провінціях Нідерландів, не так багато, як живих істот, яких я ношу у своєму роті цього дня.

Антоні ван Левенгук (1683)

Тіло як екосистема

Екологія як наука залишалась доволі туманним та маловивченим напрямом аж до початку 1960-х років, коли загрозливі наслідки руйнування довкілля почали описувати такі біологи, як Рейчел Карсон. Своїм бестселером 1962 року «Мовчазна весна» вона майже одноосібно ввела слово «екологія» до повсякденного лексикону людей. Того ж року бактеріолог із Вашингтонського університету Теодор Роузбері опублікував трактат про екосистему, що була ще ближчою, однак значно менш знайомою нам, аніж позбавлені пташиного співу поля й ліси Карсон. У своїх «Мікроорганізмах, природних для людини» Роузбері підбив підсумки всього, що було відомо на той час про бактеріальні життєві форми, які населяють простори людського тіла, та їхні взаємодії з їхнім «навколишнім середовищем», як корисні, так і шкідливі. При цьому він дав науці перший докладний перепис представників людської «мікрофлори», разом з усіма небагатьма даними, наявними тоді, про їхню діяльність.

Хоча Роузбері написав свою працю якнайсухішою науковою мовою, цей викладач із цапиною борідкою та вічним пихканням люльки мав у кампусі дивну репутацію через схильність бентежити студентів на лекціях і семінарах яскравими описами мікроскопічного ландшафту тіла – описами, що виходили за межі просто відразливого, створюючи враження якоїсь химерної краси. Одна з його улюблених оповідок подавала погляд очима мікробів на вакхічну сцену в епізоді оскароносного фільму 1963 року «Том Джонс», яку часто називають найсексуальнішим споживанням їжі, будь-коли показаним у кіно:

Додавши у своїй уяві до кольорової камери [Тоні] Річардсона мікроскоп, я зумів подумки збільшити дрібні м’ясисті розщелини навколо зубів Тома і Дженні, коли вони їли, і побачити там круговерть мікробного життя, шалений рух спірохет, ковзання туди й назад товстіших закручених спірил і вібріонів, більш мляві й неповороткі ланцюжки, скупчення й колонії бацил та коків, що вештаються навколо чи вирують поміж відсталими лусочками епітелію, волокнами й залишками клітин та часточок їжі. Як і великі красиві тварини, у роті яких вони живуть, це теж організми, живі істоти; і я зумів уявити, як вони, абсолютно подібно до Тома і Дженні, насолоджуються несподівано багатою трапезою після довгого голодування.

Роузбері був радий, що ідея про людське тіло як мікробну екосистему припала до смаку студентам коледжів 1960-х років. «Відкидаючи багато з наших цінностей, у тому числі саму ідею охайності, вони вважають чистоту частиною ошуканства лицемірного світу, – зазначав він. – Міф про те, що мікроби та бруд завжди є нашими ворогами, просто шкідливий і дорого нам обходиться. Його треба позбутись». Тісно згуртована спільнота резидентних «мікробів» тіла, на думку Роузбері, є також найпотужнішим бастіоном людства проти навали їхніх не так добре пристосованих хвороботворних родичів. Якщо коротко, бактерії є невід’ємною частиною екосистеми здорової людини.

Роузбері також описав народження людини як появу нового мікробного помешкання, заселення якого передбачає злиття двох дуже різних царств живого. Якщо все йде добре в перші кілька годин, днів, місяців та років життя, результатом стає формування захисних мікробних сил. Ця «гвардія» розгортається по всій шкірі та слизових оболонках дитини, від її блискучої маківки до тунелів дихальних і травних шляхів і нижче, до пітних проміжків між пальцями ніг. А є великі шанси, підкреслював Роузбері, що все якраз пройде добре. Ця дитинка буде чудово почуватись у світі, повному мікробного життя, а інстинкти спонукатимуть її хапати руками та ротом усі обсиджені бактеріями поверхні в межах досяжності. Аналогічне ж інстинктивне розчулення, як вважає Роузбері, підштовхує батьків, братів та сестер і домашніх улюбленців додавати до цього їхні мікробні поцілунки, обійми та облизування.

Приготування до союзу людини і мікробів починаються ще до народження. Посеред вагітності гормони командують клітинам, що вистеляють піхву жінки, почати накопичувати цукристий глікоген – улюблену їжу товстих, схожих на сосиски бактерій під назвою лактобацили. Зброджуючи цукор у молочну кислоту, ці бактерії знижують кислотно-лужний баланс піхви до рівня, що перешкоджає росту потенційно небезпечних агресорів. До такого роду загроз належать окремі кишкові бактерії, що можуть випадково потрапити до піхви з анусу, а потім розплодитися й поширитися в матку, викликаючи небезпечну для вагітності інфекцію. Крім того, лактобацили, що виділяють кислоту, забезпечують частковий захист від бактерій, що передаються статевим шляхом (Neisseria gonorrhoeae та Chlamydia trachomatis), здатних викликати сліпоту в новонароджених, інфікованих під час проходження через пологові шляхи.

Деякі вагінальні лактобацили також виробляють перекис водню – по суті, той самий шипучий дезінфекційний засіб, який матері ллють дітлахам на подряпані колінця. Ці надзвичайно агресивні лактобацили особливо ефективні в боротьбі з розростанням Streptococcus agalactiae (стрептококів групи B). Доволі поширені в піхвах жінок, де відсутні лактобацили, що виробляють перекис водню, стрептококи групи B залишаються основною причиною дитячої смертності. Щороку в Сполучених Штатах вони викликають тисячі небезпечних для життя випадків пневмонії, менінгіту й зараження крові переважно в дітей у віці до місяця. Оскільки природний захист лактобацил далеко не ідеальний, західні акушери в плановому порядку призначають породіллям із позитивним тестом на стрептококи групи B антибіотики. За іронією долі, попередні курси антибіотиків (прописані з інших причин) часто якраз і звинувачуються насамперед у дозволі стрептококам групи B потрапити в пологові шляхи, бо ці препарати мають тенденцію підривати лактобацильний захист жінок.

До вуст немовляти

Протягом життя багатогранний Роузбері вивчав усе – від породжуваного бактеріями «фекального запаху тіла» (запаху кишкових газів) до загрози бактерій як біологічної зброї. Однак посада викладача, яку він обіймав на стоматологічному факультеті Вашингтонського університету, передбачала зосередження основної уваги на мікробній екосистемі людського рота. Його глибокі знання в цій сфері дали нам перший докладний опис заселення й дозрівання мікробної спільноти, виявленої за губами здорової людини.

Зазвичай найперше занесення бактерій у рот немовляти містить чималу порцію лактобацил, присутніх у пологових шляхах матері. З першим ковтком грудного молока до цих лактобацил долучаються мільйони біфідобактерій – спорідненої групи кислототвірних мікробів. Ці присадкуваті, роздвоєні мікроби загадковим чином виникають усередині й навколо сосків набухлих грудей жінки на восьмому місяці вагітності. Там біфідобактерії виділяють потужну комбінацію кислот і антибіотиків для відлякування таких потенційно небезпечних мікробів, як Staphylococcus aureus (з його бридкою звичкою заражати навіть дрібні ранки від прищиків у немовлят). Їхня раптова поява на грудях під кінець вагітності спантеличила Роузбері, бо ці бактерії анаеробні, тобто їм шкодить кисень, вони не здатні вижити на відкритому повітрі. Виявилося, що вони ростуть глибоко у вільних від кисню камерах молочних протоків і витікають назовні з першими невидимими краплями молозива, або «первинного молока». Хоча самі біфідобактерії гинуть на відкритому повітрі, вони залишають по собі кислоти, що годинами затримуються на грудях та в роті немовляти. Вони долучаються до лактобацил, допомагаючи відібрати перших постійних мешканців ротової порожнини. Сюди входить стійкий до кислот Streptococcus salivarius – схожі на намистинки бактерії, що виникають на язику немовляти впродовж першого ж дня життя. За допомогою сильних адгезинів (біохімічних абордажних гачків) ці «хороші» стрептококи закріплюють ланцюжки своїх колоній на шорсткій поверхні язика й залишаються там як одні з основних видів мікробів здорової ротової порожнини. Декілька інших стрептококів, такі як Streptococcus oralis та Streptococcus mitis, оселяються в роті після першого тижня життя. Так само роблять і деякі види нейсерій – бактерій, що виникають як парні кульки, розкидані яснами, піднебінням та внутрішньою поверхнею щік. Якщо новонародженому пощастить, то популяція його нейсерій матиме в собі пухнасті бурі круглячки Neisseria lactamica, що чудово почуваються на лактозі (молочному цукрі). Раннє заселення ротової порожнини цим видом мікробів виробляє міцний імунітет проти його злочинного родича Neisseria meningitidis, найпоширенішого збудника бактеріального менінгіту – потенційно смертоносного запалення оболонок, що вкривають головний та спинний мозок.

Звідки ж беруться всі ці перші поселенці? Визначивши специфічні підтипи бактерій у ротових порожнинах дітей, дослідники виявили, що переважна більшість із них прослідковується безпосередньо до ротів їхніх матерів – завжди в межах легкої досяжності крихітних пальчиків немовляти. Додатково сприяти росту мікробів, які вони сприймають як «власні», можуть материнські антитіла, що все ще циркулюють у крові новонародженого (передані під час вагітності). Друге місце серед джерел заселення немовляти бактеріями посідають старші діти в родині, особливо старші брати – мабуть, через їхню неідеальну власну гігієну.

У міру встановлення схеми годування дитини (грудьми чи сумішшю) популяція бактерій усередині її рота помітно збільшується і зменшується залежно від надходження молока. З кожним прийняттям їжі кількість резидентних мікробів зростає, а потім знову падає. Більш стабільним, але менш потужним джерелом харчування для бактерій (водної суміші білків, цукрів та мінералів) є слинні залози рота. Епітеліальні клітини, що вистеляють ізсередини щоки й мигдалини, помалу виділяють муцини – слизовий різновид глікопротеїнів (так званий цукровий білок). Муцини підживлюють резидентні бактерії, але не дають їм безпосередньо кріпитися до ніжного епітелію та ушкоджувати його.

Перша хвиля аеробних бактерій рота споживає достатньо кисню для утворення зони під ними, де можуть чудово почуватись анаеробні бактерії. До того часу як немовляті виповниться два місяці, розгляд його ясен під мікроскопом покаже скупчення та ланцюжки різноманітних бактерій вейлонел і довгих розгалужених клітин кількох видів актиноміцетів. Ці анаеробні бактерії живляться біохімічними відходами своїх мікробних сусідів і тим допомагають стабілізувати їхню екосистему в міру збільшення її скупченості.

Допоки екосистема ротової порожнини не досягне зрілості, немовля залишається чутливим до молочниці – розростання грибка Candida albicans. Маючи вигляд вивищених кремоподібних плям, колонії кандиди випускають гіфи (волокна), що проникають у тканини та запалюють їх, викликаючи появу відкритих ранок. У міру збільшення густоти й різноманіття бактерій ротової порожнини популяція кандид зазвичай зменшується до розсипів окремих клітин. У випадку ж, коли щось порушить екологічний баланс рота, ці розсипи можуть розростися в агресивні колонії. Дуже часто цим «чимось» є курс антибіотиків, прописаних дитині або матері, що її годує.

Ще одна хвиля іммігрантів прибуває, коли в дитини прорізаються зубки. Першим є Streptococcus sanguis – бактерія, неперевершена в здатності прилипати до гладенької поверхні емалі маленьких різців. Прорізування перших кутніх зубів приносить із собою Streptococcus mutans, сумновідомий тим, що він спричиняє карієс. На щастя, Streptococcus mutans зазвичай легко видаляється як антитілами в слині, так і просто механічно, коли людина пережовує тверду їжу або чистить зуби щіткою. Найчастіше він викликає проблеми, коли гніздиться в глибоких тріщинах кутніх зубів або у вузьких місцях, що утворюються, коли зуби ростуть дуже тісно. Є й інші види зубних бактерій, які зазвичай кріпляться поверх налиплих на емаль стрептококів. Разом вони формують шаруваті скупчення (біоплівки), що навіть після добрячої чистки відновлюються за лічені години. До середини дитинства різноманіття бактерій у здоровому роті перевищує сто видів з можливих п’ятисот-семисот, а їхня загальна кількість іноді сягає 10 мільярдів організмів (більше за людське населення світу).

Роузбері також вивчав бактеріальну екосистему носової порожнини, пов’язаної з ротом через верхні дихальні шляхи. З першим же вдихом немовля втягує носом тисячі пилових частинок із бактеріями на борту. Ці бактерії відразу ж стикаються з токсичним варивом біохімічної зброї. Кожна краплинка носового слизу переповнена лізоцимами й дефензинами – молекулами, що пробивають дірки в стінках бактеріальної клітини. Крім того, клейкий слиз носа стає пасткою, яка вловлює вхідні пилові частинки для передачі їх на поле з очисних війок. Ці війки, що нагадують мікроскопічні пасма волосся, є виростами епітеліальних клітин, котрі вистеляють носову порожнину. Їхні зазубрені кінчики постійно рухаються, проштовхуючи густий носовий слиз та просуваючи захоплених мікробів до задньої стінки горла, де немовля може їх або ковтнути, або викашляти через рот.

Попри ці засоби захисту, ніс дитини не залишається стерильним надовго. Не минає і двох днів після народження, як там оселяється ціла група особливо чіпких та завзятих бактерій. У перший місяць життя серед них часто переважає Staphylococcus aureus (золотистий стафілокок), але вже до шести місяців у носовій порожнині зазвичай існує безліч Streptococcus pneumoniae або Haemophilus influenzae. Під кінець першого року з’являється Moraxella catarrhalis. Хоч і нешкідливі в самому носі, ці бактерії можуть викликати вушні, пазушні або легеневі інфекції, якщо раптом заблукають і розростуться там, де не треба. Які саме з цих організмів стануть постійними мешканцями носового слизу немовляти, зазвичай визначають тонкі особливості його протимікробних засобів. Усі чотири види залишаються жити в дуже небагатьох людей.

У 1960-х роках бактеріологи виявили в носових порожнинах деяких немовлят більш незвичайних порушників спокою. Ними стали неймовірно дрібні, багнисті клітини Mycoplasma pneumoniae, одного з найменших організмів. Вони належать до химерної родини бактерій, відомих як молікути. Найбільші з цих молікутів ледь сягають однієї п’ятої розміру більш поширених бактерій, таких як E. coli. Однак ще значнішою їхньою відмінністю є відсутність клітинної стінки. Ця, здавалося б, уразливість, навпаки, робить молікути несприйнятливими до багатьох антибіотиків та хімікатів імунної системи, націлених саме на клітинну стінку. Сьогодні педіатри вже знають, що кількість M. pneumoniae в суспільстві загалом загадковим чином збільшується й зменшується п’ятирічними циклами, викликаючи зимові епідемії болючих вушних інфекцій і так званої ходячої пневмонії, причому ті і другі зазвичай минають самі, без прийняття антибіотиків.

Життя на поверхні

1965 року новозеландський мікробіолог Мері Марплз опублікувала своє доповнення до книжки Роузбері «Мікроорганізми, природні для людини». Безпрецедентна у своїй детальності, її «Екологія людської шкіри» розглядала, яким чином «кліматичні» чинники визначають, що і де росте на шкірі тієї чи іншої особи. Кліматом вона називала не лише такі впливи, як вологість і температура, але й одяг, який носять люди, їхню особисту гігієну та навіть генетично зумовлені властивості, на кшталт об’єму потовиділення. Марплз розглядала людське тіло не як один ландшафт, а як багато – від справжньої пустелі рук і ніг до лісів помірної зони шкіри голови й пишних вологих джунглів під пахвами та в паху.

Як і у випадку з ротом та носом, заселення людської шкіри починається під час народження лактобацилами з пологових шляхів матері. Ці захисні бактерії додають свою молочну кислоту та перекис водню до антибактеріальних ферментів кремоподібної змазки, що вкриває новонароджену дитину. Подібно до біфідобактерій грудного молока, лактобацили не живуть довго на відкритому повітрі. Але кислотний покрив, який вони по собі лишають, допомагає дібрати їм спадкоємців із числа бактерій, що дощем проливаються на новонародженого з частинками пилу та лусочками шкіри інших людей, які переносяться повітрям. Так само бактерії на шкіру дитини переносять руки й видихи батьків та акушерів.

Одними з переможців цього захоплення вільних територій майже завжди стають дебелі, кремового кольору сфери кислотолюбної бактерії Staphylococcus epidermidis (більш дисциплінованого родича Staphylococcus aureus). Уже через дві години після народження, до часу зникнення вагінальних лактобацил матері, стартовий набір Staphylococcus epidermidis немовляти зростає в геометричній прогресії. Якби ви могли дослідити його шкіру під електронним мікроскопом, то помітили б від трьох до шістнадцяти Staphylococcus epidermidis на кожну клітину, схожих на розсипи пухнастих тенісних м’ячиків на корті з грубого цементу.

До кінця першого дня життя новонародженого до Staphylococcus epidermidis долучаються кілька видів коринебактерій (булавоподібних). Найбільш киснезалежні з цієї групи – Corynebacterium jeikeium та C. urealyticum – розповсюджуються поверхнею шкіри. Краще здатні до адаптації C. amycolatum, C. minutissimum та C. striatum селяться у відносно безповітряних глибинах волосяних фолікулів, а жиролюбна C. lipophilicus гніздиться в схожому на віск секреті сальних залоз, що вкриває шкіру голови дитини. Як Staphylococcus epidermidis, так і коринебактерії витримують рівні солі, яких вистачило би, щоб замаринувати більшість мікробів, а тому чудово почуваються за наявності поту. Через добу після народження заселення шкіри дитини заходить іще далі, нараховуючи вже понад тисячу бактерій на квадратний сантиметр. І такий швидкий приріст триває впродовж усього другого дня, через дві доби перевалюючи за десять тисяч на квадратний сантиметр, а до шести тижнів сягаючи вже ста тисяч. За такої скупченості здебільшого аеробні перші поселенці шкіри починають вичерпувати обмежені запаси кисню всередині волосяних фолікулів, залоз та інших заглибин, готуючи їх до другої хвилі поселенців – розгалужених колоній анаеробних пропіонових бактерій. До середини дитинства мікрофлора шкіри здебільшого стабілізується. Хоча рідні та друзі постійно передають дітям якісь мікроби, надовго з цих пізніших гостей затримується дедалі менше. Тісно переплетена між собою спільнота бактерій шкіри, що перебувають у рівновазі з довкіллям, ефективно заповнює всі ніші, лишаючи мало місця для новоприбулих, навіть нешкідливих.

«Хоча патогенні організми постійно сідають на шкіру, вона виявляється для них вельми несприятливим середовищем, – зазначила Марплз у 1969 році. – Здатність шкіри до “самостерилізації”, схоже, не є, як підказує цей термін, властивістю самої лише шкіри. Радше це характеристика, яку демонструють усі добре розвинені екосистеми». Одними з найщільніших популяцій, які вивчала Марплз, були справжні прерії коринебактерій, що ростуть на схильних до вологи ділянках паху, шиї та пальців ніг. Що більше коринебактерій, то менше кандид, мікроспор, трихофітонів та маласезій – винуватців таких грибкових інфекцій шкіри, як попрілості, мікоз, лишай та себорейний дерматит.

З настанням підліткового віку на поверхні тіла починає діяти збудник прищів Propionibacterium acnes: він потрапляє в пастку й розростається всередині надактивних сальних залоз. Приблизно в той самий час коринебактерії пахв знаходять собі зовсім нове джерело їжі: виділення стероїдних гормонів, переважно андростенону в чоловіків та андростенолу в жінок. Продукти їхнього травлення породжують відомий сморід початку дорослого життя. Хоча споживачі щороку витрачають мільйони доларів на товари, що пригнічують цю мікробну дію, бактерії наших пахв, мабуть, виконують роль, яку відіграють пахучі залози в інших тварин: виробляють прегормони (статеві атрактанти) зі стероїдів, що за інших умов запаху не мають. Безумовно, породжуваний бактеріями запах пахв хлопчика-підлітка може бути сильнішим, ніж у дівчинки (або когось іще). Але її запах має цікаву схему посилення й послаблення під час щомісячного менструального циклу, сягаючи піку безпосередньо перед овуляцією, тобто коли вона максимально здатна до народження дитини.

Високі рівні естрогену дівчинки-підлітка також прискорюють ріст вагінальних лактобацил. Хоча на етапі статевого дозрівання їхня популяція не така щільна, як під час вагітності, їхні рівні зазвичай достатньо високі для пригнічення росту кишкових бактерій та грибків, що заносяться до піхви під час статевого акту. Дівчинці не треба бути сексуально активною, щоб випадково занести до своєї піхви невеличку кількість цих надокучливих мікробів – вона може зробити це, наприклад, коли підтирається після випорожнення. Але вони рідко викликають проблеми, поки її популяція лактобацил залишається на місці. Оскільки антибіотики, особливо широкого спектра, мають тенденцію порушувати цей екологічний баланс, вони часто запускають в дію «дріжджові» інфекції (спричинювані грибком Candida albicans), бактеріальний вагіноз (що його викликають кишкові бактерії) або страшенно неприємні цикли, коли одне змінюється іншим.

Як і праці Роузбері, інтимні дослідження людського тіла Марплз громадськість сприйняла з неабияким захопленням. Стаття про її роботу, що вийшла 1969 року в журналі Scientific American, надихнула англійського поета В. Г. Одена написати оду мікрофлорі його власного тіла, яку він опублікував під назвою «Новорічне вітання». Зокрема, там ішлося:

З Новим роком я радо вітаю

всіх, кому ектодерма моя

немов Середзем’я для мене.

Такого розміру створінням

дозволю вибирати я,

тож оселяйтеся в місцях,

які найкраще вам підходять:

в басейнах пор моїх, лісах тропічних

промежини і пахв,

в пустелях передпліч

або лісах тінистих на шкірі голови.

Будуйте там колонії: я дам

тепла й вологи вдосталь,

сала й жиру, вам необхідних,

от тільки за умови, щоб ніколи

не турбували ви мене присутністю своєю,

але поводились, як добрим гостям личить,

не прориваючись ніде прищами,

мікозами та чиряками.

Життя всередині

Якби можна було скачати приблизно 100 мільярдів резидентних бактерій шкіри в одну кульку, усі вони вмістилися б у середнього розміру горошині. Для порівняння, за оцінками Роузбері, 15 трильйонів з лишком клітин бактерій, що вистеляють порожній травний тракт людини, по вінця заповнили б 300-грамову консервну бляшанку. Додайте до цього ще 100 трильйонів бактерій, які зазвичай скупчуються в повному кишечнику, завжди готових звільнити його в момент дефекації.

Але попри цифри, які справді вражають, до того як Роузбері опублікував свій перепис 1962 року, кишковій мікрофлорі не приділяли особливої уваги. Головною новиною, з нею пов’язаною, було виділення в 1885 році німецьким педіатром Теодором Ешеріхом кишкової палички під назвою Bacterium coli з випорожнень новонароджених. Перейменована на честь Ешеріха, Escherichia coli досі лишається найвідомішою з усіх кишкових бактерій, а за часів Роузбері вона вважалась основним видом мікробів, що мешкає в товстому кишечнику. Саме ця бактерія незмінно виявлялася в культурах випорожнень та забрудненій каналізаційними стоками системі водопостачання. Насправді ж E. coli було просто найлегше з усіх кишкових бактерій виростити за межами людського тіла.

Мікробіологи давно підозрювали, що кишечник містить у собі величезну кількість некультивованих та неідентифікованих організмів. Адже коли вони досліджували під мікроскопом розведені зразки випорожнень, то розуміли, що можуть нарахувати значно більше бактеріальних клітин – еквівалент 100 мільярдів на грам, – ніж будь-коли виростало в колоніях вільного культивування в чашках Петрі. Як виявилося, для переважної більшості кишкових бактерій контакт із киснем смертельний. Вони є виключно анаеробними, на відміну від універсальної E. coli – факультативного анаероба, що чудово почувається як за присутності кисню, так і за його відсутності. Схоже також, що харчові вимоги більшості кишкових бактерій відрізняються від звичайної суміші білків та цукрів, що складають меню в стандартному лабораторному поживному середовищі.

Хоч як спокусливо було ігнорувати цю вередливу й малозрозумілу популяцію, кілька мікробіологів усе ж почали визнавати її велику важливість завдяки інформації, отриманій від гнотобіології – вивчення лабораторних тварин, народжених та вирощених за безмікробних умов. Без бактерій кишкові тракти цих тварин залишаються недорозвиненими, з незвично тонкою й чутливою до травм вистилкою в одних місцях та сильно роздутою в інших. Просте підтримування їхнього життя до дорослого віку вимагає спеціальної дієти з вітамінів, необхідних амінокислот та додаткових калорій замість тих, які зазвичай постачають їхні кишкові бактерії. Ці тварини також виявилися незвично чутливими до природних токсинів у їжі, мабуть, через відсутність у них одного чи більше видів бактерій, необхідних для розщеплення цих отрут на нешкідливі речовини. Найдраматичніше з усього, що імунна система безмікробних тварин залишається в якомусь пасивному стані, що робить їх надзвичайно уразливими до смертоносних інфекцій, якщо раптом якийсь заблукалий мікроб прослизне до їхнього стерильного середовища.

Загадка була цікава, але фінансування на виділення та вивчення маловідомих членів екзотичної екосистеми товстого кишечника майже не виділялося. Державні заклади охорони здоров’я просто не фінансували вивчення нешкідливих бактерій. Вони щедро роздавали свої гранти на дослідження хвороботворних агресорів, таких як сальмонела, шигела та інші головні причини так званого харчового отруєння. А потім надійшов запит із NASA.

Мікроби в космосі

Раптовий інтерес космічної агенції до мікроскопічного життя людського організму загалом та анаеробних кишкових бактерій зокрема почався з чудернацької доповіді, представленої перед аудиторією льотчиків-випробувачів і медичного персоналу NASA наприкінці квітня 1964 року. Медичний керівник польотів NASA Чарльз Беррі вже, мабуть, думав, що з нього досить турбот через передбачення (на щастя, спростовані), що за нульової гравітації очні яблука пілотів вибухнуть, а після тривалих періодів невагомості їхні кістки та м’язи перетворяться на кашу. Аж тут якийсь учений заявляє, що найбільшою небезпекою для астронавтів після повернення додому можуть бути поцілунки їхніх дружин, коли ці чоловіки вийдуть зі своєї тривалої ізоляції від мікробної атмосфери Землі. «Мікробний шок» – так назвав це Дон Лакі під час своєї презентації на конференції NASA «Харчування в космосі», що проходила в Університеті Південної Флориди. «Смертельний поцілунок Лакі» – з’явилося в газетних заголовках наступного дня.

Лакі, піонер гнотобіології, уже знав, що буває, коли ти виділяєш невеличкі групи вирощених у спеціальних умовах щурів усередині герметично замкнених камер, а потім годуєш їх стерилізованою їжею й водою – у ситуації, що не надто відрізняється від життя астронавтів на виморожених і висушених продуктах та напоях під час космічного польоту. Після двох місяців такого життя нормальне розмаїття бактерій у кишечнику тварин зменшувалось від майже ста різних видів до лише одного чи двох.

«Зрозуміло, що в нормі наша мікрофлора є не стільки сталою, скільки неперервним потоком нових прибульців», – пояснив Лакі. Без цього припливу багата своїм розмаїттям екосистема вироджується в бік монокультури. Залежно від того, що візьме гору, ця втрата різноманітності може сама по собі виявитися смертельною. Наприклад, Лакі вирощував E. coli. За його словами, пом’якшена присутністю якогось іншого виду кишкових бактерій, вона залишалася нешкідливою, а наодинці ставала смертельно небезпечною. Навіть якщо гору візьме якась зовсім безневинна бактерія, результатом цього може стати «лінива» імунна система. У своїх експериментах Лакі не раз спостерігав, як легко тварини зі збідненим мікробним складом хворіли й помирали, знову потрапляючи до нормальної колонії щурів.

Ось як на сцені з’явився «смертельний поцілунок» Лакі. Запланована експедиція на Місяць мала тривати приблизно два тижні. Додайте до цього місяць післяполітного карантину (аби переконатися, що астронавти не підхопили якийсь небезпечний різновид місячної зарази). Потім ці люди вийдуть зі своєї ізоляції – позбавлені багатьох бактерій, з підірваним імунітетом. Їхні дружини кинуться їх обіймати й цілувати. «Можна практично не сумніватися, що на майбутніх астронавтів чекатиме проблема як мінімум одного мікробного шоку, – дійшов висновку Лакі. – Деякі можуть бути настільки легкими, що становитимуть лише науковий інтерес. Інші ж можуть призвести до тяжкої хвороби та смерті».

Передбачення Лакі перетворило «просто цікаву» мікрофлору людського тіла на питання життя і смерті. Чарльз Беррі з NASA швидко знайшов для Лакі фонди на дослідження мікрофлори приматів, яких упродовж року тримали на дієті зі зневодненого й опроміненого космічного харчування. Він провів раніше заплановане дослідження на шести льотчиках-випробувачах, вивчаючи фізичні та психологічні наслідки 34 днів утримування їх у замкненому приміщенні за майже космічних умов, а також здійснив вичерпний перепис мікробів. Цей перепис включав у себе мазки з горла, рота й шкіри, взяті десять разів під час ізоляції, разом зі щоденними випорожненнями; усі ці зразки передавалися через спеціальний коридор з подвійними дверима, що відділяв льотчиків-випробувачів від мікробіологів Лоррейн Ґалл та Філіс Райлі. Під час дослідження ці дві жінки використали понад 150 тисяч чашок Петрі й пробірок і понад 10 тисяч предметних скелець для мікроскопа. Але їхні дослідження обмежувалися відомими мікробами (тобто придатними для вирощування в лабораторних умовах), до яких налажала низка не дуже перебірливих анаеробів.

Як і очікувалося, мікробіологи виявили, що загальна чисельність бактерій на шкірі астронавтів під час утримування в закритому приміщенні та за обмеженої можливості митися збільшилась, причому домінувати почали декілька потенційно небезпечних видів стафілококів і стрептококів. Жодна з цих змін не призвела до хвороб. Однак помітний зсув у кишковій флорі астронавтів породив більшу проблему в замкненому повітряному просторі дослідницької камери: метеоризм, достатньо неприємний, аби видати термінову директиву дієтологам NASA дослідити вплив раціону на газотвірні кишкові бактерії. Однак усі шестеро астронавтів вийшли з їхньої експериментальної камери здоровими й залишалися такими весь наступний місяць. Це дослідження залишило без відповіді, які більші зміни, якщо такі є, могли б відбутися серед меншої кількості астронавтів, що прожили б у тіснішій камері протягом довших періодів часу.

1966 року NASA підвищила Беррі від «головного лікаря астронавтів» до голови Служби біомедичних досліджень. Окрім захисту астронавтів від мікробного шоку, він також зіткнувся з необхідністю забезпечити, щоб їхні власні бактерії не завадили запланованим пошукам місячного життя. Адже вчені NASA не змогли б відрізнити місячних мікробів (якщо ті існують) від земних, не маючи повного перепису всіх організмів, які «забруднюють» астронавтів, їхні космічні скафандри, спорядження та все, чого вони торкаються. Беррі очолив першу систематичну каталогізацію з підрахунком мікрофлори шкіри та рота, зробленими до і після попередніх двох польотів корабля «Джеміні». Він найняв на роботу мікробіолога Джеральда Тейлора, аби той узяв на себе більш докладну каталогізацію мікрофлори екіпажу для всіх польотів «Аполлонів».

Стосовно небезпечних змін мікрофлори астронавтів Тейлор виявив, що перші польоти «Аполлонів» проходили під знаком Candida, надокучливого дріжджового грибка, що у великій кількості фіксувався в роті та випорожненнях багатьох астронавтів після повернення. Тому, на його думку, за винятком легко виліковного випадку молочниці, нічого надто страшного від довшої ізоляції, яку передбачав майбутній політ на Місяць «Аполлона-11», не буде. Коли астронавти Базз Олдрін, Ніл Армстронг та Майкл Коллінз вийшли зі свого тритижневого карантину після польоту на Місяць у серпні 1969-го, ніхто не забороняв дружинам їх цілувати, хоча Беррі й подбав, аби вони уникли звичайної штовханини репортерів та фотографів, відпустивши їх до рідних пізньої ночі.

Проте мікробіологи й лікарі NASA не забували про можливість мікробного шоку з огляду на те, що вже планувалися польоти «Скайлаб» тривалістю в кілька місяців. Початок розрядки напруженості NASA з космічною програмою СРСР тільки посилив їхні страхи, бо радянська сторона повідомляла про значно різкіші й потенційно проблемні зміни в мікрофлорі їхніх космонавтів, аніж виявлені в дослідженнях NASA. Найзагадковіше, що радянські вчені відзначали практично захоплення кишкового тракту невеликою жменькою резистентних до лікарських засобів і токсинотвірних штамів бактерій.

Беррі активно домагався виділення грошей на проведення повномасштабної 56-денної імітації польоту «Скайлаб» у барокамері Космічного центру Джонсона. Але, щойно місячні перегони було виграно, Конгрес скоротив щедрий щорічний бюджет NASA на сотні мільйонів доларів. Беррі нашкріб для Тейлора гроші, яких вистачило лише для проведення поверхневого огляду мікрофлори екіпажу, після чого залишилося ще трохи, щоб замовити глибше дослідження кишкових бактерій астронавтів іншій організації. Хоч як дивно, цих залишків NASA вистачило, щоб дати поштовх безпрецедентному дослідженню анаеробної темної матерії людського мікрокосму.

Куди не зазирав ще жоден біолог

Пеґ Голдман згадує схвильований вираз на обличчі Еда Мура одного дня наприкінці 1971 року, коли він передав їй приголомшливу пропозицію NASA щодо проведення дослідницького проекту. Сто тисяч доларів. «Для нас це була просто величезна сума грошей і, мабуть, відповідь на наші мрії про манну небесну», – каже Голдман. Довгі роки Голдман з Муром де тільки могли вишукували фонди на вивчення неймовірно примхливих анаеробних бактерій, що домінують на людині (причому на є правильним словом для опису внутрішньої поверхні трубки нашого травного тракту, що відкривається назовні). Вони познайомилися шістьма роками раніше, на конференції Американського товариства мікробіології. У той час Голдман відповідала за вирощування й ідентифікацію анаеробних бактерій, які управління охорони здоров’я штатів присилали до Центру з контролю за епідемічними захворюваннями США (попередника Центрів з контролю та профілактики захворювань, ЦКПЗ). Хоча мало хто з медиків тих днів вважав, що анаеробні бактерії здатні викликати захворювання, деякі все ж прагнули ідентифікувати загадкових мікробів, яких спостерігали в крові і тканинах їхніх пацієнтів, – мікробів, культуру яких їм самим не вдавалося виростити. Голдман любила виклики, але відчувала свою неспроможність зробити щось через брак обладнання та персоналу. У кращому разі її лабораторія могла ідентифікувати лише невелику частину анаеробних бактерій, які їм присилали.

Тим часом Ед Мур, професор Вірджинського політехнічного інституту, мав чималі фонди для вивчення анаеробних мікробів – ось тільки не тих, що живуть усередині людей. Після відкриття в 1930-х роках, що саме анаеробні бактерії живлять виробництво яловичини й молока, дослідження анаеробів щедро фінансувались Міністерством сільського господарства США й тваринницькою галуззю. Зокрема, анаеробні бактерії коров’ячого рубця, свого роду «передпокою» шлунка, розщеплюють не перетравлювані нічим іншим рослинні волокна в кормі, даючи тварині більшу частину калорій, а також велику кількість вітамінів та інших поживних речовин. Розуміючи динаміку цього процесу, Мур та інші дослідники сподівалися збільшити його ефективність – змушуючи худобу виробляти більше молока та м’яса з меншими витратами сіна й зерна. Він уже перейшов на напрочуд ефективну техніку культивування анаеробних бактерій. Вона передбачала вирощування їх на спеціально збагаченому поживному середовищі всередині герметичної пробірки, з якої попередньо було викачано весь кисень. Інтерес Мура до кишкових бактерій людини виник як ніким не фінансований побічний проект: один із його аспірантів засіяв кілька пробірок з анаеробами не звичайною рідиною рубця, а людськими випорожненнями. Під керівництвом Мура цьому аспірантові вдалося культивувати близько 80 % бактерій, помічених у зразках випорожнень, – просто рекордну кількість. Але Мур не мав коштів для фінансування подальшого дослідження. Тому багатство новокультивованих видів залишились неописаними й безіменними.

На мікробіологічній конференції 1965 року Мур розповів про все це Голдман. Обоє мікробіологів підозрювали, що 99 % кишкових бактерій виявляться анаеробними і що ця бактеріальна спільнота має значний вплив на здоров’я людини, як хороший, так і поганий – останній, коли окремі її представники опиняються не в тому місці, наприклад заражаючи рани та хірургічні шви. «Це було немов дві заблукалі душі знайшли одна одну, – згадує мікробіолог із Вірджинської політехніки Роберт Смайберт. – [Ми] просто сиділи там і слухали їхню розмову. Не встигли ми й оком змигнути, як вони вже вирішили, що хочуть працювати з анаеробами. Тож Пеґ залишила свої ЦКПЗ і перейшла до нас на кафедру ветеринарної медицини». За словами Смайберта, це й було початком того, що згодом стане всесвітньовідомою Лабораторією анаеробів Вірджинської політехніки.

Однак пошук грошей на дослідження малозрозумілого світу анаеробних бактерій людського тіла виявився нелегким. Першим великим проривом якраз і став грант на вивчення кишкової мікрофлори астронавтів, отриманий ними наприкінці 1971-го. Не минуло й місяця, як вони виграли ще один, більший грант від Національного інституту раку. Останні дослідження вказували на те, що відхилення кишкової мікрофлори від норми може сприяти розвиткові раку товстої кишки, і це дозволило Голдман та Муру переконати грантодавців, що наука має визначитися з поняттям цієї «норми». Одночасний старт двох масштабних досліджень задав просто божевільний темп роботи новоствореної Лабораторії анаеробів Вірджинської політехніки. Коли Мур не летів до Г’юстона, щоб забрати свіжі випорожнення астронавтів, вони з Голдман їхали до Балтимора, щоб перепочити в дешевому мотелі, чекаючи на дзвінок від судмедексперта. Адже велика частина їхнього дослідження для Інституту раку передбачала підтвердження, що кишкові мікроби, виділені простим способом – зі зразків випорожнень, – такі самі, як ті, що живуть у безпосередньому контакті з товстою кишкою людини. Просити хірурга брати кишкові зіскрібки під час порожнинних операцій не було варіантом, бо передопераційні антибіотики вбивають кишкові бактерії просто мільярдами (причому одні види знищують більше, ніж інші). Їхнім рішенням стало брати зіскрібки нещодавно померлих, але загалом здорових людей із нетрів Балтимора – переважно жертв убивств та дорожньо-транспортних пригод. Як виявилося, усі мікроби, що росли в контакті з кишковою вистилкою, можна було знайти і в людських випорожненнях.

Приблизно в той самий час робота Голдман та Мура для NASA допомогла цій космічній агенції відкинути страхи мікробного шоку, принаймні для навколоземних польотів тривалістю в місяці, а не роки. Їхні дослідження мікрофлори астронавтів дали один цікавий результат. За перші три тижні імітації польоту «Скайлаб» усі троє астронавтів пережили різке збільшення кишкової популяції воднетвірного анаероба Bacteroides thetaiotamicron (B. theta). Чисельність цього мікроба підскочила з нормальних приблизно 2 трильйонів (2 % кишкової флори) аж до 26 трильйонів (понад 25 %). За шість тижнів рівні B. theta в астронавтів Роберта Кріппена та Керол Бобко впали знову до нормальних, але в іншого члена екіпажу Вільяма Торнтона лишилися захмарними. Мур питав себе, чи не сталося за ці перші шість тижнів чогось незвичайного. У відповідь на це лікар екіпажу лише посміявся. У перші шість тижнів троє астронавтів підняли ледь не бунт через обурення постійною плутаниною зі спорядженням та недостатню, на їхню думку, співпрацю з боку Центру управління польотом. Одразу після проходження позначки в три тижні відбулася телеконференція щодо цих питань, із якої Бобко та Кріппен вийшли задоволеними, а от Торнтон залишився в гніві через нерозв’язану суперечку щодо розміру отримуваних ним порцій їжі. Мур та Голдман гадали: чи не могло це емоційне збудження якраз і викликати в нього різке збільшення чисельності B. theta? «Ми б відкинули цю ідею як притягнуту за вуха, якби не те, з чим зіткнулися пізніше», – згадує Голдман. Вони з Муром спостерігали аналогічні різкі збільшення чисельності B.theta у двох інших випадках: уперше під час вивчення раціону, коли в однієї жінки, яка була добровільним об’єктом дослідження, стався конфлікт на роботі, через який її ледь не звільнили, а вдруге в кишковій флорі 19-річної мешканки Балтимора, жертви вбивства, яку після тривалих побоїв та переслідувань застрелив чоловік.

Заінтриговані, Голдман та Мур почали шукати аналогічні зсуви у студентів в умовах стресу (збираючи зразки випорожнень в день їхніх усних іспитів), але не виявили жодних різких змін. «Мабуть, для цього треба бути дуже, дуже, дуже злим чи наляканим, – розмірковує Голдман. – Але наглядова рада нашого дослідження навряд чи дозволила б нам переслідувати студентів із ножами». У будь-якому разі різкі підвищення чисельності B. theta, що спостерігалися в розгніваних астронавтів та офісних працівників під час конфлікту, не спричиняли жодної помітної шкоди.

І в NASA, і в Інституті раку визнали їхню роботу корисною. Ще важливішим для їхніх довгострокових цілей було те, що ці подвійні дослідження дозволили Голдман та Муру виділити від 150 до 200 нових видів кишкових бактерій людини. Вони ідентифікували всі ці бактерії аж до роду, а потім зосередили свій час та гроші на завершенні фізичного й біохімічного опису дюжини найбільш поширених видів. Серед цих бактерій був і зовсім новий рід Coprococcus, представлений мікробами, що розщеплюють токсичні рослинні хімікати під назвою флюрогліцини, а також розмаїття Rumenococcus – групи, раніше невідомої в людей, але знайомої своїм сприянням худобі в перетравленні сіна.

До того часу як Голдман та Мур одружилися 1985 року, їхнє робоче партнерство принесло науці докладний огляд мікробної спільноти товстої кишки людини. За їхніми оптимістичними оцінками, їм вдалося описати понад 90 % членів цієї спільноти, причому всі основні її види. І хоча окремі ролі та взаємодії цих бактерій лишалися загадкою, стало зрозуміло, що загалом ця спільнота функціонує приблизно так, як і всередині коров’ячого рубця. По суті, наповнена бактеріями товста кишка людини є напрочуд ефективним центром біоферментації, де резидентні мікроби екстрагують калорії й поживні речовини з не перетравлюваної нічим іншим рослинної їжі, весь час віддаючи велику порцію цієї поживи своєму господареві.

Внутрішнє коло життя

Хоча двоє мікробіологів і подарували науці майже повний перепис наших кишкових бактерій, розуміння того, яким чином ці мікроби заселяють їхнє середовище існування (і навіть пристосовують це середовище до своїх потреб), усе ще приходить доволі повільно. Як і у випадку з ротовою порожниною та шкірою, заселення травного тракту людини – домівки для 99 % мікрофлори нашого тіла – починається під час народження, з лактобацил, з якими немовля вперше стикається в пологових шляхах. Коли голівка дитини з’являється на світ, вона стискає пряму кишку матері, вичавлюючи невеличку кількість випорожнень. Хоча лікарі й медсестри поспішають стерти сліди цієї неприємності, їхня гидливість може суперечити цілям природи – негайному й безпосередньому щепленню новонародженого власними кишковими бактеріями матері. Якщо так, то первинне розташування голівки новонародженого зазвичай обличчям до прямої кишки матері, а потім збереження цього положення, доки наступні перейми не вивільнять плечі та решту тіла, є не збігом, а радше результатом дії природного добору. Таке розташування гарантує, що з усіх мільярдів мікробів, з якими немовля зустрінеться в перший день свого життя, найпершими будуть ті, до яких імунна система його матері вже виробила захисні антитіла. (Тимчасовий запас цих антитіл уже передано плоду через плаценту.) Другу хвилю – мільйони біфідобактерій – дитині приносить порція грудного молока.

Усі вхідні мікроби, перш ніж вони досягнуть кишечника, мають пройти через передпокій шлунка немовляти. У шлунках старших дітей та дорослих протимікробний бар’єр становить високий рівень соляної кислоти. Але суттєве виділення кислот починається не раніше приблизно тримісячного віку, поступово досягаючи дорослих рівнів за кілька років. Ця затримка лишає привітно відчиненими двері для заселення шлунка та кишкового тракту на початку життя. Наприклад, протягом цього періоду немовля зустрічається зі шлунковим мікробом Helicobacter pylori. Зазвичай у дітей це відбувається через руки або губи когось уже заселеного. Коли її проковтнуть, ця вертка бактерія вгвинчується в шар слизу, що захищатиме шлунок від майбутнього омивання соляною кислотою. У міру дозрівання кислототвірних клітин шлунка деякі штами H. pylori вводять у них білки, що спонукають ці клітини знижувати кислотність до рівнів, які краще переносяться бактерією, але все ще достатньо їдких, аби вбивати більшість інших видів мікробів. У такий спосіб H. pylori утримує практично монопольну владу над людським шлунком уже близько шістдесяти тисяч років. Штам H. pylori, що переноситься конкретною родиною чи популяцією, можна навіть використати, щоб прослідкувати їхнє походження аж до давніх шляхів міграції, яка почалася, коли Homo sapiens уперше вийшли з Африки.

З позитивного боку таке зниження кислотності шлунка захищає від печії та раку стравоходу в дорослому віці. З негативного ж – у незначної меншості інфікованих осіб H. pylori запускає запалення, достатньо серйозне для розвитку в подальшому житті виразок та раку шлунка. Один із цікавих парадоксів сучасної медицини полягає в тому, що H. pylori не викликала виразки аж до початку, а то й середини XIX століття – часу, коли вона почала зникати з людських шлунків завдяки покращенню очистки води та використанню перших антибіотиків, таких як препарати вісмуту. Зокрема, у 1830-х роках раніше здорові молоді європейські жінки почали помирати від виразок настільки страшних, що в стінках шлунка з’являлися справжні дірки. Раптовість і болісність смертей цих жінок чітко вказували на те, що це була якась нова хвороба, а не раніше відома, але погано досліджена. У міру поширення недуги від жінок до чоловіків та з Європи до Північної Америки вона залишалась переважно хворобою міських мешканців, наводячи дослідників на думку, що виразки спричиняються стресами сучасного життя. На початку XX століття фахівці з медицини вважали фермерів та інших сільських жителів здебільшого нечутливими до цієї хвороби завдяки «життю на відкритому повітрі та порівняній свободі від турбот… що дає їм змогу перетравлювати продукти, згубні для шлунка бухгалтера чи його роботодавця».

Лише у 1980-х роках австралійські патологи Робін Воррен та Баррі Маршалл зуміли нарешті переконати скептично налаштований медичний світ, що гнучкохвоста бактерія, яку вони виявили в біопсіях виразок, якось пов’язана з цим ураженням. Однак сьогодні виразки шлунка залишаються практично невідомими в слабкорозвинених районах світу, таких як Африка, де більшість людей заселяються цією бактерією ще в ранньому дитинстві. Можливо, затримка або порушення заселення організму H. pylori через покращення очистки води чи антибіотики якось змінила імунологічне «перемир’я», якого цей мікроб досяг із нашою імунною системою за тисячі, а то й мільйони років спільного життя.

У будь-якому разі H. pylori швидко вимирає в західному світі, можливо, залишаючи шлунок відкритим для заселення якимсь іншим мікробом із не такою довгою історією співіснування з людьми. Сьогодні носіями H. pylori у Північній Америці та Західній Європі є менше ніж 10 % дітей, хоча її можна знайти приблизно у 30 % їхніх батьків та більшості їхніх дідусів і бабусь. Хорошою новиною є те, що цей спад приніс різке зменшення кількості випадків як виразки, так і раку шлунка. Поганою – те, що її зникнення може лежати в основі безпрецедентного збільшення в останні тридцять років кількості випадків гастроезофагеальної рефлюксної хвороби та раку стравоходу, настільки, що останній уже став сьогодні однією з найшвидше поширюваних причин смерті людей у розвиненому світі.

Проходячи передпокій шлунка, мікроби, що вижили, потрапляють до закрученого лабіринту тонкого кишечника, де ліс пальчастих виростів, що звуться ворсинками, максимізує площу поверхні, через яку поживні речовини можуть проникати в кровоплин. Низька кислотність (нейтральний pH) тонкого кишечника виявляється просто ідеальною для росту бактерій. Але надовго в ньому затримується небагато мікробів, бо потужні скорочення стінок створюють стрімкий потік розрідженої їжі, що змиває всіх, крім найчіпкіших.

Саме в тонкому кишечнику вхідні мікроби найбільш безпосередньо стикаються з поки ще приспаною імунною системою дитини. Місцями рухомі ворсинки розступаються, відкриваючи голі схили, поверхня яких вкрита мозаїкою з химерно сплющених та поцяткованих ямками клітин. Названі пеєровими бляшками (на честь швейцарського анатома XVII століття Ганса Конрада Пеєра, який уперше їх описав), ці куполоподібні структури розташовані поверх найважливіших навчальних центрів імунної системи. Ямки на поверхні цих сплющених клітин – то кишені, де постійно затримуються бактерії (живі і мертві). Подібно до обертових дверей, ці кишені зміщуються в бік внутрішньої поверхні клітин, пропускаючи своїх мікробних пасажирів у лімфатичну тканину нижче.

Внутрішня будова пеєрової бляшки нагадує лімфовузли, що дозріватимуть у шиї, паху та пахвах дитини. Але якщо лімфовузли схожі на військові штаби, де імунні клітини готуються атакувати, лімфатична тканина пеєрової бляшки більше схожа на дипломатичний центр, де вхідні мікроби користуються презумпцією невинуватості – вони вважаються «дружніми» чи принаймні «мирними», доки не доведено інше.

Проте сказати, що імунна система вчиться ігнорувати кишкові бактерії, було б неправильно. Замість того щоб викликати протимікробне запалення, взаємодія з пеєровою бляшкою радше запускає масштабне виробництво антитіла, відомого як імуноглобулін A (IgA). Як і всі антитіла, IgA прикріплюється до конкретної мішені, у цьому випадку до певного виду кишкової бактерії. Замість того щоб позначати мікроб для знищення (як це робить більшість антитіл), IgA просто скупчується на його поверхні, не даючи йому прикріплюватися до кишкової стінки, немовби ввічливо спонукаючи просуватися далі. Крім того, зустріч мікробів на нейтральній території пеєрової бляшки приводить до розростання T-клітин та B-клітин, що підуть в атаку проти тих самих бактерій, якщо ті опиняться на забороненій території, такій як кров. А тому незріла ще імунна система дитини вчиться терпіти проковтнуті бактерії, водночас обачно тримаючи їх на безпечній відстані. Щоб оцінити надзвичайно важливу природу цієї дипломатії, уявіть, що трапляється, коли вона дає збій. У випадках хвороби Крона та виразкового коліту імунна система реагує на дотик нешкідливих кишкових мікробів шаленим, убивчим для тканин запаленням, породжуючи болючі кишкові виразки, що можуть переходити в смертельно небезпечні прориви.

Протягом дитинства чисельність пеєрових бляшок, що вистеляють тонкий кишечник, зменшується з кількох сотень до приблизно тридцяти. Ця остання група скупчується вздовж нижнього сегмента тонкого кишечника якраз перед тим місцем, де він відкривається в простóрі камери для утримання бактерій товстого кишечника. У цих залишках сильно поріділий дипломатичний корпус імунних клітин продовжує моніторити щоденне проходження мільйонів мікробів, розпізнаючи переважну більшість як нормальні та гідні толерантного ставлення.

Як тільки вони проходять крізь потужні скорочення та повз клітини-мікробовловлювачів тонкого кишечника, бактерії потрапляють до відстійника товстого кишечника. Хоча від народження той є стерильним, з часом він стає для мікробів справжніми джунглями людського тіла. 1905 року французький мікробіолог Анрі Тісьє став першим, хто дослідив формування цієї екосистеми, орієнтуючись на те, що виходить з іншого боку.

Наприкінці першого дня життя народженої звичайним шляхом дитини розсип бактерій у її випорожненнях відображує мікрофлору піхви та кишкового тракту матері. Натомість у дитини, народженої за допомогою кесаревого розтину, там міститься більш випадковий асортимент мікробів, що потрапили туди з рук акушерів і загальнолікарняного середовища. Та хоч яким є спосіб народження, на третій день немовля на грудному вигодовуванні видає майже монокультуру біфідобактерій, що продовжує домінувати аж до початку харчування твердою їжею. Кишкова ж мікрофлора немовляти на штучному вигодовуванні теж містить біфідобактерії (з невідомого джерела), але в значно менших кількостях і лише як невелику частину нестабільної суміші інших мікробів.

Так само як на шкірі та в роті немовляти, у кишечнику біфідобактерії заважають росту потенційних порушників спокою, таких як стафілококи, і допомагають відібрати перших постійних мешканців. Дослідження також показують, що велика кількість кишкових біфідобактерій сприяє підвищенню рівня захисних антитіл у крові дитини – антитіл, націлених не лише на проблемні бактерії, але й на багато видів діарейних шлунково-кишкових вірусів. Це явище може допомогти пояснити, чому в країнах «третього світу» з поганим санітарним станом води рівень смертності дітей на грудному вигодовуванні аж у шість разів менший, ніж дітей на штучному вигодовуванні. Навіть у Сполучених Штатах, де смерть дитини від діарейної хвороби залишається рідкісним явищем, епідеміологи відзначають на цілих 20 % вищий рівень виживання в дітей на грудному вигодовуванні, порівняно зі штучним, протягом перших шести місяців життя, незалежно від статків чи рівня освіти родини.

Перша хвиля кишкових мікробів також запускає дозрівання вистилки товстого кишечника. Розташовані під нею кровоносні судини підтягуються до поверхні вистилки й формують там щільну сітку крихітних капілярів, необхідних як для підтримування її здоров’я, так і рознесення поживних речовин, вивільнених резидентними бактеріями. Водночас перший дотик бактерій пробуджує мільйони кишкових стовбурових клітин. Одразу після активації ці клітини починають весь час ділитись, і їхнє розмноження постійно оновлює ніжний шар поверхневих клітин кишкової вистилки. Поверхневі ж клітини, у свою чергу, починають відпадати зі швидкістю кілька мільярдів на день. Ця неперервна заміна робить кишковий тракт стійким до уражень, що неминуче відбуваються, коли дитина починає їсти тверду їжу, з її великою кількістю природних токсинів, а також випадковими гострими предметами чи хвороботворними мікробами.

Введення в раціон твердої їжі більш-менш вирівнює кишкову мікрофлору дітей на грудному та штучному вигодовуванні, хоча, зрештою, не буває двох людей з абсолютно однаковим вмістом видів і штамів мікробів. У середньому в кишечнику зазвичай домінують десь із тридцять видів бактерій, а в менших кількостях присутні близько ста. Одними з найчисленніших та найпродуктивніших серед них є анаероби-волокноперетравлювачі, на кшталт паличкоподібних Bacteroides та Eubacteria. Причому Bacteroides, такі як B. theta, B. vulgatus та B. fragilis, складають від 20 до 30 % кишкових бактерій людини, щодня виробляючи близько літра позбавлених запаху вуглекислого газу й водню. Eubacteria заявляють про себе шляхом виробництва більш пахучого сірководню – відомого всьому світові своїм запахом тухлих яєць.

Крім того, рано чи пізно ми стаємо господарями асортименту коків – кулястих анаеробів. До них належать роди Enterococcus, Peptococcus, Streptococcus та Peptostreptococcus, що розкладають низку складних білків та жирів (глікопротеїнів і гліколіпідів) на простіші цукри та жирні кислоти, які організм здатен засвоїти. У процесі цього вони виробляють іще один характерний запах – зіпсованого вершкового масла, яким відгонить масляна кислота.

Разом Bacteroides, Eubacteria та різного роду коки вивільняють аж 30 % калорій, які людина засвоює з їжі, особливо з таких високовуглеводистих продуктів, як каші та макаронні вироби.

Іншими головними представниками кишкової мікрофлори є клостридії, деякі з них виробляють токсини, і всі можуть потім ховатись у резистентних спорах. Найбільш сумновідома Clostridium difficile має підступну звичку викликати діарею та запалення товстого кишечника, після того як курс антибіотиків усуне її конкурентів. Хоч як це дивно, більшість дітей носить у собі C. difficile, не страждаючи від жодних шкідливих впливів. До початку дорослого життя, коли цей мікроб може стали проблемним, нормальна мікрофлора вже тримає його під суворим контролем.

Меншу частину членів кишкової спільноти складають кілька видів лактобацил і розсип факультативних анаеробів, на кшталт E. coli, здатність яких виживати на відкритому повітрі дозволяє їм блукати де не слід й іноді спричиняти проблеми в таких місцях, як жіночі сечовивідні шляхи. Крім того, приблизно кожен п’ятий із нас є носієм помітної кількості метанотвірних кишкових мікробів, таких як Methanobrevibacter smithii та Methanosphaera stadtmanae. Ці метаногени харчуються воднем та вуглекислим газом, що виробляються їхніми сусідами-волокноперетравлювачами. Як і водень, метан не має запаху, але легко займається (з останньої якості ніяк не натішаться хлопчаки всього світу).

Шкіра. Рот. Ніс. Травний тракт. До 1980-х років мікробіологи вже могли похвалитися базовим розумінням того, що і де живе на людському тілі, а також першими уявленнями як про переваги, так і про небезпеки цих мешканців. Однак чого наука не могла пояснити, то це як імунна система терпить їхню присутність – особливо численного населення наших кишок. Не менш загадковим було й те, як саме наші резидентні бактерії запускають глибокі зміни, які їхня присутність явно породжує в клітинах і тканинах. Окрім задоволення наукового інтересу, відповіді на ці питання обіцяли прояснити, яким чином зрив хитромудрих домовленостей між мікробами і людиною може призводити до хвороб.

Хто тут головний?

Гастроентеролог, що став мікробіологом, Джеффрі Ґордон очолює блискучий новий Центр геномних наук Університету Вашингтона в Сент-Луїсі. Простора, освітлена промінням сонця лабораторія розташована над уславленим центром секвенування генів, одним з основних учасників проекту «Геном людини», що 2003 року повністю розшифрував послідовність 20–25 тисяч генів Homo sapiens.

«Настав час подивитися на людський геном ширше, – каже Ґордон, – усвідомлюючи, що мікробних генів наш організм, можливо, містить у сто разів більше, ніж людських». 2005 року Ґордон з колегами зі Стенфордського університету в Каліфорнії та Інституту геномних досліджень у Меріленді зібрали разом багатомільйонні гранти від приватних фондів та урядових установ, аби профінансувати їхню «Ініціативу мікробіому кишок людини» – план виділення, секвенування й аналізу сукупності мікробних генів, що роблять свій внесок у здоров’я та добробут людського тіла, а подекуди й порушення його функцій. Одним з аспектів цього колосального проекту є розробка загального профілю генетичних можливостей кишкової мікрофлори. Іншим є повне розшифрування послідовності геномів сотні основних представників бактеріальної спільноти товстого кишечника людини.

«Другий “Геном людини”» Ґордона став лише одним із понад десятка дослідницьких проектів, що розгортаються в його лабораторії повсякчас, усі з яких націлені на розуміння впливу кишкових мікробів на людське здоров’я та хвороби, і не лише в кишках, але й будь-де в організмі. Персонал його лабораторії складається з молодих та цікавих до науки аспірантів і новоспечених докторів зі знанням широкого спектра дисциплін від бактеріальної екології до рентгеноструктурного аналізу.

Інтерес Ґордона до бактерій товстого кишечника прослідковується ще з років його роботи гастроентерологом у 1970–80-х роках, коли він вивчав людські гени, що контролюють поділ клітин, завдяки якому постійно оновлюється кишкова вистилка. Ця постійна заміна (клітини відпадають, щойно їм виповниться три дні) не лише робить кишкову вистилку стійкою до ушкоджень, але й гарантує, що резидентні бактерії товстого кишечника не поселяться надто глибоко й не розростуться надто рясно. Переважна більшість бактерій видаляється на борту злущених епітеліальних клітин із повсякденним випорожненням кишечника. Ґордон розуміє, що весь цей поділ дорого коштує, адже народження кожної нової клітини несе з собою ризик того, що якась випадкова мутація відключить гальма поділу клітин і призведе до розвитку раку. Як гастроентеролога, його геть не дивує, що рак товстого кишечника посідає друге місце серед основних причин смерті від раку в промислово розвиненому світі (зразу після пов’язаного з курінням раку легень).

Ранні дослідження Ґордона були присвячені тому, яким чином різні гени вмикаються й вимикаються в конкретний час розвитку клітин кишечника, коли ті переміщуються з розщелини до піку вздовж кишкової ворсинки. Він дійшов висновку, що гени отримують для цього чіткі інструкції. Але звідки? Загальноприйняті міркування скерували б Ґордона шукати ці біохімічні сигнали в тканинах та органах, що лежать під кишковою вистилкою. Натомість він зацікавився можливістю того, що клітини отримують свої «маршрутні листи» від бактерій, які обліплюють їхню зовнішню поверхню.

З огляду на сотні різних видів бактерій та інших мікробів, що живуть усередині товстого кишечника в будь-який момент, Ґордон розумів, що для перевірки його теорії потрібна якась спрощена модель. Від мікробіолога з Іллінойського університету Ебіґейл Сельєрс персонал Ґордона навчився вирощувати безмікробних мишей. За їхньою допомогою він пізніше зумів простежити, що відбувається, якщо повертати назад по одному представникові мікрофлори за раз. Як неофіційний керівник лабораторії, Сельєрс також дала Ґордонові стартовий набір B. theta, виділеної з випорожнень здорової людини-добровольця. Вона вже виявила, що B. theta однаково добре росте в кишечнику мишей і людей. Ґордон пішов ще далі, показавши, що цей мікроб є доволі вимогливим кишковим мешканцем.

Наприклад, його команда спіймала B. theta за випрошуванням подачок, коли миша не отримувала своєї звичайної їжі. Сельєрс уже продемонструвала, що B. theta переживає такі голодні часи, харчуючись цукристою речовиною (фукозою), що її виділяють кишкові клітини. Пізніше ж співробітники лабораторії Ґордона виявили, що кишкові клітини виробляють цю поживу лише за наполяганням B. theta. Спочатку вчені продемонстрували, що кишкові клітини безмікробних мишей перестають виробляти фукозу через кілька тижнів після народження. «Було схоже на те, що вони готувалися до прийому гостей, які так і не прибули», – каже Ґордон. Але достатньо впорснути в глотку дорослої безмікробної миші порцію Bacteroides, як цукрове виробництво відразу ж поновлюється. Після цього його співробітники використали три типи мутантів B. theta (знову наданих Сельєрс), аби розшифрувати, що ж саме там відбувається. Одній групі безмікробних мишей вони ввели штам B. theta, що не міг безпосередньо прикріпитися до кишкової клітини. Попри це клітини почали виробляти фукозу. Іншу групу безмікробних мишей вони заселили мутантами B. theta, що не могли споживати фукозу, однак кишкові клітини все одно її виробляли. Постачання цієї їжі не почалося лише в мишей, що були заселені моноколонією штаму B. theta, нездатного виділяти конкретний білок, який, за підозрою дослідників, був біохімічним сигналом із проханням про подачку. Іншими словами, цукрове виробництво клітин виникало не просто у відповідь на дотик бактерій або вичерпування запасів фукози. Ключем було повідомлення «погодуй мене» від B. theta, що вмикало мишачий ген, який інакше поринав би в сон після перших кількох днів життя. Це відкриття стало першим чітким підтвердженням колись дуже дивної ідеї Ґордона, що кишкові бактерії можуть безпосередньо контролювати діяльність кишкових клітин.

У 1990-х роках поява методу ДНК-мікрочипів (генних чипів) дала Ґордонові потужний новий інструмент для досліджень. Генні чипи дозволяють ученим сканувати активність тисяч генів одночасно. Вони використовують тисячі флуоресцентно позначених фрагментів ДНК, розташованих у чітко визначених місцях на решітці завбільшки з предметне скельце мікроскопа. 2002 року співробітники лабораторії Ґордона використали «мишачий чип», що містив десь із двадцять тисяч відомих мишачих генів, задокументувавши вмикання сотень цих генів, коли раніше безмікробна миша отримує свою першу порцію B. theta. Як Ґордон і очікував, ці гени включали в себе багато з тих, що залучені в нормальному дозріванні кишкової вистилки. Введення B. theta також вмикало мишачі гени, залучені у виробництві конкретних транспортних молекул, необхідних кишковим клітинам для всмоктування й використання багатьох поживних речовин, наданих їм B. theta та спорідненими бактеріями. Усе це посилило враження Ґордона, що B. theta відіграє особливо важливу роль у сприянні здоров’ю кишечника.

Команда Ґордона завершила секвенування 4779 білкотвірних генів B. theta в 2003-му, у той самий рік, коли й проект «Геном людини» завершив секвенування Homo sapiens. Було виявлено, що понад 100 з цих генів B. theta призначає для пошуку неперетравлених рослинних цукрів, а ще 170 – для розщеплення їх на компоненти, які миша (або людина) здатна засвоїти. B. theta також володіє складним апаратом відчуття, які поживні речовини доступні їй в будь-який конкретний час, аби дібрати правильну комбінацію біохімічних інструментів для поводження з ними.

Секвенування геному B. theta також дало дослідникам із лабораторії Ґордона чип цього мікроба, на додачу до мишачого, який у них уже був. Тепер вони могли слідкувати за обома сторонами біохімічного спілкування, що відбувалося між господарем і мікробом. Наступного 2004 року співробітники лабораторії виявили, що вимогливість B. theta сягає за межі кишечника. Вони спіймали її за виданням «маршрутних листів» жировим клітинам черевної порожнини миші. Зокрема, вони виявили, що B. theta зупиняла виробництво гормону, який пригнічує розвиток жиру, відомого як фактор жирової тканини, що індукується голодом (Fiaf). Це відкриття багато в чому пояснило раніше спостереження. Коли дослідники заселяли безмікробних мишей впорскуваннями B. theta в глотку, у тварин одразу починав відкладатися жир на животі, навіть за умови поїдання на 30 % менше їжі та переживання спалаху метаболічної активності, що спалював майже на 30 % більше калорій. Після чотирнадцяти днів із B. theta жирові запаси мишей у середньому збільшувалися на 60 %.

«Ми бачимо тут, як B. theta чинить на свого господаря вплив, схожий на гормональний, – захоплюється Ґордон. – Мікроб неначе каже: “Збережи це – воно може знадобитися нам пізніше”».

Досліджуючи складність таких симбіотичних взаємодій далі, команда Ґордона показала, що на початку життя клітини кишечника та імунна система тварин починають виробляти речовини, що допомагають корисним бактеріям, таким як B. theta, закріпитися на місці, тоді як інші, потенційно небезпечні мікроби вимиваються з товстого кишечника. B. theta, схоже, віддячує за цю послугу тим, що не зловживає прихильністю свого господаря. Наприклад, ці бактерії чекають, доки вкриті цукром епітеліальні клітини злущаться з кишкової вистилки, а лише потім починають на них пастись. А ще вони не просять цукру, доки не припиниться їх звичайне постачання неперетравленою рослинною їжею.

Через усе це Ґордон доходить висновку, що B. theta надає своїй екосистемі певного роду стабільності. Ця бактерія переключається на свого господаря, лише коли ззовні їжі надходить мало, а в хороші часи забезпечує господаря додатковими калоріями та інструкціями запасти на чорний день хоча б частину надлишків. Зовсім нещодавно Ґордон з командою знайшли докази того, що друга велика група кишкових бактерій (Firmicutes) може бути ще більш ефективною у виділенні та розподілі калорій, ніж Bacteroidetes (головним представником яких є B. theta). «Хоча нація, що переїдає, може й не цінувати додаткові калорії та жир, – каже Ґордон, – я чудово уявляю, що в людській історії були тривалі періоди, коли такого роду динаміка означала різницю між голодною смертю і виживанням». Не дивно, що відкриття Ґордона викликали інтерес до можливості, що підправлення нашої кишкової мікрофлори може допомогти скинути зайву вагу в разі ожиріння.

Як додаткове свідчення інші співробітники лабораторії описали, що відбувається, коли миша, заселена монокультурою B. theta, отримує вливання метанотвірного мікроба Methanobrevibacter smithii. Заселені двома культурами миші стають у результаті господарями в сто разів більшої кількості B. theta, ніж були б інакше. Як виявляється, такі метаногени, як M. smithii, значно збільшують ефективність B. theta, живлячись її відходами – воднем та вуглекислим газом – і перетворюючи їх на метан та воду. Без метаногенів накопичення відходів сповільнювало би простий метаболізм B. theta та обмежувало її здатність до розмноження. На практичному рівні таке підвищення ефективності приносить додаткові 15 % накопичення жиру у двічі заселених мишей.

Співробітниця лабораторії Рут Лі також почала масштабне дослідження подібностей і відмінностей у мікрофлорі людей і тварин – цього разу, аби краще зрозуміти еволюційні корені нашого внутрішнього населення. Вона зазначає, що з п’ятдесяти п’яти відомих різновидів бактерій на планеті Земля лише вісім селяться всередині травного тракту тварин, що свідчить про дуже вибіркові відносини. «Наша гіпотеза, – каже вона, – полягає в тому, що ці мікроби еволюціонували разом із нами впродовж мільйонів років».

Згадую нещодавнє фото, на якому вона стоїть над відром із льодом, набитим флаконами з екскрементами тварин Сент-Луїського зоопарку (гепарда, лева, слона, кенгуру, гієни), а також зразками, зібраними її колегою, що проводив дослідження поблизу африканського водопою. «Якщо це правда, що ми, як ссавці, еволюціонували разом із нашою кишковою мікрофлорою, – каже Лі, – то маємо виявити подібності на знак того, що якась давня бактерія проникла всередину якогось давнього предка всіх цих видів і взялася там за діло». Наразі вона знайшла вже багато широких подібностей. Хоча в кишковому тракті ссавців (зокрема, людей) виникають вісім різновидів бактерій, домінують із них тільки три: Bacteroidetes, Firmicutes та Proteobacteria.

Натомість коли Лі аналізує бактерії на рівні роду (категорії, вищої за вид), у ссавців спостерігається доволі багато різних спільних груп. Bacteroides, такі як B. theta, B. vulgatus та B. distasonis, домінують у всеїдних – створінь на кшталт нас із вами, мишей та свиней, що їдять і рослини, і м’ясо. У травоїдних, таких як корови, вівці та кролі, першість належить представникам близькоспорідненого роду Prevotella (P. ruminicola, P. brevis, P. albensis та ін.). Появи саме такого типу відмінностей міг би очікувати еволюційний біолог після того, як нові види ссавців і їхні резидентні мікроби розгалузилися в давні часи з метою дотримуватися різних стилів життя.

Відчиняється нове вікно

Техніки анаеробних культур, розроблені Голдман та Муром, разом із «генетичним підслуховуванням» Ґордона зробили мікрофлору товстого кишечника найкраще зрозумілою з багатьох мікробних екосистем тіла. Однак мінімум 10 % видів мікробів, що населяють наш кишковий тракт, залишалися некультивованими й неописаними. На зорі XXI століття з’явилася ще одна революційна технологія, яка пішла далі у виявленні останніх із них, наших найзагадковіших мікробних мешканців. При цьому вона також збентежила світову медицину, визначаючи бактерії в частинах тіла, що раніше вважалися безмікробними, за винятком випадків серйозного ураження хворобою.

Ця технологія – генетичних зондів бактерій – стала результатом роботи мікробіолога з Іллінойського університету Карла Вéзе. У 1970–80-х роках Везе займався пошуками свого роду генетичного мірила для визначення спорідненості земних бактерій. Учені давно вже шукали кращий спосіб звести організми в родинні групи, аніж групування їх за поверхневими властивостями, такими як зовнішній вигляд та функція, – адже був ризик поєднати докупи мікробів, подібних між собою настільки, як метелики і кажани. Оскільки всі гени з часом накопичують крихітні несуттєві зміни, Везе розумів, що йому потрібен ген, який би був водночас надзвичайно важливим для всіх живих клітин і достатньо складним, аби тонкі варіації в літерах його ДНК можна було використовувати для вимірювання еволюційної відстані. Для свого мірила Везе обрав ген, що кодує надзвичайно важливий сегмент бактеріальної рибосоми (фабрики білків). За допомогою цього гена він відкрив абсолютно неочікуване розгалуження дерева життя – раннє, яке породило окремий рід давніх, схожих на бактерії мікробів, яких він назвав археями. Ці генетично окремі археї зустрічаються переважно в екстремальних умовах середовища, таких як глибоководні термальні та гарячі сірчані джерела, але до них належали й кілька мешканців людського організму, таких як метанотвірні Methanobrevibacter.

Поки Везе перемальовував дерево життя, один із його колишніх аспірантів Норман Пейс усвідомив, що такого ж роду характерний ген можна використати як свого роду відбиток ДНК для визначення безлічі бактерій у зразку середовища, на кшталт ґрунту чи води. Тобто він може розробити ДНК-зонд для пошуку генів бактеріальних рибосом у ґрунті чи воді, використовуючи як мішень ділянку гена, однакову в усіх бактерій. Виділяючи ці гени зі свого зразка, він зможе потім копіювати сегменти тисячі разів за допомогою ПЛР (полімеразної ланцюгової реакції) – тієї самої техніки ампліфікації генів, що використовується в судово-медичних лабораторіях для збільшення генетичних «відбитків», залишених на місці злочину. Після цього можна буде розсортувати його генетичні сегменти за їхніми тонкими відмінностями. Краса цього методу полягала в тому, що він дозволяв Пейсові ідентифікувати бактерії в змішаному зразку, використовуючи літери ДНК одного-єдиного гена, неначе «штрих-код», що було набагато простіше, ніж виділяти та вирощувати окремі види в лабораторії для ідентифікації їх за відмінностями в хімічному складі та зовнішньому вигляді.

До кінця 1980-х років мікробіологи всього світу з ентузіазмом узяли новий інструмент Пейса на озброєння. Зокрема, вони зупинили свій вибір відбитка ДНК на одному гені рибосомної РНК (гені сегменту рибосоми під назвою 16S рРНК). Дуже швидко стало звичною справою секвенувати цей ген для будь-якої бактерії, котру вивчають. Це привело до не баченого раніше збільшення бібліотеки генів 16S, яку можна було використовувати для ідентифікації бактерії так само, як судмедексперти використовують генетичні бази даних для порівняння ДНК з місця злочину і ДНК відомих злочинців.

Найважливіше, мабуть, що генетичні зонди 16S забезпечили перший прямий метод визначення бактерій, які було неможливо виростити в чистій культурі, тобто окремо від переплутаної купи інших мікробів, що допомагають зв’язати їхні природні спільноти. І якщо конкретної характерної рРНК немає в жодній із бібліотек відомих мікробів – еврика! Ви щойно відкрили новий вид. Ще краще, ви можете помістити цей новий вид у загальну споріднену групу, можливо, навіть рід, відшукавши її найближчий відповідник серед добре описаних видів.

Метод генетичних зондів бактерій Пейса відкрив нове вікно у світ мікробіологічних досліджень. У 1986-му, наприклад, він повідомив, що просто неймовірні 99 % у багатьох його зразках ґрунту, багна й води складали раніше невідомі й некультивовані бактерії. Чи не могло те саме стосуватися складних мікробних спільнот, що населяють людське тіло?

Одними з перших, хто почав виловлювати гени 16S рРНК з людських тканин, були мікробіологи Девід Релман зі Стенфордського університету та Кен Вілсон з Університету Дюка. 1991 року, працюючи незалежно один від одного, вони обидва націлили свої зонди на тканини хворих на СНІД, що мали хворобу Віппла. Рідкісний у людей зі здоровим імунітетом, цей розлад характеризується сильною втратою ваги, артритом та ушкодженням внутрішніх органів. Протягом вісімдесяти п’яти років медичним дослідникам не вдавалося культивувати дрібні паличкоподібні організми, які вони помітили в тканинах їхніх пацієнтів, тому вони не мали можливості ідентифікувати їх або порівняти з іншими, відомими видами бактерій. Секвенування гена 16S цього загадкового мікроба Вілсоном та Релманом дозволило впевнено віднести його до порядку Actinomycetales – бактерій, що формують розгалужені, схожі на грибкові волокна. До цієї групи належать багато представників ротової та кишкової мікрофлори. Ще важливіше, що вони подарували медичній спільноті новітній генетичний тест, який дозволяє швидко ставити діагноз, – життєво важливий прорив, бо своєчасне лікування хвороби Віппла відповідним антибіотиком зупиняє інфекцію раніше, ніж вона встигає незворотно ушкодити серце та головний мозок.

Кількома роками пізніше Релман зайнявся виловлюванням 16S знову, цього разу в роті здорової людини (власному), з єдиною метою – встановити різноманіття його мікробного складу. Він повернувся до лабораторії з прийому в стоматолога з кількома заздалегідь стерилізованими пробірками, що містили зіскрібки з зубів, взяті трохи нижче від лінії ясен. Після цього він із кількома співробітниками своєї лабораторії провів ампліфікацію бактеріальної ДНК зразків і секвенував 264 окремих гени 16S рРНК. Трохи більш ніж половина з них відповідали генам 16S відомих бактерій, а от тридцять п’ять виявилися достатньо відмінними, щоб указати радше на зовсім нові види (а не штами чи підтипи вже відомих).

З 1994 року Брюс Пейстер та Флойд Дьюгерст із Інституту Форсайта (філії Гарварда) почали використовувати генетичні зонди 16S для значно докладніших досліджень мікробів рота, вивчаючи різноманіття мікроорганізмів у десятків добровольців, як здорових, так і тих, що мають різного роду хвороби ротової порожнини. Наразі вони вже виявили характерні гени понад семисот видів бактерій ротової порожнини, більшість із яких раніше були невідомими. Пейстер та Дьюгерст виявили, що в роті зазвичай мешкає від ста до двохсот цих організмів, декотрі з них постійно спричиняють проблеми, а інші сприяють свіжості подиху та хорошому стану здоров’я.

Науковці з Інституту Форсайта використали свою велику базу даних генів 16S для створення ДНК-мікрочипа, придатного працювати свого роду пристроєм для зчитування штрих-коду з метою швидко визначити, які саме з понад двохсот видів основних бактерій ротової порожнини та чи інша особа має в роті, а також присутні вони у відносно низьких чи високих концентраціях. Цей мікрочип, хоч поки й не готовий для використання в кабінеті стоматолога, дозволяє дослідникам оцінити ризик людини щодо хвороб ротової порожнини, дивлячись, які «хороші хлопці» відсутні, а які порушники спокою пробралися всередину. Він також дає змогу моніторити, що відбувається зі складними консорціумами бактерій у роті людини в процесі лікування – чи то обробки кореневого каналу, чи прийняття антибіотиків, бо те і те іноді створює нові проблеми.

ДНК-мікрочипи дозволили мікробіологам провести аналогічні дослідження інших порожнин тіла. У 2006-му, наприклад, Релман та Ґордон приєдналися до вчених з Інституту геномних досліджень у Роквіллі, штат Меріленд, щоб завершити амбітне секвенування генів 16S мікробної спільноти всередині кишкового тракту. Вони виявили понад дві тисячі різних генів 16S у зразках випорожнень двох здорових дорослих, приблизно 150 з яких різнилися достатньо, щоб відповідати окремим видам бактерій, а тридцять п’ять були взагалі новими для науки.

Тим часом Релман та інші виявляють бактерії в тканинах, що здавна вважалися безмікробними. «Знайти людську тканину, яка не показує присутності бактеріальної ДНК, – рідкість», – каже Релман. Відображують ці мікроби приховані інфекції чи нормальну мікрофлору – ще треба визначити. «Я ж сподіваюся, – каже він, – що, почавши зі зразків від здорових людей, можна буде припустити, що ці мікроби, мабуть, були з нами протягом деякого часу нашого перебування на цій планеті і можуть дійсно бути важливими для нашого здоров’я».

Інфекції-невидимки чи сторонні спостерігачі?

Слід визнати, що старому простому погляду на інфекційну хворобу, втіленому в сакраментальних постулатах Коха (а саме: будь-який хвороботворний мікроб має виявлятися в усіх випадках певної хвороби і завжди викликати хворобу, коли вводиться новому господареві), кидає виклик поведінка навіть добре знайомих бактеріальних мешканців людського організму. Найвідомішим мікробом, що спростовує такий погляд, є, мабуть, Helicobacter pylori. Цей майже всесвітньо поширений колись мешканець людського шлунка лиш останнім часом почав викликати шлункові виразки. Але й сьогодні H. pylori стає причиною проблем лише в невеликої кількості з тих, хто його носить.

«Такі речі спантеличують мікробіологів старої школи, – каже молекулярний біолог Алан Хадсон, – бо постулати Коха тут просто не працюють». Натомість різного роду приховані інфекції, представлені H. pylori та іншими нещодавно відкритими мікробами, схоже, викликають проблеми лише в деяких людей і лише іноді, зазвичай після років, якщо не десятиліть хиткого миру між господарем і бактерією.

Хадсон, мікробіолог, який пишається тим, що ніколи не мав власного мікроскопа, полюбляє розповідати історію зі свого досвіду, що добре ілюструє, як генетичні зонди не лише здійснили революцію в медичній мікробіологічній науці, але й заплутали її. «Один молодий солдат підхоплює десь за морями хламідію, генітальну інфекцію, позбувається її за допомогою антибіотиків, повертається додому й одружується зі своєю шкільною подружкою, – починає Хадсон, відкидаючись у кріслі за своїм столом у тісному куточку лабораторії в Державному університеті Вейна в Детройті. – Але через три тижні в них обох розвивається просто жахливий хламідіоз».

Маючи подвійні стандарти, новоспечений чоловік обурюється, що його дівчина зраджувала його, поки він був далеко, – вона ж це звинувачення повністю заперечує. «І от мені телефонує місцевий лікар, що намагається врятувати їхній шлюб, – каже Хадсон. – Він знає її з дитинства й переконаний, що вона каже правду». Цей лікар хоче знати, чи існує якась можливість, що її міг заразити чоловік, хоча він начебто як слід лікувався й вилікувався. «Тож я кажу йому: “Надішли мені зразок його сечі та мазок її шийки матки”». Це після того, як обоє пройшли повний курс антибіотиків під наглядом лікаря. «Я зробив ПЛР того й іншого, – каже Хадсон, – і виявилося, що чоловік усе ще заразний». Замість того щоб позбавити його від хламідій, на думку Хадсона, антибіотики просто перевели їх у стан «сну». Якщо потім одна з цих неактивних клітин передалася новому господареві – дружині, – вона цілком могла почати ділитися для створення активної інфекції, що й передалася йому назад.

Хоча неактивні хламідії нечасто активуються знову способом, що породжує нову генітальну інфекцію, Хадсон давно підозрював їх в іншому злочині. На початку 1990-х років, аналізуючи тканину суглобів хворих на артрит, він виявив там два типи хламідій – Chlamydia trachomatis, зазвичай пов’язану з генітальною та очною інфекцією, і Chlamydia pneumoniae, що часто викликає респіраторні інфекції. Але ще більш відомо, що в 1996-му він почав виловлювати C. pneumoniae в клітинах головного мозку жертв хвороби Альцгеймера.

Приблизно в той самий час медичні дослідники почали пошуки генетичних відбитків C. pneumoniae та різноманітних видів бактерій ротової порожнини в артеріальних бляшках хворих після інфаркту. Ці пошуки підштовхнули багатьох кардіологів почати призначати своїм пацієнтам антибіотики, повернувшись до практики, здебільшого припиненої в 2005-му. Той рік приніс довгоочікувані результати дослідження, що охоплювало понад чотири тисячі пацієнтів із серцево-судинними хворобами, які приймали потужний антибіотик гатифлоксацин упродовж двох років. Результати цього дослідження підтвердили, що лікування не зменшувало ризик інфаркту, ступінь атеросклерозу чи закупорки артерій. Однак це дослідження не стільки вигороджувало C. pneumoniae, скільки демонструвало, що навіть тривалі курси сильних антибіотиків не здатні повністю її знищити. Відповідно, проведене дослідження хоч і припинило дедалі більше використання гатифлоксацину серед кардіологів, проте викликало величезний інтерес до розробки сильніших, більш ефективних схем приймання лікарських засобів для знищення не лише C. pneumoniae, але й дедалі більшої кількості інших так званих інфекцій-невидимок.

Зрозуміло, що фінансові стимули тут величезні. Якщо, наприклад, якийсь потужний новий антибіотик виявиться хоча б частково ефективним у зниженні ризику інфаркту, призначати його будуть мільйонам, можливо, навіть десяткам мільйонів людей. «Ми говоримо про те, що довгостроково приймати антибіотики, можливо, множинної дії, буде більшість населення», – каже фахівець із хламідій з Університету Вандербільта Вільям Мітчелл, співзасновник компанії, що якраз і шукає такі ліки. Крім того, якщо попередні результати хоча б щось означають, ці антибіотики призначатимуться курсами не на кілька днів, а на місяці, якщо не роки щоденного приймання.

Уже багато ревматологів прописують довгострокові – навіть довічні – курси антибіотиків від запального артриту, бо ці препарати знижують болісне запалення. (Неясно тільки, роблять вони це шляхом знищення бактерій-невидимок чи в якийсь інший невідомий спосіб.) Останнім часом психіатри почали призначати довгострокові антибіотики юним пацієнтам з обсесивно-компульсивним розладом – тенденція, яка почалася з ідеї, що ці діти можуть страждати від певного роду неврологічної автоімунної реакції, запущеної заблукалою бактерією Streptococcus pyogenes, яка залишилася від активної інфекції.

Каталогізація мікрофлори нашого тіла, здатність вирощувати безмікробних тварин та розробка методу генетичних зондів бактерій разом привели до значного покращення нашого розуміння взаємодій – на краще чи на гірше – між людьми і їхніми мікробними пасажирами. Адже, як усім відомо, для цих мікробів абсолютно нормально час від часу вештатися по всьому нашому тілу, тоді як генетичні технології виявляють їхню присутність лише тепер.

Хадсон, зокрема, попереджає, що, перш ніж ми задумаємо знищити наших бактеріальних попутників, «нам би, чорт забирай, краще розібратися, що вони там роблять». Із цією метою він почав працювати з власним набором ДНК-мікрочипів – зокрема, одним генетичним чипом для хламідії та другим для її господаря-людини. Разом вони дозволяють йому «підслуховувати» біохімічне спілкування, що відбувається між тілом і напівзаснулою хламідією, яку він виявив у тканинах суглобів. Він навіть удався до пристрою, який довго не використовував, віддаючи перевагу ДНК-зондам, – мікроскопа, хоча це й був цифровий світловий мікроскоп за 250 тисяч доларів, здатний збільшувати організми в безпрецедентні п’ятнадцять тисяч разів. Цей апарат розміщується в лабораторії його дружини Джудіт Віттум-Хадсон, імунолога з Державного університету Вейна, яка працює над вакциною від хламідій.

Через відеоекран мікроскопа він побачив перехід клітин хламідії з інфекційної, активної стадії в їхню малозрозумілу стійку форму. «Спочатку перед вами абсолютно нормальна, сферична бактерія, а потім ви отримуєте великого, дурнуватого вигляду мікроба», – каже він. Весняного дня він нижче схиляється до відеоекрана мікроскопа, фокусуючи лінзи на розпливчастій плямі активності всередині клітини хламідії. «Вона там явно щось робить, – каже він. – Щось створює. Вона щось говорить своєму господареві».

Частина. III. Занадто чисті?

Любов до бруду – одна з найперших пристрастей, вона ж найостанніша. Пасочки з бруду задовольняють один із наших перших і найкращих інстинктів. Поки ми брудні, ми чисті.

Чарльз Дадлі Ворнер (1870)

Надчутливий спуск

Рохан Кремер Ґуха – волоокий хлопчик із Нью-Джерсі з сором’язливою усмішкою та м’яким чорним волоссям – знає, що йому не можна торкатися навіть крихітних шматочків наїдків і напоїв, які інші діти залишають після себе на святкуваннях днів народження. «Я боюся, – каже його матір, Девіані Ґуха. – Що, як він торкнеться хоч би плями від морозива? Але я не хочу, щоб він надто вже виділявся. Тож я дозволяю йому піти й намагаюся не нависати». Треба сказати, що Рохан знає багато інших дітей з алергіями, хоча й нікого з таким широким їх діапазоном, як у нього.

Алергійні проблеми в цього хлопчика почалися рано. Уже в шість місяців його гарна спочатку дитяча шкіра стала червоною й лускатою від екземи. А щоразу, коли до будинку його родини приходили прибиральниці, Девіані чи няньці доводилося забирати Рохана з дому на весь день. «Бо інакше щоразу, як чистили наш килим, він вкривався жахливою висипкою, починав хрипіти й задихатися». Ще не вміючи ходити, Рохан уже пізнав на собі алергію практично до всіх видів їжі з відомого переліку. Найгірші кривдники – молоко, яйця й пшениця – провокували в нього негайну нудоту і блювоту. Потім, коли Роханові виповнилося два роки, поцілунок у щічку від дідуся спричинив у нього справжні рани завбільшки з середніх розмірів монету на половину обличчя. А все тому, що за півгодини до того дідусь з’їв шматочок каджу катлі – східноіндійського смаколика із вмістом вершкового масла й горішків кеш’ю.

До того часу мати Рохана годувала його майже виключно курятиною з картопляним пюре і сама дотримувалась такої ж суворої дієти, аби мати змогу продовжувати грудне вигодовування. Навіть найбільш гіпоалергенна харчова суміш викликала в нього проблеми, та й коров’яче молоко, зрозуміло, навіть не розглядалося. «Мені такого харчування було замало, тож ми боялися, що й він недоїдає», – згадує Девіані. Тому вона була сповнена надій, коли в січні 2001 року алерголог Рохана порекомендував привести його до лікарні для перевірки реакції на різні харчі. «Він сказав нам, що багато дітей, у яких проявляється слабка позитивна реакція геть на все, насправді не мають такої вже страшної алергії на цілу низку продуктів». Про всяк випадок під рукою мав бути реанімаційний набір з усім необхідним для порятунку дитини від порушення дихання та зупинки серця.

О десятій ранку звичайного буднього дня Рохан, якому тоді було два з половиною роки, натщесерце сидів на лікарняному ліжку, а його тоненькі мигдалево-коричневі ручки й ніжки губились у завеликій для нього тоненькій бавовняній накидці. Медсестра вже почала внутрішньовенно крапати в його праву ручку звичайний сольовий розчин – ще один засіб «про всяк випадок», що мав дозволити медичній бригаді швидко ввести йому рятівні ліки. Старша медсестра принесла тацю з дюжиною пронумерованих, але більше ніяк не позначених контейнерів із рисовим пудингом. У кожному з них дієтолог заховав одну восьму чайної ложки продукту, до якого Рохан міг бути чутливим.

Перші три зразки хлопчик подужав без скарг, але після крихітного шматочка четвертого закомизився. Він почав непокоїтись і скаржитися, що в нього болить животик. Мати спробувала повернути його увагу до ложки з пудингом, аж тут його вивернуло, після чого він знепритомнів. Старша медсестра негайно ввела йому епінефрин і за лічені секунди почала через крапельницю внутрішньовенно вливати антигістамінний препарат. Коли Рохан прийшов до тями, вона посадовила його на ліжку й наділа йому на обличчя маску, через яку він міг вдихати імунозаспокійливі стероїди. «Це було страшно, – каже Девіані. – Отоді ми по-справжньому й зрозуміли, що маємо справу з чимось, що може вбити нашого сина». Адже в четвертому зразку була всього лише крихітна часточка ячменю.

Через шість місяців у новонародженого брата Рохана на ім’я Зубін так само почали проявлятися тяжкі форми алергії. Девіані звільнилася з роботи, де успішно планувала будівництво міст, спеціалізуючись на забезпеченні районів закладами охорони здоров’я. «Ідучи з дому, я постійно непокоїлась як через те, що залишаю дітей без своєї уваги, так і через необхідність увесь час стежити, що я сама їм і п’ю і що можу передати Зубінові через грудне молоко». Зараз хлопчикам уже вісім і чотири роки відповідно й вони обидва частково переросли свої харчові алергії. До меню родини навіть повернулися соя й нут. Однак діти залишаються чутливими до тяжких форм астми та екземи. Як це часто буває, їхні напади астми зазвичай особливо сильні й страшні після дихальних інфекцій, таких як грип. Але Девіані не може зробити їм щеплення, бо вакцина від грипу містить сліди яєць – одного з продуктів, на які в них зберігається тяжка форма алергії.

У всьому розвиненому світі алергії, астма та інші типи запальних розладів у наш час перетворилися з практично невідомих на загальнопоширені явища. Усі вони передбачають руйнівну реакцію імунної системи на якусь нешкідливу речовину: харч, пилок рослин, нормальні бактерії товстого кишечника чи навіть власні здорові клітини тіла. Імунна атака на останні може призводити до автоімунних розладів, таких як діабет 1 типу, розсіяний склероз, вовчак та багато інших. Це має такий вигляд, немов імунна система сучасної людини втратила якийсь запобіжник, залишившись із надчутливим спуском, часто нездатною відрізнити друга від ворога. Як саме ця надмірна чутливість проявляється, схоже, залежить від генетичної схильності людини. Алергії та астма явно передаються в спадок, як, можливо, й автоімунні розлади. Але різке збільшення поширеності цих проблем в останні 150 років було занадто швидким, аби пояснити його просто родинною генетикою. У країнах «третього світу» вони залишаються доволі рідкісними, однак діти іммігрантів зазвичай поділяють вищі рівні захворюваності своїх західних однолітків, як і їхні батьки, хоча ті й меншою мірою. Фактично, багато новоприбулих до США з Африки та Східної Європи напівжартома називають алергію «хворобою громадянства», бо характерне шморгання носом та чхання часто виникають у них десь через п’ять років проживання в країні, що дозволяє стати її громадянами.

Чи спричиняється це забрудненням повітря? Стресами сучасного життя? Великою кількістю їжі? Малою кількістю дитячих хвороб? Усі ці речі вже пропонувались як можливі винуватці історичного зростання числа імунних розладів у промислово розвиненому світі. Однак дослідження переважно не змогли знайти докази на їхню підтримку.

Мабуть, найдивнішим припущенням з усіх було те, що ця епідемія є результатом нашого відносно раптового відділення від цілого моря мікробів, здебільшого нешкідливих, що колись насичували наші життя через необроблену воду, яку ми пили; їжу, яку ми діставали з ґрунту та примітивно зберігали; тварин, яких ми вирощували й на яких полювали; бруд, серед якого ми ходили, працювали й часто спали. Аксіомою біології є те, що еволюція перетворює невідворотне на необхідне. Чи не могло статися, що імунна система людини еволюціонувала так, що почала покладатися на постійний контакт із бактеріями та іншими «мікробами» для належного функціонування? Якщо так, то що відбувається, коли за одне чи два століття (якусь мить для еволюції) ми розриваємо цей постійний контакт, починаючи очищувати нашу воду, обробляти харчі, митися протимікробними гелями й милами та дистанціюватися від природного ландшафту?

Від Гіппократа до гігієнічної гіпотези

Аналіз медичної історії демонструє аналогічну схему збільшення кількості трьох категорій запальних розладів, що стали надзвичайно помітними в XXI столітті. Це алергії та астма; автоімунні розлади, такі як цукровий діабет 1 типу, розсіяний склероз і вовчак; запальні кишкові хвороби, наприклад хвороба Крона й виразковий коліт. У медичний літературі сивої давнини всі вони ледве згадувалися. Гіппократ, наприклад, знав астму, але для нього це була хвороба, спричинена фізичними вправами, а не алергіями. Він також описував окремих людей, що погано реагували на певні харчі, на кшталт молока, але їхні симптоми – розлад шлунка та гази – нагадують більше харчову непереносимість, аніж алергію.

Перша згадка про респіраторні алергії датована ще X століттям і міститься в трактаті перського лікаря Аль-Разі «Про причину, чому голови людей пухнуть у часи троянд, породжуючи катар». Пізніше трояндова пропасниця (сезонна алергія) з’являється у європейській медичній літературі XVII століття й залишається медичною цікавинкою аж до XIX століття, коли вона стає модною недугою серед аристократії, багато представників якої, як писали, «не виносили сільського повітря». 1819 року лондонський лікар Джон Босток почав десятилітнє дослідження того, що він перейменував на catarrhus aestivus – літній катар (закладення носа). «Однією з найприкметніших обставин тут є те, що впродовж останніх десяти – дванадцяти років на нього не було скарг як на специфічну хворобу», – писав він. У 1828-му Босток представив свою доповідь про двадцять вісім випадків літнього катару перед Лондонським медичним та хірургічним товариством, повідомивши, що цей розлад спостерігається лише «в середніх або вищих верств суспільства, навіть у людей дуже високого рангу». Опитавши аптекарів у бідних районах Лондона і де тільки міг, Босток так само повідомив, що не виявив «жодного однозначного випадку цієї недуги серед бідноти».

1873 року лікар із Манчестера Чарльз Блеклі, який сам потерпав від сінної лихоманки, показав, що цей стан є респіраторною алергією, шляхом зберігання пилку літніх трав у пляшці, відкривання її взимку та вдихання вмісту. Це відразу ж спричиняло його звичні симптоми: сльозотечу, нежить, чхання. Оголошуючи про свої результати, Блеклі, як і Босток перед тим, відзначив різке збільшення випадків цього стану за попередні десятиліття і висловив збентеженість фактом його відсутності серед родин, що проживають у сільській місцевості й контактують із пилком рослин найбільше. Блеклі спростував популярну ідею про те, що респіраторні алергії є якимось різновидом спадкової недуги, пов’язаної з королівською кров’ю, бо вони були доволі поширені серед нуворишів європейської промисловості й торгівлі. Радше Блеклі описав її як хворобу «освічених класів» і припустив наявність певного роду «схильності, породжуваної розумовою культурою».

До початку ХХ століття респіраторні алергії стали настільки поширеними по всій Західній Європі та Північній Америці, що в багатьох містах було створено «товариства сінної лихоманки» для забезпечення підтримки або хоча б співчуття тим, хто на неї хворів. 1988 року історик медицини Мартін Емануель назвав респіраторні алергії «епідемією постіндустріальної революції», що охопила близько 10 % населення США. «Однак, – писав він, – причина цього поширення сьогодні зрозуміла не краще, ніж коли Блеклі відзначив його». Якщо додати сюди харчові алергії, теж рідкісні до XX століття, то виявиться, що на алергійні розлади сьогодні страждають майже 60 мільйонів американців, а це 20 % усього населення країни. Причому цілих 15 мільйонів із цих людей мають алергії достатньо тяжкі, щоб спричинити небезпечний для життя анафілактичний шок.

У ногу з респіраторними алергіями йшло й поширення астми, навіть якщо уявлення про неї змінилося від спричиненої фізичними вправами хвороби, знайомої давнім грекам, до тієї, що викликається переважно алергенами, особливо домашніми подразниками, такими як пліснява та мікроскопічні екскременти пилових кліщів і тарганів. Перше чітке посилання на цей тип спричиненої алергією астми датується 1552 роком, коли славетний лікар доби Відродження Джироламо Кардано вирушив до Шотландії й вилікував там архієпископа Сент-Ендрюського від його хронічних проблем із диханням, позбувшись повних кліщів пухових подушок та стьобаної ковдри. Упродовж наступних чотирьох століть астма почала асоціюватися з вищими верствами суспільства нарівні з сінною лихоманкою, причому класичним образом астматика була бліда й зніжена мала дитина, що уникає вулиці. До 1980-х років астма стала найпоширенішою хронічною хворобою дитинства й головною причиною пропусків шкільних занять та шпиталізації дітей у Північній Америці і Європі, особливо в містах.

До середини XX століття стало зрозуміло, що схильність до алергійних розладів успадковується. Однак та сама схильність могла проявитись у вигляді харчової алергії в одного члена родини, респіраторної алергії або астми в другого та алергійного стану шкіри, на кшталт екземи, у третього. Наявність будь-якого з цих розладів сильно збільшувала вірогідність того, що в людини розвинуться інші. Це відкриття привело дослідників до роздумів про те, які елементи сучасного стилю життя – особливо вищих класів або містян – штовхають людей з генетичною схильністю за межу, де починається хвороба. Усерйоз полювання на ці фактори розпочалося в 1980-х роках.

1987 року до Лондонської школи гігієни та тропічної медицини прибув новий викладач. Ним став епідеміолог Девід Стракан, кощавий молодий шотландець в окулярах із масивною чорною оправою, що ледь трималися на його відстовбурчених вухах, який до того вже встиг опублікувати цілу низку наукових статей про поширеність дитячої астми та її зв’язок із побутовими умовами. Без тяжкої праці та пригод у країнах «третього світу», якими славились епідеміологи тієї школи, Стракан знайшов свою нішу у вивченні заяложених записів сімейних лікарів та майже нерозбірливих приміток, нашкрябаних ними в картках пацієнтів. Серед основних підозрюваних у проведених Страканом аналізах були відчинені вікна спалень та сирість у домі.

У школі Стракан швидко розширив свої дослідження за межі приміток сімейних лікарів, занурившись у бази даних національної системи охорони здоров’я Великої Британії. Самі лише відкриті вікна й пліснява не могли бути відповідальними за загальнонаціональне поширення епідемії атопії (алергійних захворювань). Адже в 1980-х роках, за деякими оцінками, на той чи інший її різновид (екзему, харчову алергію, сінну лихоманку чи астму) страждала кожна восьма британська дитина.

Стракан вивчив статистичну золоту жилу «Британського національного дослідження розвитку дітей», колосальної науково-дослідної роботи, націленої на відстежування здоров’я й добробуту 17 414 британців – усіх дітей, народжених між 3 і 9 березня 1958 року, на піку повоєнного збільшення народжуваності. На той час представникам цієї групи вже перевалило за двадцять. Тож Стракан зміг створити зведені таблиці та логістичну регресію деталей їхніх життів від народження до початку дорослості, аби відобразити те, що могло корелювати з двома звичайними маркерами схильності до алергії – екземою та сінною лихоманкою.

Основним результатом Страканових аналізів стало виявлення вражаючого зв’язку схильності до хвороб із розміром родини: чим більше братів або сестер мала дитина, тим нижчим був ризик розвитку в неї екземи чи якоїсь респіраторної алергії. Стракан підтвердив свої результати статистикою здоров’я, що надійшла від другої часової групи народження – британських дітей, народжених упродовж одного тижня навесні 1970-го. У віці п’яти років вони теж показали обернену залежність між розміром родини та ризиком розвитку алергії.

Статистичні дані Стракана не сказали йому, щó саме у великій кількості братів чи сестер захищає дитину від розвитку алергії. Але він почувався впевненим у відповіді. У звіті 1989 року для British Medical Journal він дійшов такого висновку: «За останнє століття зменшення розміру родини, покращення побутових умов та вищі стандарти особистої гігієни знизили можливість перехресного зараження в молодих родинах. Це й могло призвести до більшого поширення клінічних проявів атопічних хвороб, що раніше виникали в багатших людей». На його думку, сучасна епідемія алергії та астми проростає безпосередньо зі зменшення кількості звичайних вірусних інфекцій дитинства, від застуди до кору, свинки та краснухи.

Для свого звіту Стракан обрав назву «Сінна лихоманка, гігієна і розмір родини». А журналісти, смакуючи його неочікуване звинувачення на адресу стерильно чистого будинку, що був телеіконою тих днів, вигадали стисле словосполучення: «гігієнічна гіпотеза». Його стаття дала потужну зброю новому рухові проти щеплень, основний аргумент якого полягає в тому, що, запобігаючи інфекціям дитинства, сучасна медицина позбавляє імунну систему тренування, необхідного для міцного й довготривалого здоров’я.

1999 року норвезькі дослідники додали до гігієнічної гіпотези Стракана новий поворот, відкривши, що основну частину захисту від алергії тим, хто народжується у великих родинах, забезпечують радше старші брати, ніж сестри. Те саме дослідження показало, що додатковий захист походить також від домашніх тварин, особливо собак. Стракан ухопився за це повідомлення як за підтвердження своїх ідей, адже братів тоді прийнято було вважати більш мікробними, ніж їхніх нібито охайніших сестер. Та хлопчики точно не хворіли частіше за дівчаток, а собак навряд чи можна було звинувачувати в поширенні застуд, грипу та кору.

Тим часом імунологи шукали механізм, який міг би пояснити очевидний захист, який давали інфекції раннього дитинства. Їхні дослідження імунних клітин, що циркулюють у крові чутливих до алергії людей, показали дисбаланс у двох нещодавно відкритих підгрупах так званих хелперних Т-клітин. Виконуючи роль, по суті, генералів імунної системи, Т-клітини реагують на антигени, виділяючи складну суміш сигнальних молекул під назвою цитокіни. За визначенням, антигеном є будь-яка субстанція, що зв’язується з поверхневими рецепторами Т-клітин і запускає розростання клонів Т-клітин, специфічно націлених проти неї. З метою боротьби з хворобою антиген складається з потрібного для ідентифікації шматочка вірусу, бактерії, хворої чи ушкодженої клітини, що вимагає знищення. У разі алергій антиген, або «алерген», є частиною субстанції, яку імунна система помилково вважає небезпечною. У випадку автоімунного розладу антиген може сидіти на поверхні конкретного типу клітини, яку імунна система помилково маркує для знищення.

Імунологи кінця 1980-х років відкрили певну дихотомію в реакції Т-клітин імунної системи. Один тип Т-клітин, під назвою хелпери 1 типу (Th1), виробляє цитокіни, що наказують клітинам-солдатам імунної системи (макрофагам, Т-кілерам тощо) знищити інфіковані, ракові або ще якось уражені хворобою клітини тіла. Натомість хелпери 2 типу (Th2) виділяють цитокіни, що розгортають імунну відповідь, для якої характерний наплив мастоцитів та базофілів до слизових оболонок, де вони вивільняють гістамін та іншими способами спричиняють запалення і скорочення м’язів під ними. Остання стратегія, схоже, призначена для позбавлення від кишкових паразитів, таких як солітери й нематоди, чи їхніх личинок, аби ті не змогли зачепитися й вирости в дорослих паразитів. Цікаво, що тривале зараження кишковими паразитами насправді пригнічує імунну відповідь Th2 типу, найімовірніше, через те, що тривала запальна реакція спричинює більше ушкоджень, аніж черви. У будь-якому разі за відсутності таких паразитів саме активність купи надмірно старанних Th2-клітин, схоже, і зумовлює запалення, вивільнення рідини та м’язові спазми під час алергій та астми.

Дальше дослідження навело на думку, що новонароджені з’являються на світ із перекосом їхньої імунної системи в бік імунної відповіді Th2 типу, можливо, тому, що «нормальна», вбивча для клітин відповідь Th1 типу може призвести до смертельної сутички з тканинами та імунною системою матері. Зазвичай відповідь хелперів 2 типу зменшується вже в перші тижні чи місяці життя. Натомість у дітей з алергією Th2-клітини та пов’язані з ними цитокіни залишаються на недоречно високому рівні й у дорослому житті. Ці дослідження Т-клітин чітко співвідносяться з гігієнічною гіпотезою Стракана в тому, що нестача дитячих інфекцій може залишити імунну систему людини недоречно застряглою в Th2-режимі раннього дитинства.

Парадигма дисбалансу Th1/Th2 додала гігієнічній гіпотезі наукової ваги, збільшивши її популярність. 1997 року переконаними здавалися навіть експерти з журналу The Economist: розгорнута редакційна стаття під назвою «Змучені ліками» посилалася на гігієнічну гіпотезу як на припущення, «що втручання в інфекції можуть мати небажані ефекти не лише для патогенів, але й для їхніх господарів, тобто людей». Цементуючи гігієнічну гіпотезу в медичну догму, The New England Journal of Medicine опублікував дослідження Аризонського університету, де вивчалися записи про здоров’я понад тисячі дітей від самого їхнього народження на початку 1980-х до тринадцятирічного віку. Результати цього дослідження підтвердили, що потужний захист від астми пов’язаний з раннім контактом із багатьма дітьми – чи то старші брати й сестри, чи то одногрупники в дитсадку. Як і Стракан, аризонські педіатри приписували захисний вплив великій кількості застуд та інших респіраторних інфекцій, які діти поширюють серед одногрупників та приносять додому своїм молодшим братам чи сестрам.

Менш відомими були результати кількох досліджень, що не змогли підтвердити заявлений зв’язок між ранніми респіраторними інфекціями і захистом від алергій та астми. 1996 року Стракан сам не зумів знайти пряму кореляцію, коли проводив статистичний аналіз між кількістю застуд та інфекцій дихальних шляхів, які діти переживають протягом першого року життя, і розвитком сінної лихоманки в більш пізньому дитинстві. Інші дослідження підтвердили захисний вплив великих родин, але показали, що респіраторні інфекції протягом раннього дитинства насправді підвищують шанси, що в дитини розвинуться алергійні розлади. Уважніший аналіз засвідчив: підвищення ризику корелює не стільки з інфекціями як такими, скільки з використанням антибіотиків. (Більшість респіраторних інфекцій є вірусними, а тому не передбачають прийому антибіотиків.)

Приблизно в той самий час ідея, що алергії є результатом порушення балансу між двома гілками імунної системи, розсипалася через просте спостереження. Якщо алергія та астма виникають від надто великого перекосу імунної системи в бік імунної відповіді Th2 типу, то західний світ мав би тішитися відповідним зменшенням розладів, що є результатом надто агресивної відповіді Th1 типу, тобто автоімунних хвороб, за яких гілка імунної системи, що вбиває клітини, помилково руйнує здорові тканини. Відбувалося ж зовсім протилежне.

Історія самознищення

Як і у випадку з алергіями та астмою, багато типів автоімунних розладів також пройшли протягом XIX та XX століть шлях від рідкісних або й узагалі невідомих до доволі поширених. 1966 року гарвардський невролог Девід Посканзер розпізнав «подвійний санітарний градієнт» географічної широти й багатства, що лежали в основі характерної епідеміології розсіяного склерозу. Більше, ніж із чимось іншим, зростання поширеності цієї недуги збігалось із запровадженням по всій північно-західній Європі та Північній Америці домашніх водогонів. Винятком, що підтверджує правило, на думку Посканзера, був лише низький рівень розсіяного склерозу в Японії – країні з високим градієнтом широт та багатства, але відомої своєю антисанітарною практикою використання «нічного ґрунту» (людських нечистот) як сільськогосподарського добрива. У світлі досліджень Посканзера в 1970-х роках стало популярно звинувачувати в поширеності розсіяного склерозу матерів-домогосподарок, схиблених на підтримці бездоганної чистоти в їхніх домівках.

Епідеміологи виявили аналогічні градієнти багатства й для інших автоімунних розладів. Найбільше вражав цукровий діабет 1 типу (інсулінзалежний), що виникає, коли імунна система руйнує клітини підшлункової залози, які виділяють інсулін. (На відміну від нього, цукровий діабет 2 типу викликається резистентністю до інсуліну – нездатністю організму реагувати на нормальні обсяги інсуліну, часто після багатьох років ожиріння.) У 2000 році дитячий епідеміолог з Університету Лідса Патрісія Маккінні повідомила, що ризик розвитку цукрового діабету 1 типу зменшується прямо пропорційно кількості часу, який дитина провела в дитячому садку в ранньому дитинстві, та кількості інших дітей у групі. Перебування малюків у групі з понад двадцяти дітей зменшує їхній ризик розвитку цього типу діабету наполовину. А 2004 року патолог Джим Морріс і статистик Аманда Четвінд із Ланкастерського університету показали аналогічно потужний захист від діабету серед малюків, що або ділили спальню з іншими дітьми, або мали регулярний і ранній контакт зі свійськими тваринами.

Із приблизно вісімдесяти різних видів автоімунних розладів, нарахованих наприкінці XX століття, поширеність багатьох за попередні п’ятдесят років зросла втричі, а то й учетверо, тоді як інші виникли просто нізвідки. На додачу до розсіяного склерозу та цукрового діабету, до них належали вовчак та склеродермія, за яких імунна система починає загальний наступ на сполучну тканину; ревматоїдний артрит, що руйнує тканину суглобів; м’язово-дистрофічна хвороба міастенія з її характерним знищенням моторно-рецепторних клітин; хвороба Аддісона, за якої під вогонь потрапляють клітини надниркових залоз; хвороба Гашимото, що характеризується руйнуванням щитоподібної залози. Усі разом автоімунні розлади сьогодні погіршують здоров’я десь 5–8 % населення Європи та Північної Америки. Як і з алергійними розладами, схильність до них, схоже, успадковується. Кожна третя людина з вовчаком, наприклад, також має один чи більше інших типів автоімунності, а кожна друга повідомляє про наявність іще одного члена родини з автоімунною хворобою.

Зрозуміло, що, хоч якою є причина епідемії алергій та астми Th2 типу в західному світі, вона діє не за рахунок автоімунності Th1 типу. Щось, схоже, послабило гальма обох імунних локомотивів, а вже наслідки цього залежать від генетичних схильностей кожної конкретної людини. Але, навіть коли поняття «захисної» інфекції та «дисбалансу» Th1/Th2 відійшли на другий план, гігієнічна гіпотеза зробила новий поворот, отримуючи дедалі більше доказів, що мікроби, які роблять нас хворими, можуть фактично бути менш важливими, ніж безліч нешкідливих, які співіснували з нашою імунною системою впродовж сотень мільйонів років, тобто задовго до того, як поява цивілізації зробила заразні хвороби частиною повсякденного життя.

Діти в корівнику

Еріка фон Мутіус прямує довгим порожнім коридором, що веде до її клініки вивчення астми в Університетській дитячій лікарні Мюнхена, і глухий стукіт її низьких підборів відлунює від блискучого лінолеуму та яскраво-жовтих металевих шаф, що сягають від підлоги до стелі. Сувору обстановку всередині її оглядового кабінету допомагають пом’якшити квітчасті штори та грошове дерево на підвіконні, а також сама пані фон Мутіус, із її коротким темним і густим волоссям, уже трохи скуйовдженим, та білим лабораторним халатом, який оживляють значки – золотаве сонце, дитина, що стрибає, метелик.

На оглядовому столі сидить роздягнений до пояса вгодований золотоволосий школярик, перший із череди чисто вимитих малюків, що наповнять її клінічний день. «Доброго ранку», – вітається німецькою фон Мутіус, усміхаючись, що викликає сором’язливу усмішку й на личку її пацієнта. Матір хлопчика описує нічний кашель та денну задишку, які й привели їх сюди. Лікарка просить його глибоко подихати під холодним дотиком її стетоскопа. «Добре, добре», – підбадьорює вона його, дослухаючись до знайомих внутрішніх хрипів.

Коли фон Мутіус іще тільки починала вивчати педіатрію в цій самій лікарні в середині 1980-х років, вона швидко зрозуміла переваги спеціалізації на алергії та астмі. Переплетені між собою рівні поширеності цих двох розладів уже почали різко підніматися, гарантуючи, що їй не бракуватиме маленьких пацієнтів. Крім того, на дослідницькому фронті теорій щодо причин цього зростання було значно більше, аніж достовірних епідеміологічних даних. «Працюючи в клініці вивчення астми, я зрозуміла важливість цієї роботи, – каже вона. – Побачила, яка це жахлива хвороба не лише для дітей, але й для їхніх стривожених батьків».

У 1989-му, переключившись на вивчення алергології, фон Мутіус почала порівнювати рівні алергії та астми у дітей з міських районів Мюнхена і тих, що жили в навколишніх селах. На той час більшість дослідників звинувачували в значно вищому рівні астми серед міських дітей забруднення повітря, хоча свій внесок у таке розходження могли зробити будь-які відмінності в умовах середовища чи способі життя. Фон Мутіус сподівалася прояснити ці фактори за допомогою родинних анкет та анамнезів. Але результати не тішили. Хоч за межами міста алергія та астма, схоже, були трохи менш поширеними, та аж ніяк не рідкісними. Ще дивнішим було те, що одна група сільських дітей мала помітно нижчий рівень цих розладів. «Коли мій статистик розібрався з цифрами, – каже фон Мутіус, – то сказав мені: “Тут є лиш один показовий момент. Захищені, схоже, діти з будинків із вугільним та дров’яним опаленням”». Це взагалі не мало жодного сенсу. Адже такі брудні види палива мали б загострювати астму, а не захищати від неї. «Годі й казати, що ми ці дані не опублікували, – каже Еріка. – Надто вже вони суперечили загальноприйнятій думці тих часів».

А через кілька місяців фон Мутіус геть забула про порівняння даних міських і сільських дітей. Дев’ятого листопада 1989 року впав Берлінський мур. Лікарка відразу ж зрозуміла, що возз’єднання Німеччини дає їй безпрецедентну можливість порівняти поширеність астми та алергії в двох етнічно ідентичних популяціях, що жили в абсолютно різних умовах. На той час дуже мало країн перевищували західнонімецькі стандарти високої якості повітря та контролю шкідливих викидів. А от Східна Німеччина задихалася під своїм спадком соціалістичної промисловості з її жахливим забрудненням. «З точки зору забрудненості довкілля в Європі просто не було іншого такого місця, як Лейпциґ і Галле», – згадує Еріка.

За наступні два роки разом зі своєю невеличкою командою медсестер та лікарів вона перевірила на алергію та астму понад сім з половиною тисяч дітей по обидва боки колишнього кордону між Східною і Західною Німеччинами, порівнюючи їхні дані з детальними історіями хвороби та анкетами батьків, націленими на виявлення ознак алергії – від екземи до сінної лихоманки – та відмінностей у способі життя. Цього разу її статистика дала ще дивніші результати. Те, що забруднення повітря позначалося на здоров’ї східнонімецьких дітей, здавалось очевидним, з огляду на їхні вищі рівні бронхіту – індикатора ураження дихальних шляхів, наче в курців. Однак, згідно зі статистикою, ті самі діти втричі рідше мали сінну лихоманку і на третину рідше – повномасштабну астму, аніж їхні західнонімецькі однолітки. Дальший аналіз виявив кореляцію астми з вищими рівнями алергій на респіраторні алергени, такі як пилові кліщі, лупа тварин та пилок рослин. Алергіками виявилася понад третина західнонімецьких дітей і менш ніж одна п’ята східнонімецьких.

Після публікації в The American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine в 1994-му звіт про роботу фон Мутіус привернув увагу. Багато хто відкидав її результати як неправдоподібні. «У той час я була лише дрібною, нікому не відомою лікаркою», – каже вона. Але інші побачили можливу паралель із гігієнічною гіпотезою Стракана, яка нещодавно стала популярною, з її акцентом на захисній ролі контакту з мікробними дітьми. «У колишній соціалістичній країні майже всі східнонімецькі матері працювали, а їхні діти потрапляли до дитсадків та ясел ще немовлятами», – пояснює фон Мутіус. І діти, що відвідували дитсадки, завжди підхоплювали застуди та купу інших інфекцій від своїх одногрупників.

Фон Мутіус була заінтригована ідеєю Стракана, що інфекції дитинства якраз і можуть бути відсутньою раніше ланкою. Але коли вона повернулася до Лейпцига через п’ять років після возз’єднання, то виявила, що хоч у старших класах початкової школи астма залишалася рідкісною, рівень сінної лихоманки подвоївся, а екземи – збільшився на 50 %. Народжені за декілька років до возз’єднання, ці діти здебільшого провели раннє дитинство в яслах та дитячих садках. Але з того часу дещо змінилося. Їхні родини швидко перейняли західний стиль життя, зокрема різко перейшли в раціоні з їжі, купленої на ринку, такої як непастеризовані молочні продукти та немиті свіжозібрані овочі й фрукти, на привозні, здебільшого перероблені вироби, як-от маргарин і різного роду консерви.

Тим часом розмова з одним колегою з іншого боку Альп змусила фон Мутіус пригадати незвичайні результати її першого дослідження з його дивним відкриттям нижчих рівнів астми в дітей, що жили в оселях, опалюваних дровами чи вугіллям. Швейцарський епідеміолог Шарлотта Браун-Фарландер провела аналогічне дослідження рівнів алергії в понад півтори тисячі дітей, які жили в сільській місцевості. За наполяганням одного місцевого лікаря, вона включила у свою родинну анкету питання про заняття сільським господарством. Цей сільський лікар стверджував, що діти молочарів та свинарів у його громаді не хворіють на сінну лихоманку. Його спостереження виявилися точними. Дослідження Браун-Фарландер показало, що в дітей фермерів алергії розвивалися втричі рідше, ніж у їхніх однокласників, які жили в місті. І чим більше господарство тримали їхні родини, тим краще: діти постійно зайнятих фермерством батьків мали вдвічі меншу чутливість до алергій, аніж зайнятих лише півдня. «Раптом у цьому з’явився сенс, – каже фон Мутіус про її більш ранні результати, – адже фермерство в більшій частині Європи є практично синонімом опалення вугіллям та дровами, традиційного для старих фермерських будинків». Що ж такого в житті фермерів давало захист їхнім дітям?

Починаючи з 1998 року фон Мутіус та Браун-Фарландер розіслали справжню невелику армію аспірантів та медсестер по баварських та швейцарських селах для опитування фермерів і членів їхніх родин, збирання зразків крові та пилу з корівників, кухонних підлог, дитячої постільної білизни й повітря в будинках. Єдиним чинником стилю життя, пов’язаним із низьким рівнем астми та респіраторних алергій (менш ніж один випадок на сто дітей, які проводили перші п’ять років життя біля худоби, – удесятеро нижчий рівень, ніж у міських дітей), виявився ранній та частий контакт із хлівами. Аналізуючи зразки їхнього пилу, команда дослідників також виявила прямо протилежну залежність між алергією та астмою і рівнем ліпополісахариду, хімічного маркера бактерій, у дитячих матрацах. Найвищі рівні ліпополісахариду корелювали з найнижчими рівнями алергійних розладів, включно з астмою.

Великі родини, ясла й дитячі садки, хліви й корівники – спільною рисою, яка між ними простежувалася, схоже, були бактерії, у великій кількості присутні в бруді, пелюшках та гної. При цьому інші дослідження виявили, що захисний ефект раннього контакту з хатніми тваринами значно сильніший у випадку з собаками, ніж із котами, – і це штовхало до припущень, що ця надзвичайно важлива різниця може мати причиною те, де і що тварина нюхає та лиже. Додавши сюди припущення про так званий фекальний чинник, 2000 року італійський епідеміолог Паоло Матрікарді опублікував результати свого аналізу антитіл, виявлених у крові 1659 новобранців ВПС Італії. За своєю природою антитіла відображують попередній контакт людини як з респіраторними мікробами (на кшталт збудників кору, свинки й краснухи), так і з «орально-фекальними» мікробами (кишковими бактеріями інфікованої людини, що розносяться водою та руками). В останній категорії Матрікарді шукав антитіла до шлункового мікроба Helicobacter pylori, кишкового паразита Toxoplasma gondii та вірусу гепатиту А. Насправді небагато новобранців захворіли б від контакту з останніми трьома мікробами, що зазвичай інфікують людей, не викликаючи симптомів. Але Матрікарді виявив, що алергії та астма розвивались у менше ніж 7 % курсантів, які контактували з двома чи трьома з цих мікробів. Натомість алергійні розлади виникали в понад 20 % тих, хто ніколи не зустрічався з жодним із цих мікробів, – потрійна різниця.

Гігієнічна гіпотеза, що з’явилася наприкінці XX століття, мала зовсім інакший вигляд, ніж уперше запропонована Страканом у 1980-х. Згідно з цією гіпотезою в її більш пізній версії, від імунних розладів захищає не хвороба, а ранній і постійний контакт із мікробами, особливо з тим різновидом бактерій, який діти регулярно вдихають та ковтають, коли перебувають поруч із іншими дітьми, тваринами та неочищеною водою. Мабуть, точніше навіть сказати, що відсутність такого контакту, схоже, сприяє імунним розладам у людей із прихованою схильністю. Однак імунологи всього світу розуміли, що вони побачили лише проблиск регуляторних механізмів, які за нормальних умов тримають імунну систему під контролем. Попри появу все нової літератури з опублікованими дослідженнями, ідея про те, що контакт із бактеріями може провокувати хоча б щось, крім спрямованого проти хвороби запалення, тоді ще не ввійшла до підручників і залишалася чимось суперечливим.

Навчання толерантності

1989 року, коли Стракан опублікував свою гігієнічну гіпотезу, а фон Мутіус відкривала протиалергенні властивості фермерського життя, розгортався ще один науковий прорив. Новопризначений викладач Стенфорда Дейл Умецу, імунолог, що тільки-но закінчив практику після докторантури в Гарварді, опублікував свій доказ, що Th2-клітини працюють також у людей. У наступне десятиліття, коли Умецу поєднав лабораторні дослідження з доглядом за пацієнтами, його почала дедалі більше інтригувати ідея, що інфекція – або щось схоже на неї – може схиляти імунну систему в інший бік від відповіді Th2-клітин, а отже, захищати від виснажливих нападів астми, що мучили його пацієнтів у Стенфордській дитячій лікарні Люсіль Паккард.

Працюючи у своїй лабораторії з чутливими до алергії мишами, він розробив вакцину, що складалася з убитих клітин шлунково-кишкового мікроба Listeria monocytogenes. У наш час ця бактерія стала сумновідомою тим, що викликає харчові отруєння, коли розростається в ковбасних виробах, таких як хот-доги. Однак упродовж більшої частини людської історії – аж до останньої чверті XX століття – практично всі люди стикалися з крихітними її обсягами в питній воді, на свіжих овочах і фруктах, а також у ґрунті та пилу стаєнь. Дослідження показали, що лістерія може спричиняти сильну неалергійну (Th1 типу) імунну відповідь, й Умецу припустив, що контакт із нею може допомогти відвернути імунну систему чутливих до алергії від протилежної відповіді Th2 типу. 1998 року його дослідницька команда створила експериментальну протиалергійну «вакцину», поєднавши вбиті клітини лістерії з активним алергеном – у цьому випадку білком ракоподібних. Вони виявили, що одна-єдина ін’єкція повністю захищає лабораторних мишей, які мають таку тяжку форму алергії на ракоподібних, що зазвичай навіть слідів останніх досить, щоб викликати смертельний анафілактичний шок.

Відповідно до загальноприйнятої думки того часу, Умецу та його колеги вважали, що чудодійне лікування алергії лістерією пов’язане з відновленням балансу гойдалок імунної системи Th1/Th2. Але коли вони спробували ввести Th1-клітини мишам, чутливим до респіраторних алергій та астми, то були шоковані, виявивши, що тільки погіршили запалення в легенях тварин. Ці неочікувані результати підказали вченому подивитися на протизапальний ефект бактерій під іншим кутом.

Умецу міркував так: те, що легені нечутливих до алергії мишей (чи людей) показують незначне запалення, не означає, що їхня імунна система не розпізнає алергенів і не реагує на них. Аналізи крові показали, що всі несуть у собі антитіла майже до всього в їхньому оточенні. Умецу усвідомив, що імунна система неалергіка не ігнорує антигени, а розпізнає їх як незагрозливі й активно породжує реакцію толерантності, що зменшує запалення. Джерелом алергії, отже, є не дисбаланс імунних Th1- і Th2-клітин, кожна з яких породжує свій тип запалення, а відсутність толерантності.

Маючи це на увазі, 2004 року Умецу уважніше придивився до Th1-клітин, які його лістерійно-алергенна вакцина стимулювала в лабораторних мишей. Це були не звичайні хелперні Т-клітини. Вони не виробляли тих чи інших сигнальних молекул, що наказували імунній системі атакувати інфіковані або якось по-іншому ушкоджені клітини тіла. Ці Th1-клітини виробляли інтерлейкін-10 – універсальний сигнал «відбою» імунній системі. У цьому вони нагадували іншу нещодавно відкриту породу імунних клітин, що отримала назву регуляторних Т-клітин. Ці клітини допомагали стримувати імунну систему від атаки на власні тканини тіла, тобто від запуску автоімунного розладу.

За рік до того японські імунологи відкрили загальний клас регуляторних Т-клітин. Навіть більше, вони показали, що ушкодження головної контрольної молекули (Foxp3) регуляторної клітини призводить до смертельної комбінації тяжких форм алергії, запального захворювання кишечника та автоімунних розладів. Лабораторія Умецу продовжила використовувати їхню лістерійно-алергенну вакцину на лабораторних мишах та собаках для стимуляції толерантності до алергенів, таких як яйця, горіхи та пліснява, а отже, зниження рівнів небезпечних для життя респіраторних та харчових алергій. Важливо те, що вони допомогли показати, як цю терпимість можуть породжувати нешкідливі бактерії, на кшталт убитих клітин лістерії. І зробили вони це шляхом залучення менш вивченої, але значно давнішої гілки імунної системи.

Вроджений імунітет

Т-клітини з їхньою здатністю розпізнавати й атакувати конкретні антигени є частиною гілки імунної системи, що називається адаптивною. Ця адаптивна імунна система працює з дивовижною ефективністю: щойно вона вперше стикається з конкретним антигеном, то породжує клітини пам’яті, які продовжують циркулювати по всьому тілу й мають тривале життя. Коли ж антиген удруге показує своє молекулярне обличчя, ці клітини пам’яті швидко розмножуються, розростаючись до цілої армії клонів. У результаті вакцини та деякі види інфекцій породжують тривалий, навіть довічний імунітет.

Механізми адаптивного імунітету пояснюють, як імунна система відповідає на загрози, з якими вона вже стикалась. Однак упродовж більшої частини XX століття імунологи мало розуміли, яким чином наївні, недосвідчені Т-клітини розрізняють антигени, що заслуговують на атаку (пов’язані з інфекційними мікробами або ураженими хворобою клітинами), і ті, які слід терпіти (пов’язані з харчами, брудом та лупою повсякденного життя, а також корисні бактерії товстого кишечника людини).

Потім, наприкінці 1980-х і на початку 1990-х років, дослідники відкрили давню родину білків під назвою toll-подібні рецептори на поверхні імунних клітин «розвідників», завданням яких було захоплення та представлення сторонніх речовин генералам імунної системи – Т-клітинам. У міру вивчення цих білків учені зрозуміли, що toll-подібні рецептори є молекулами розпізнавання образів, що реагують на унікальні для мікробів генетичні маркери. Наприклад, перші два з відкритих toll-подібних рецепторів TLR1 і TLR2 зв’язуються з ліпопептидами (жирними білками) на поверхні грампозитивних бактерій. TLR3 активується вірусною РНК. TLR4 суміщається з характерними нерівностями ліпополісахаридної оболонки грамнегативних бактерій. TLR5 реагує на хімічний лоскіт схожого на батіг хвостика (джгутика) плаваючих бактерій. А інші toll-подібні рецептори зв’язуються з «голими генами» (неметильованою ДНК), які використовують усі бактерії та багато вірусів.

У рослин і безхребетних тварин toll-подібні рецептори вкривають поверхню багатьох типів клітин. З еволюцією адаптивного імунітету в щелепних риб та вищих тварин приблизно 400 мільйонів років тому клітини з toll-подібними рецепторами взяли на себе спеціалізовану роль уловлення мікробів і сторонніх домішок і представлення їхніх ще не перетравлених частинок як «антигену» Т-клітинам. Головними серед цих антиген-презентантів є дендритні клітини – схожі на восьминога, які концентруються під слизовими оболонками дихальних шляхів і травного тракту, просовуючи свої довгі мацаки крізь ніжну вистилку внутрішніх органів для взяття проб бактерій, харчів та інших речовин, що можуть проноситися повз чи натикатися на них.

З відкриттям toll-подібних рецепторів імунологи почали дивитися на дендритні клітини як на передових розвідників та військових радників імунної системи. Дослідження показали, що ці клітини не просто представляють антигени Т-клітинам для розпізнавання; вони роблять це разом із викидом інструктивних цитокінів, що дозволяють їм повідомляти, чи вартий конкретний антиген атаки.

Пізніше, у 2001-му, імунологи з Рокфеллерівського університету оголосили, що можуть змусити дендритні клітини робити прямо протилежне – вимикати адаптивну імунну відповідь. Для цього вони неодноразово стимулювали toll-подібні рецептори цих клітин упродовж тривалого періоду. Інші дослідження підтвердили це неочікуване відкриття, показавши, що за відсутності явних ознак небезпеки (таких як ушкодження тканин) дендритні клітини реагують на постійну присутність бактеріальних продуктів, як-от ліпополісахарид, виділяючи заспокійливий цитокін толерантності інтерлейкін-10. Це, у свою чергу, підказує наївним Т-клітинам визріти не в запальні Th1– чи Th2-клітини, а в регуляторні Т-клітини, що поширюють іще більше імуннозаспокійливих цитокінів.

Коли Дейл Умецу зі своїми стенфордськими колегами використовував вакцину з убитих клітин лістерії для лікування від астми мишей, вони виявили, що можуть узяти дендритні клітини вакцинованих мишей, ввести ці клітини іншим мишам з астмою й вилікувати від астми вже їх. Вони також виявили, що можуть полегшити астму в мишей ін’єкціями всього лише фрагментів бактеріальної ДНК. За словами Умецу, це демонструє, що бактерії або їхні ДНК можуть вимикати запалення, яке стоїть за астмою, не просто зміщуючи баланс від алергійної імунної відповіді Th2 типу до клітиновбивчої відповіді Th1 типу, а задіюючи нещодавно відкритий шлях толерантності.

Ці результати чудово узгоджуються з фермерськими дослідженнями фон Мутіус та їхнім висновком, що ранній і постійний контакт із бактеріями в постільній білизні та повітрі в приміщенні допомагає захистити дітей від алергії та астми. Дальшими доказами стали результати дослідження фермерських родин, що ті відносно нечисленні фермерські діти, у яких таки розвиваються алергія та астма, часто мають мутації генів toll-подібних рецепторів, які розпізнають присутність бактерій.

2005 року Умецу повернувся до Гарварду, де продовжує використовувати вбиті бактерії, щоб розгадати таємниці імунної системи і, можливо, розробити ліки від алергії та астми. При цьому він уважно слідкує за дослідженнями у Великій Британії, що вже принесли, можливо, ще більш дивний тип бактеріальної вакцини, ніж його вбиті клітини лістерії, зі ще більш масштабними перевагами.

Вакцина з багна

Джон та Синтія Стенфорди ненадовго повернулися до Мілл-Гаузу, їхнього фермерського будинку XVIII століття в Тонбриджі, графство Кент, аби трохи перепочити між закордонними поїздками. Того ранку пізньої зими 2006 року вервечка пацієнтів до них потяглася ще до вранішнього чаю. Джон Стенфорд, який нещодавно вийшов на пенсію з посади голови кафедри мікробіології медичного факультету Університетського коледжу Лондона, носить фланелеву сорочку й цупкі штани, а його геть біла борода і скуйовджене волосся доповнюють враження жвавої ексцентричності. Стоячи в затишному теплі нагрітої пічкою кухні, він нахиляється, щоб отримати поцілунок у щоку від першої відвідувачки, пухкенької, рожевощокої англійської бабусі в коричневому кардигані та спідниці «в ялинку». Сью Гамільтон-Міллер ходить на уколи бактерій уже понад два роки, після того як у неї діагностували неоперабельну меланому, що поширилася на легені. «Вони вже були котили мене на операцію, коли до мене підійшов лікар із результатами рентгену, – розповідає вона по секрету. – “Мені дуже шкода, – сказав він. – Але оперувати вже немає сенсу”».

Синтія Стенфорд запрошує Сью до вітальні, стіни й підлога якої густо вкриті барвистими перськими килимами. Синтія – така ж маленька й тендітна, як її чоловік широкоплечий і високий. Обоє мають типово англійський молочний колір обличчя, добряче поцяткований сонцем за десятиліття, проведені в роз’їздах по більшій частині країн «третього світу». Коли Джон, пригинаючись, проходить у двері, він тримає в руках шприц, наповнений убитими нагріванням клітинами Mycobacterium vaccae, розведеними в борній кислоті, що допомагає розщепити цього мікроба на складники. Сью стягує кардиган і засукує рукав, відкриваючи з десяток дрібних рожевих ґульок уздовж плеча. Це підзагоєні сліди від минулих уколів. «Вони проступають з кожним новим уколом, – каже вона, – а потім спадають знову».

Сью знайшла свій шлях до Стенфордів після того, як її онколог погодився, що на традиційні методи лікування надії залишилось мало, з огляду на важку стадію раку жінки. Її чоловік Джеремі, медичний мікробіолог із Лондонської королівської безкоштовної лікарні, стежив за імунологічними дослідженнями Стенфордів багато років, і Джон та Синтія з радістю додали Сью до пацієнтів, що отримують їхню експериментальну вакцину у зв’язку з винятковими обставинами.

Уже через кілька тижнів після першої ін’єкції M. vaccae аналізи Сью показали, що її пухлини перестали рости. Завдяки щотижневим, а згодом щомісячним ін’єкціям вони невдовзі пішли на спад без жодної хіміотерапії чи опромінення. Під кінець року рентген грудної клітини показав, що пухлини її легень стислися до половини їхнього початкового розміру. Вона продовжує ходити до Стенфордів для контрольних ін’єкцій того, що британські ЗМІ охрестили «вакциною з багна». Перелік недуг, від яких начебто допомагає ця вакцина, викликає спокусу порівняти її з якимось шарлатанським засобом від усіх хвороб: це не лише рак, але й ціла низка алергійних розладів, включно з астмою; кілька автоімунних захворювань; навіть туберкульоз та проказа. «Усі ці хвороби виникають від розбалансування імунної системи, – стверджує Джон, – від неефективної або руйнівної імунної відповіді замість зосередженої на очищенні тіла від уражених хворобою клітин».

Історія розробки Mycobacterium vaccae у формі засобу імунотерапії веде відлік від початку 1970-х років. Джон та Синтія, з п’ятьма своїми маленькими дітьми на буксирі, їздили туди й назад Уґандою, збираючи зразки ґрунту. Вони шукали в ґрунті щось, що могло б пояснити, чому вакцина на основі бацили Кальметта-Ґерена (БЦЖ) так ефективно захищала угандських дітей водночас від туберкульозу та прокази. Mycobacterium tuberculosis та Mycobacterium leprae – мікроби, що викликають ці дві хвороби, – входять до першої п’ятірки порушників спокою у великій родині ґрунтових бактерій, відомих своїми восковими, водовідштовхувальними клітинними стінками. БЦЖ, найбільш широко використовувана вакцина світу, містить ослаблений штам іншої мікобактерії M. bovis, здатної викликати туберкульоз у великої рогатої худоби. Коли вона працює, БЦЖ сприяє перехресному імунітету проти туберкульозу в людей, так само як відома в історії вакцина коров’ячої віспи Едварда Дженнера захищала від віспи людської.

Однак вакцина БЦЖ тривалий час бентежила медичний світ широкою мінливістю свого захисту. Вона є більш ефективною в немовлят, ніж у старших дітей та дорослих, а її загальний рівень захисту має діапазон від цілих 80 % в одних країнах аж до нуля в інших. Навіть у межах самої Уґанди ефективність цієї вакцини залежить від регіону, сягаючи піку поблизу важкодоступних берегів озера Кйоґа, мілкого внутрішнього моря, де миються й беруть воду для приготування їжі лише кочові племена.

Дослідники туберкульозу, такі як колега Стенфордів Джон Ґрейндж, давно припускали, що мінливість БЦЖ може бути спричинена почасти якимось природним ревакцинаторним ефектом, який дає перехресна резистентність до нешкідливих мікобактерій із навколишнього середовища людини. Численні в багнистих, багатих на кисень болотах і на узбережжях водойм, більшість мікобактерій живуть за рахунок не зараження людей, а розщеплення й переробки рослинних решток. Пам’ятаючи про це, Стенфорди почали відбирати зразки ґрунту й води країни за схемою хрест-навхрест, аби побачити, чи можна знайти один або більше різновидів мікобактерій, що тісно корелюють із хорошою реакцією на БЦЖ серед місцевих дітей. З багнистої берегової лінії озера Кйоґа Джон виділив M. vaccae. З усіх мікобактерій у ґрунті навколо Кйоґи, пояснює він, саме M. vaccae мала той тип складної, багатої на антигени клітинної стінки, яку він вважав причиною найсильнішої імунної відповіді.

Спочатку робота Джона з M. vaccae зосереджувалася на створенні більш ефективної вакцини проти туберкульозу та прокази, самої по собі або в комбінації з БЦЖ. Обидва напрями принесли доволі непогані результати. Однак згодом у Джона з’явилося більш амбітне сподівання, що M. vaccae може допомогти людям на ранніх стадіях цих хвороб позбутися їхніх інфекцій. Як M. tuberculosis, так і M. leprae викликають хронічні й схильні прогресувати хвороби всього в 10 % інфікованих. В інших 90 % потужна імунна відповідь Th1 типу очищує організм від інфікованої тканини. Прогресуюче руйнування легень при хронічному туберкульозі й масштабне ушкодження кісток, хрящів та нервів у хворих на проказу виникають, коли імунна система обирає змішану відповідь Th1/Th2 типу, що руйнує тканини навколо інфікованих клітин, постійно відгороджуючи інфекцію, замість того щоб її знищити. Якби M. vaccae залучала імунну систему настільки ефективно, як сподівався Джон, то ін’єкція вбитих бактерій могла би стати одним зі способів переспрямувати імунну систему пацієнта в бік бажаної лікувальної відповіді. По суті, це могло б дати хворим надію у випадках, де антибіотики не в змозі знищити надзвичайно стійкий до лікарських засобів штам.

1975 року, перш ніж використовувати їхню експериментальну вакцину M. vaccae на комусь іншому, Стенфорди ввели її одне одному. «Якби ми не були готові випробувати її на самих собі, то навряд чи могли би пропонувати її іншим людям як нешкідливу», – пояснює Синтія. Вона тепер згадує, що, можливо, була першою, хто відчув її позитивний ефект. «Після того як маленька рожева ґулька в місці ін’єкції розсмокталася, я про неї забула, – згадує вона, – доки ми не опинилися посеред чергової холодної сирої англійської зими, і я усвідомила, що не страждаю від свого звичного синдрому Рейно».

Синдром Рейно, автоімунний розлад, що перекриває циркуляцію крові в кінцівках людини, може спричиняти болюче оніміння пальців рук і ніг зазвичай у відповідь на холод або стрес. Від нього сильно потерпали багато членів родини Синтії, а тому її мати, сестра та наймолодша донька Томазіна стояли в черзі на ін’єкції кожні кілька місяців упродовж усього наступного року. Їхні симптоми так само покращились. «А потім ми помітили, що й інші речі також зникають», – каже вона. У її матері пішов на спад рак спинного мозку, у сестри зник артрит, а в доньки астма взяла двомісячну перерву і вже ніколи не повернулася в повному обсязі. Лікарі, що проводили польові дослідження M. vaccae в Клініці туберкульозу та прокази в Азії, теж помітили неочікувані переваги. З Індії надійшли повідомлення про пацієнтів, у яких після вакцинації розсмоктався лускатий лишай (псоріаз). Цей автоімунний розлад виникає, коли імунна система знищує здорову тканину шкіри, а мертві клітини накопичуються, утворюючи товсті сріблясті лусочки.

Корисні побічні ефекти M. vaccae вже мали прецедент. Ще в 1960-х роках лікарі повідомляли, що діти, які проходили вакцинацію БЦЖ, мали трохи нижчий рівень алергії та астми, автоімунних хвороб, таких як цукровий діабет 1 типу, і навіть лейкемії. Починаючи з кінця 1970-х років вакцину БЦЖ навіть використовували як засіб для лікування раку, найуспішніше проти невеликих пухлин поверхневого раку сечового міхура. Працюючи в тому ж напрямі, на початку XX століття американський хірург-ортопед Вільям Ковлі став піонером використання бактеріальної вакцини для лікування сарком – злоякісних пухлин кісток, м’язів та іншої сполучної тканини. Вакцина Ковлі складалася з суміші вбитих Streptococcus pyogenes та Serratia marcescens. 1936 року цю вакцину схвалила Американська медична асоціація, але зі зростанням популярності опромінення й хіміотерапії в наступне десятиліття вона швидко вийшла з ужитку. Стійкішою виявилася цікава ідея про те, що контакт із певними бактеріями, живими чи мертвими, може якось підштовхнути імунну систему до ефективної дії. Стенфорди дійшли переконання, що M. vaccae є одним із багатьох різновидів бактерій у природному середовищі, від якого з часом почала залежати оптимальна робота імунної системи. «Ми ідентифікували цілу серію споріднених бактерій, що залучають імунну систему таким корисним чином», – каже Джон.

Невдовзі після того, як у 1975 році Стенфорди привезли M. vaccae з Уґанди, Джон почав працювати зі своїм колегою з Університетського коледжу Ґремом Руком, імунологом, зачарованим глибинними механізмами, завдяки яким бактерії взаємодіють з імунною системою. Перші ж їхні дослідження на лабораторних тваринах та кілька невеликих клінічних випробувань підтвердили, що ін’єкція мертвих клітин M. vaccae може не лише приносити полегшення у випадках алергій та астми, але й збільшувати можливості імунної системи в боротьбі з раком. У 1992-му за підтримки Університетського коледжу Лондона Стенфорд і Рук створили SR Pharma, акціонерне товариство відкритого типу, через яке інвестори могли фінансувати різноманітні клінічні випробування, необхідні для перетворення M. vaccae на повноцінний лікарський засіб. Обнадійливі результати їхніх перших досліджень та медично-детективна історія відкриття M. vaccae породили серію документальних телефільмів та журнальних статей про так звану вакцину з багна із заголовками на кшталт «Подавайте сюди мікробів!» та «Нехай їдять багно!».

Але потім прийшло розчарування результатами розрекламованого в ЗМІ дослідження на хворих із тяжкими формами раку легень, що також отримували традиційну хіміотерапію. Це дослідження не виявило жодного суттєвого збільшення часу виживання, а лише помітно вищу «якість життя» серед пацієнтів, які отримували M. vaccae. Люди з цієї групи повідомляли про свою значно більшу активність, комфортність, бадьорість, енергійність та соціальність, аніж ті, які отримували плацебо.

Стенфорди кажуть, що незалежна команда вчених, найнята для проведення цього дослідження, некоректно набрала учасників, змішавши хворих із різними видами раку легень. Повторний статистичний аналіз показав, що M. vaccae таки збільшила виживання (у середньому на 135 днів) пацієнтів з аденокарциномою, але ніяк не посприяла виживанню у випадках плоскоклітинного раку легень. Проте публікація перших результатів цього дослідження 2001 року обвалила вартість акцій SR Pharma. Члени правління компанії поспішили урізати витрати. Не минуло й року, як вони зупинили всі клінічні випробування M. vaccae, виключили Рука і Стенфорда з головної ради директорів (вони залишились простими радниками й акціонерами) та переключили увагу компанії на пошуки більш футуристичних біотехнологій.

Заглиблений у роботу Рук цього майже не помітив, продовжуючи сидіти за своїм лабораторним столом. Стенфорди ж, яким було недалеко до пенсії, 2004 року організували нову приватну компанію BioEos. Оскільки патентом на вакцину M. vaccae володіла SR Pharma, вони почали розробляти кілька видів близькоспоріднених бактерій для використання у ветеринарній медицині. Один із цих препаратів бактеріальних клітин Джон вводив у саркоїдні пухлини п’ятирічного чистокровного верхового коня його сестри. Після чотирнадцяти ін’єкцій тринадцять із чотирнадцяти пухлин тварини зникли. Фотографії показують, що найбільша пухлина, близько восьми сантиметрів у діаметрі, стиснулась до плаского шраму десь шести міліметрів завширшки. Через два роки після останньої ін’єкції жодна з пухлин не повернулася. У 2006-му Стенфорди почали використовувати ту саму бактерію в більш масштабному дослідженні кількох сотень коней, які страждали на так званий солодкий свербіж – тяжку форму алергії на укуси мошок, що кожної весни уражує мільйони цих тварин. У чверті піддослідних коней алергія повністю зникла, а приблизно в половини суттєво полегшилася.

Попередні дослідження показують, що декілька інших бактеріальних препаратів Стенфордів можуть виявитися ще більш корисними. Деякі прискорюють ріст поросят і телят, а також вирощених на фермі риб та креветок. Джон припускає, що ці сприятливі для імунітету бактерії допомагають тваринам позбуватися низькоспецифічних інфекцій, що інакше висмоктували б їхню енергію. Якщо більш масштабні випробування підтвердять їхню користь, ці препарати можуть стати альтернативою антибіотикам для стимуляції росту, що нещодавно були заборонені Європейським Союзом. «Тоді в нас з’являться гроші для фінансування клінічних випробувань лікування алергії, астми та інших станів у людей, – каже Джон. – Ось наша мета, а ось і засоби її досягнення».

Тим часом хворі на рак продовжують знаходити шляхи до будинку Стенфордів на півдні Англії. Слідом за Сью Гамільтон-Міллер, пацієнткою, яка одужує від меланоми, їхніми відвідувачами того дня наприкінці зими стали люди, що вже довго живуть із раком товстої кишки, прямої кишки та підшлункової залози – один із них віддав перевагу M. vaccae замість колостомії, а двом узагалі багато років тому було поставлено смертельні діагнози. Усі вони стверджують, що відчувають, коли їм потрібна чергова ін’єкція, бо з їхнього життя зникає певне сяйво. «Це важко пояснити, – каже Гамільтон-Міллер, – але після уколу я можу перемити всі вікна в хаті, а потім ходжу й шукаю, що б іще зробити».

Коли їх питають про тих, хто все ж таки помер, Стенфорди з гіркотою відзначають спільну для таких людей схему. «Як тільки вони починають краще почуватися, лікарі говорять їм: “Що ж, ви достатньо зміцніли для хіміотерапії”, – каже Синтія. – А далі ми дізнаємося, що вони померли». За словами Джона, це й не дивно, враховуючи, що хіміотерапія сумновідома своїм пригніченням імунної системи. Стенфорди розуміють, що через їхні неймовірні результати люди можуть вважати M. vaccae чимось середнім між чудодійним вітаміном і пігулками щастя. «А це проблема, правда ж? – каже Синтія. – Через це здається, що ми несповна розуму».

Старі друзі

Повернімося до Університетського коледжу, де в кабінеті з краєвидом на лондонський науковий район Блумсбері давній колега Стенфордів Ґрем Рук і далі так само одержимий M. vaccae, хоча, можливо, з меншим інтересом до її негайного медичного застосування, ніж до її цікавих ефектів для імунної системи. Худорлявий, стрункий, як сосна, англієць Рук носить типові для Кембриджу блідо-блакитну сорочку, захисного кольору штани та светр із вирізом. Стіни нічим більше не прикрашеної кімнати, заваленої стосами книжок та паперів, вкриті діаграмами імуносигнальних хімікатів та поверхневих клітинних маркерів. На відміну від Стенфордів, Рук продовжує працювати активним консультантом SR Pharma. Водночас його академічна посада забезпечує йому лабораторію, повну аспірантів та новоспечених докторів, готових і далі досліджувати M. vaccae.

Як і команда Умецу в Штатах, співробітники Рука вводили вбитих бактерій, у цьому випадку M. vaccae, чутливим до алергії та астми мишам і зіставляли зміни їхніх симптомів із глибинними зсувами різних типів імунних клітин. Зокрема, Рук виявив, що ін’єкція або пероральна доза M. vaccae значно зменшує алергійні та астматичні реакції у мишей з одночасним стимулюванням розростання регуляторних Т-клітин та дендритних клітин.

Разом з колегами він уже розібрав M. vaccae на її хімічні складники, щоб виділити, що саме в цьому мікробові спонукає імунну систему, яка вийшла з ладу, виправитись і працювати нормально. Виділення цієї ключової молекули (активної речовини) почалося зі спостереження Рука, що злущення з бактерії водовідштовхувальної оболонки знищує її протиалергійні ефекти. Після цього Рук відправив екстракт молекул клітинної оболонки одному хімікові для розщеплення на фракції. «За якимись хімічними критеріями він розділив їх на дві частини, і ми перевірили обидві, відправивши назад ту, що захищала мишей, – каже Рук. – Тоді він знову розділив її на дві частини. Коли ми дійшли до точки, де він сказав нам: “Там уже майже нічого немає”, ми попросили його визначити, що ж це таки було». Виявилося, що це одна-єдина ліпідна молекула з воскової оболонки бактерії, яку команда Рука відтоді синтезує в лабораторії для виготовлення патентованого продукту SRP312 (тобто продукту 312 компанії SR Pharma) – синтетичного замінника цілої бактерії M. vaccae.

Сьогодні Ґрем та його колеги з лабораторії працюють як із цілим організмом, так і з SRP312. Лише два мікрограми SRP312 – дві мільйонні грама – захищають мишей з алергією на яйця від страшних нападів астми, які зазвичай викликає впорскування їм яєчного білка. Занурюючись глибше, Рук із колегами проаналізували виділення легень мишей, яким вводили SRP312, і виявили, що їхні тканини просякнуті протизапальним цитокіном інтерлейкіном-10 із концентрацією приблизно у вісім разів більшою, ніж виявлено в легенях мишей, яким не вводили цей препарат, і приблизно в чотири рази більшою, ніж виявлено після ін’єкції вбитих клітин M. vaccae.

Також Рук пішов далі, ніж будь-хто, у вдосконаленні оригінальної гігієнічної гіпотези Стракана з її здебільшого дискредитованим наголосом на хворобі. «Сама ідея того, що інфекція для тебе добра, звучить доволі безглуздо, коли про це думаєш, – каже він. – Адже інфекція означає запалення, а це все погіршує». Рук розрізняє хвороботворну «інфекцію» і нешкідливе «заселення» нормальною мікрофлорою тіла та бактеріями з довкілля, що проходять через тіло з їжею та водою. Він також зазначає, що заразні хвороби стали частиною повсякдення лише зі скупченістю населення внаслідок появи перших цивілізацій десь п’ять тисяч років тому. Натомість мікобактерії необробленої води й багна, лактобацили та інші організми, численні на свіжій або примітивно збереженій їжі, були з нами протягом усієї нашої еволюції.

«Мені більше подобається ідея “старих друзів”, тобто організмів, що були з нами весь час, щодня, неминуче», – каже Рук. За його словами, згідно з природним способом приймати неминуче, імунна система відповіла на життєвий океан нешкідливих бактерій регуляторними клітинами, що виділяють біохімічні повідомлення про терпимість. «Якщо ти не маєш нормального базового рівня бактерій, твоє тіло не має базового рівня регуляторних цитокінів й імунна система реагує на все надто гостро».

Теорія імунної регуляції Рука за принципом «старих друзів» визнає три основні групи імунозаспокійливих організмів. Однією є бактерії, численні в природному середовищі. Другою – власні бактерії-коменсали (симбіонти) тіла, склад яких може різко зменшуватись і доволі суттєво змінюватись антибіотиками. Як зазначає Рук, кілька великих досліджень підтвердили, що діти, які отримують антибіотики в перший рік життя, мають більш ніж удвічі вищий рівень алергій та астми в пізнішому дитинстві, навіть якщо ці антибіотики були прописані для лікування нереспіраторних проблем. Почасти такий ефект можуть пояснити дослідження, проведені на тваринах імунологами Мічиганського університету Майрі Новерр та Ґері Гаффнаґлом. Вони робили мишей дуже чутливими до респіраторних алергій та астми, заселяючи їхні кишки грибком Candida albicans («дріжджами», природними для кишкового тракту людини), а потім підриваючи склад кишкових бактерій тварин антибіотиками. Науковці дійшли висновку, що антибіотики дозволяють кишковій кандиді розростатися до шкідливих рівнів і що запалення в результаті цього підвищує схильності до алергій.

Інші зміни кишкової мікрофлори, не пов’язані з використанням антибіотиків, можуть так само підвищувати схильність дитини до алергій. Наприклад, діти, народжені за допомогою кесаревого розтину, мають удвічі вищий рівень харчових алергій, аніж народжені природним шляхом. Це відкриття вказує на те, що вагінальні та анальні бактерії матері дають переваги, відсутні в разі народження хірургічним шляхом. Інші дослідження показали, що діти-алергіки зазвичай мають більш дорослу кишкову мікрофлору (багато бактерій кишкової групи й навіть стафілококів), ніж неалергіки (які мають більше лактобацил та біфідобактерій). І такий тип зсуву в бік дорослої кишкової флори стає дедалі більш поширеним серед дітей у країнах із добре розвиненою санітарією, таких як Швеція, ніж у менш розвинених, таких як сусідня Естонія, де в дітей значно нижчий рівень алергії та астми.

«Очевидно, річ не лише в цьому, – каже Рук, – інакше ми всі страждали б від алергії та астми». Третьою головною категорією «старих друзів» він вважає гельмінтів (кишкових червів). «Те, що я їх так називаю, спантеличує багатьох паразитологів, – каже він. – Але тіло мусить ставитися до них як до друзів, бо якщо не ввімкнути регуляторні клітини й не зупинити імунну відповідь одразу після зараження, можна знищити свою лімфатичну систему й закінчити слоновістю». Схоже, що еволюція сформувала гілку адаптивної імунної системи Th2 для потужної відповіді на ранні ознаки зараження гельмінтами, але потім прийняла неминучість упертої інвазії, вимкнувши цю імунну відповідь.

Як доказ у 1999 році голландський біолог Марія Язданбахш виявила, що виведення кишкових червів в інфікованих дітей в африканських селищах негайно робило їх схильними до алергій. Уже через кілька місяців після лікування в цих дітей відзначалась алергія до вдвічі більшої кількості речовин, аніж у їхніх усе ще заражених паразитами однолітків. Рук підкреслює, що ніхто не пропонує залишати дітей зараженими паразитичними червами, бо тяжке зараження може ставати причиною затримки росту, викликати дизентерію, анемію і навіть розумову відсталість. Такі відкриття радше підказують дослідникам спробувати примножити імунозаспокійливі переваги кишкових паразитів, не примножуючи водночас їхньої шкоди. Гастроентеролог з Університету Айови Джоел Вайнсток, наприклад, використовував напій, приправлений яйцями нешкідливого свинячого волосоголовця, для полегшення в пацієнтів тяжких форм запальних кишкових хвороб з 80-відсотковим рівнем успіху і без жодних побічних ефектів. Інші вчені показали, що вони можуть захистити чутливих до алергії лабораторних тварин, умисно заражаючи їх аналогічними паразитами.

За межами імунітету

Зовсім нещодавно Рук зацікавився ознаками того, що зменшення контактів із зовнішніми бактеріями та іншими «старими друзями» може впливати на якість нашого життя способами, що виходять за межі імунної системи. Цей новий інтерес походить зі співпраці між Руком і неврологом Стаффордом Лайтманом із Бристольського університету. Разом вони ретельно вивчили гормональні зміни, зумовлені різними типами імунних відповідей. У своїх експериментах вони викликали в лабораторних мишей спрямовану на знищення інфекції імунну відповідь Th1 типу шляхом введення тваринам M. vaccae. Для спричинення відповіді Th2 типу вони вводили чутливим до алергії мишам яєчний білок. За збігом обставин, у суміжній лабораторії один молодий невролог вивчав клітини головного мозку, що виробляють гормон серотонін. Цей молодий дослідник Крістофер Ловрі вже знав, що активація серотонінотвірних клітин в одній частині мозку покращує настрій, тоді як в іншій – збільшує сторожкість і занепокоєння. Це відкриття ще краще пояснювало, чому клас антидепресантів, відомих як селективні інгібітори зворотного захоплення серотоніну (прозак, золофт та інші), може мати небажані побічні ефекти, викликаючи безсоння й тривожність. На думку Ловрі, ідеальний лікарський засіб мав би вмикати лише ті серотонінотвірні клітини мозку, що покращують настрій людини, без активації тих, які призводять до тривожності та підвищеної сторожкості.

Усе це не мало жодного стосунку до дослідження Рука та Лайтмана – принаймні вони так думали. «Кріс Ловрі був так одержимий вивченням цих двох типів серотонергічних нейронів, – згадує Рук, – що якось зайшов до нас зі словами: “O, у вас тут чудові мишачі мізки. Можна я роздивлюся їх під своїм мікроскопом?”» Це він і зробив, забарвивши тканину мозку, аби підкреслити клітини, що активно обмінюються серотоніновими повідомленнями. Рук розповідає: «Він повернувся до лабораторії Лайтмана просто бігом, із криком: “Ви маєте це побачити! Вони так і блимають на мене, а ви ж лише ввели своїм мишам цих дурних мертвих мікробів”». Мізки мишей, яким вводили M. vaccae, показували серотонінову активність лише в клітинах стовбура мозку, пов’язаних із покращенням настрою. «Справжній тобі прозак без жодних побічних ефектів», – каже Рук.

Значення цього неочікуваного відкриття почало проявлятися, коли Рук дізнався про дослідження, згідно з яким ін’єкції інтерлейкіну-10 (цитокіну, найбільш пов’язаного з регуляторними імунними клітинами) протидіяли апатії та соціальній самоізоляції у хворобливих лабораторних щурів. Потім він дізнався про дослідження психіатра Маріанни Вамбольдт із Колорадського університету, яка виявила спільну генетичну схильність до депресії та алергійних розладів. Усупереч можливим аргументам, що стрес хронічних алергій цілком може призводити до психологічних проблем, дослідження Вамбольдт на близнюках показало: якщо один близнюк має якийсь алергійний розлад на кшталт сінної лихоманки, екземи чи астми, другий більш імовірно страждатиме на депресію, навіть без алергій. І цей зв’язок виявився значно сильнішим між однояйцевими близнюками, ніж між різнояйцевими, що є ще однією чіткою ознакою спільного генетичного фактора.

А чи не може часом повідомлення інтерлейкіну-10 «все добре» поширюватися за межі імунної системи аж до головного мозку? Для подальшого доказу Рук посилається на кілька опублікованих досліджень, які показують, що антидепресантні препарати на кшталт літіуму підвищують рівень інтерлейкіну-10 і зменшують рівень пов’язаних з алергією цитокінів, таких як гамма-інтерферон. Чи не може підвищення рівня інтерлейкіну-10 ін’єкціями M. vaccae пояснювати ту певну радість життя, про яку повідомляли хворі на рак Стенфорда? На це Рук не може чітко відповісти: «Важко сказати. Те, що він робить, схоже, майже вкладається в ефект плацебо, практично свого роду лікування вірою». Проте, каже Рук, це пояснює помітно вищі показники якості життя в клінічних випробуваннях M. vaccae на хворих із пізньою стадією раку легень.

«Буде цікаво, – каже він, – якщо замість того, щоб звинувачувати в зростанні рівня тривожності й депресії виключно підвищений стрес сучасного життя, ми зможемо стати свідками впливів чогось більш приземленого, на кшталт меншої кількості бактерій у нашій їжі, воді та повсякденному оточенні». Він сміється, згадуючи реакцію, яку спровокував у групи психоаналітиків уже самим цим припущенням. «Це було після того, як ми пропустили разом кілька чарок, – визнає він, – і, мушу сказати, вони сприйняли це доволі вороже, по-справжньому грубо». Кілька хвилин на нього кричали, висміюючи думку, що якийсь цитокін – проста речовина – може пояснити історичні зміни в поведінці людей, а тоді, за словами Рука, він завдав їм просто ідеального удару у відповідь. «Я сказав: “Подивіться-но сюди, ось вам речовина під назвою етиловий спирт, яку ви щойно прийняли, і вона явно змінила вашу поведінку”».

Частина. IV. Мікроби на препаратах

Абсолютно ясно, що бактерії живуть тут значно довше за нас, а отже, якщо говорити про них, ми можемо бути лише швидкоплинним моментом їхньої історії.

Стюарт Леві, доктор медицини (2000)

Убивця в палатах для новонароджених

НОВИЙ ШТАМ МІКРОБІВ ЗБИРАЄ ТЯЖКУ ДАНИНУ

У США вивчають смертоносну форму стафілококу, що не піддається антибіотикамСпеціально для The New York Times

ВАШИНГТОН. Міністерство охорони здоров’я сьогодні повідомило…

Гайнцові Айхенвальду не треба було читати далі ці рядки, аби дізнатися подробиці історії, якій була присвячена половина сторінки міських новин його суботньої газети 22 березня 1958 року. Він був навіть дуже близько знайомий із цим клятим мікробом – особливо підступним та стійким до лікарських засобів штамом одвічного порушника спокою Staphylococcus aureus. Будучи головою відділення дитячих інфекційних хвороб Нью-Йоркської лікарні, цей рішучий та відданий справі молодий лікар слідкував за смертоносним поширенням того штаму з часу його появи в пологових відділеннях та палатах для новонароджених каліфорнійських лікарень у 1955-му. Він також розумів, що посприяло потраплянню цієї теми в газетні заголовки. На початку того тижня під інтенсивним тиском медіа керівництво Лікарні Джефферсона Девіса в Г’юстоні провело прес-конференцію, на якій визнало, що недавні смерті шістнадцяти новонароджених пов’язані зі стафілококом. Далі воно повідомило, що понад половина їхніх лікарів та медсестер виявилися прихованими носіями небезпечного штаму. Цей стійкий до лікарських засобів мікроб, відомий у медичних колах як золотистий стафілокок фаготипу 80/81, не піддавався не лише пеніциліну, але й усім антибіотикам з аптечної полиці, включно з сульфаніламідними препаратами, тетрацикліном, хлорамфеніколом, еритроміцином та стрептоміцином.

А тепер Генеральний хірург (тобто міністр охорони здоров’я) США оголошує загальнонаціональну кризу. Усе це Айхенвальд уже знав, як і багато чого іншого. Але висновок із повідомлення The New York Times змусив його ледь не похлинутися кавою:

СПАЛАХУ ТУТ НЕМАЄ

Учора офіційні представники Управління охорони здоров’я та лікарень Нью-Йорка заявили, що там немає жодних ознак якогось спалаху інфекції. Минулого вечора доктор Морріс A. Джейкобс, член комісії у справах лікарень, сказав, що він упевнений у процедурах стерилізації та автоклавування (стерилізації під тиском), використовуваних у місцевих лікарнях. Стерилізація особливо важлива як захист від цього штаму стафілококу, бо антибіотикам він не піддається.

Що ж, принаймні Морріс не збрехав в останньому, подумав Айхенвальд, який чудово знав, що Нью-Йоркська лікарня якраз у цей час зіткнулася з жахливим спалахом інфекції, говорити про що її керівництво аж ніяк не прагнуло, аби не розлякати пацієнтів. Та й яка лікарня стала б це робити?

Попередній рік Айхенвальд провів, працюючи по дванадцять годин на день, постійно курсуючи між палатами для новонароджених і педіатричним відділенням – перші виписували здорових немовлят, тоді як друге наповнювалося тими самими дітьми трохи згодом. Саме тоді він і почав підозрювати, чому так відбувається. Деякі з малюків, що до них поверталися, надходили аж синіми через нестачу кисню, а коли їм вдували повітря в інфіковані, повні рідини легені, їхні груди ледь здіймались. Інші ж, червонолиці й палаючі від гарячки, надходили взагалі непритомними через поширення стафілококу на життєво важливі органи.

Водночас Айхенвальд почав отримувати телефонні дзвінки від сімейних лікарів, багато з яких були самі не свої через нездатність зупинити в їхніх пацієнтів жахливу висипку – різновид стафілококової шкірної інфекції. У багатьох родинах ця бридка висипка поширювалась від новонароджених до батьків, братів чи сестер, прогресуючи в кровоточиві виразки та огидні жовті чиряки. У деяких матерів, що годували немовлят, розвивалися такі великі гнійники молочних протоків, що, коли інфекція нарешті минала, їхні груди стискались і обвисали. Старомодні промивання й осушення ран не знищували інфекції, як і жоден із сульфаніламідних препаратів чи антибіотиків, що так легко проганяли стафілокок усього кількома роками раніше.

До того часу коли в пресі прогриміла г’юстонська історія, Айхенвальд якраз відстежив походження цих інфекцій з його власної лікарні. «Ми мали приховану епідемію, – каже він, згадуючи своє сум’яття півстоліття потому. – Приховану тому, що діти мали абсолютно здоровий вигляд, коли залишали наші палати для новонароджених, вирушаючи додому». Айхенвальд допоміг скоординувати рішучі контрзаходи, націлені на зупинку ескалації спалаху. Санітарки й медсестри буквально заливали підлоги та робочі поверхні їдкими хімікатами. Технічні працівники встановлювали протимікробні ультрафіолетові лампи. Керівництво драконило лікарів стосовно більш суворих процедур використання одноразових рукавичок та халатів. Але ніщо, здавалося, не могло сповільнити смертоносного наступу мікроба. У відчаї в лікарні спробували вводити немовлятам антибіотики в першу ж годину після народження. «Якщо це щось і дало, то лише прискорення розвитку інфекції», – згадує Айхенвальд. Керівництво наказало перевірити весь персонал на наявність фаготипу 80/81, відправляючи додому кожного, у кого його виявляли. «Лікарня тримає лікарів та медсестер удома на повній ставці? Можете самі зробити висновок, наскільки все було погано», – додає Айхенвальд.

Але епідемія все одно погіршувалась. Айхенвальд почав працювати з медсестрою-епідеміологом, єдиним обов’язком якої було слідкувати за їхніми виписаними новонародженими. Вона мала дружньо телефонувати батькам, нічим їх не тривожачи: «Проста перевірка здоров’я дитини… Чи добре вона їсть? Чи добре виглядає? Чи немає якихось зауважень?» Більшість виписаних дітей залишалися здоровими. Але в інших розвивалися тяжкі форми висипки, очних інфекцій або пневмонії. Батьки також повідомляли, що інфекції потім перестрибували між членами родини місяцями й навіть роками. Одна родина врешті-решт покинула свій дім. Ще одна пара батьків, не витримавши напруги, розлучилася.

При цьому Айхенвальд з колегами розуміли, що ледь не всі ми час від часу непомітно носимо в собі той чи інший штам Staphylococcus aureus. Приблизно кожен четвертий із нас забезпечує стафілококу постійне місце проживання. Здебільшого цей мікроб залишається прив’язаним до улюбленої ділянки вологої слизової оболонки на внутрішній поверхні ніздрів і не викликає жодних проблем. Але Staphylococcus aureus завжди був опортуністом найгіршого штибу, більше за будь-які інші наші резидентні мікроби схильним до агресії й розростання, якщо надати йому таку можливість. Це той самий мікроорганізм, що викликав чиряки, які Йов зіскрібав зі свого тіла глиняними черепками. І саме кремово-жовта колонія Staphylococcus aureus виросла в чашках Петрі Александра Флемінга, коли в 1928-му той зробив своє несподіване й знамените тепер відкриття бактерицидних потужностей пліснявих грибів із роду Penicillium.

Смертоносний і стійкий до лікарських засобів штам 80/81, що розплодився в лікарнях на початку 1950-х років, мав особливо гидку звичку користуватися найменшою шпаринкою в природному захисті людського організму. Прищики й попрілості немовляти ставали для нього відчиненими дверима до кровоплину. Звідти ця бактерія могла вже перебратися до інших органів, аж до мозкових оболонок (вистилки головного мозку). Не менш потенційно небезпечне навантаження першої застуди дитини давало фаготипу 80/81 можливість розростися в легенях, викликаючи незвичайно тяжку пневмонію, що часто призводила до швидкої смерті.

Хоч антибіотики й не зумовлювали смертоносної дії штаму 80/81, вони допомагали прискорити його поширення. Запровадження цих диво-препаратів у шпиталях наприкінці Другої світової війни випустило у світ мікробів безпрецедентну в історії еволюції силу, знищивши всіх чутливих до лікарських засобів конкурентів. Антибіотики підживлювали успіх будь-якого штаму чи виду, наділеного генетичною здатністю не піддаватися їхній дії. Просто відмахуючись від усіх типів зброї в арсеналі сучасних антибіотиків, перший у світі пандемічний супермікроб (золотистий стафілокок фаготипу 80/81) змусив спеціалістів з інфекційних хвороб усього світу шукати рішення, не пов’язані з антибіотиками.

У Нью-Йоркській лікарні Айхенвальд та фахівець із інфекційних хвороб Генрі Шайнфілд вигадали й розробили доволі неоднозначну програму, що передбачала умисне зараження ніздрів та зрізу пуповини новонародженого порівняно нешкідливим штамом стафілококу, перш ніж туди встигне потрапити фаготип 80/81. Цей захисний штам під кодовим позначенням 502A Шайнфілд виявив у ніздрях однієї з дитячих медсестер Нью-Йоркської лікарні. Подібно до Тифозної Мері (першого здорового носія тифу), тільки навпаки, медсестра Ласкі поширювала свій стафілокок на багатьох новонароджених під її опікою. Дітки в неї залишалися напрочуд здоровими, хоча ті, за ким доглядали інші медсестри, хворіли. Допомігши зупинити епідемію в Нью-Йоркській лікарні, Шайнфілд із кількома колегами почав відвідувати інші лікарні по всій країні й використовувати 502A, щоб допомогти їм також покінчити з їхніми спалахами. Айхенвальд же залишився на місці, у Нью-Йорку, розсилаючи флакони з 502A до лікарень по всьому світу.

Сьогодні мало хто з людей у віці до п’ятдесяти років розуміє, який хаос ніс світу смертоносний і стійкий до лікарських засобів стафілокок 80/81, каже Айхенвальд, що в 2005-му пішов на пенсію з посади голови відділення педіатрії Південно-Західного медичного центру Техаського університету. «Ми говоримо про декілька з тих небагатьох років цього століття, коли дитяча смертність у Сполучених Штатах насправді збільшувалась». Але використання 502A ніколи не давало збоїв у зупиненні лікарняних спалахів, згадує Айхенвальд. «Не можу стверджувати, та й Генрі не стверджує, що саме 502A змусив 80/81 піти геть». Однак не зробила цього й віра Айхенвальда в антибіотики, які багато хто вітав як диво, що прожене 80/81 та остаточно зламає карк стійкості до лікарських засобів.

Кінець бактеріальним хворобам?

1960 року британський фармацевтичний гігант Beecham and Bristol оголосив про випуск у продаж метициліну, спочатку в Європі, а пізніше й у Сполучених Штатах. Цей довгоочікуваний лікарський засіб потрапив у заголовки газет ще в 1959-му, коли лікарі використали його експериментальну партію, щоб урятувати життя актрисі Елізабет Тейлор, яка захворіла на стафілококову пневмонію фаготипу 80/81 під час зйомок фільму «Клеопатра». Для створення метициліну, першого напівсинтетичного антибіотика, хіміки Beecham and Bristol повозилися зі структурою пеніциліну, додавши до її бета-лактамного кільця хімічний шип. Це дозволило збити з пантелику ферменти-деактиватори, що виробляються стійкими до пеніциліну мікробами. Метицилін, ін’єкційний препарат, використовуваний переважно в лікарнях, породив кілька шлунково стабільних версій для перорального прийому, на кшталт оксациліну, що ввійшов у широкий вжиток за межами лікарень.

Однак метицилінова група антибіотиків використовувалася ще тільки менше ніж рік, коли лікарі почали стикатися зі штамами, нечутливими до них. І хоча здавалося, що ці препарати ефективні проти фаготипу 80/81, по правді кажучи, коли метицилін був уперше запроваджений, цей смертоносний штам уже сам почав зникати. «Не те що ці мікроби дійсно йдуть назовсім, – коментує Айхенвальд. – Вони просто зникають на деякий час, а потім повертаються в більш резистентній формі». До 1964 року європейські лікарні повідомляли про великі спалахи метицилін-резистентного золотистого стафілококу (МРЗС), штами якого почали перестрибувати й до медичних центрів на інших континентах. Для багатьох медичних мікробіологів швидкий удар бактеріального царства у відповідь на розроблені в лабораторії антибіотики став кінцем їхньої мрії про чудодійний засіб, здатний прогнати бактеріальні хвороби. Новою парадигмою стала ідея нескінченої гонитви озброєнь зі світом мікробів. Цитуючи Чорну Королеву з «Аліси в Задзеркаллі», можна сказати: «Тут, бач, треба бігти чимдуж, аби хоча б залишатись на місці».

Фармацевтична промисловість відповіла на виклик Чорної Королеви потужними результатами. 1960–70-ті роки стали часом появи кількох зовсім нових класів антибіотиків, що довели свою ефективність проти широкого спектра бактерій по обидва боки поділу царства на грамнегативні і грампозитивні. Кліндаміцини, фторхінолони та цефалоспорини стали справжніми «великими гарматами», які можна було розгорнути проти всього, що вас турбує. Вони могли врятувати життя в кризових ситуаціях, на кшталт коли реаніматолог не має часу проводити тести для точного визначення мікроорганізму, що швидко вбиває хворого. Але економне керівництво лікарень та змучені лікарі усвідомили, що універсальні антибіотики дозволяють пропускати витратний і працемісткий крок із визначення інфекційних мікробів, навіть коли на це є час. Узявши на озброєння принцип «гірше не буде», хірурги так само почали готувати своїх пацієнтів до операції препаратами широкого спектра й тримати їх на цих препаратах ще кілька днів після для захисту від будь-якого можливого типу інфекції. За межами лікарень терапевти радо вітали зручність та ефективність такого підходу. «Завдяки препаратам широкого спектра дії лікарі почувалися безпечніше, – згадує Айхенвальд, – думаючи приблизно так: “Я напевне не знаю, з яким мікробом маю тут справу, тому краще візьму те, що повбиває їх усі”. А фармацевтична промисловість щосили сприяла такому підходові в рекламі, де все зводилося до думки: “Головне – впевненість!”»

Однак уся ця зручність мала й темний бік. Масована атака антибіотиків широкого спектра знищувала не лише хвороботворний організм, що був її головною мішенню, але й трильйони резидентних бактерій тіла, від потенційних порушників спокою на кшталт стафілококу до захисної й іншим чином корисної мікрофлори. У результаті ці препарати проводили відбір на стійкість по всьому спектру бактерій, для яких людське тіло є домівкою. Наслідки цього не могли зрозуміти десятиліттями. Але до 1980-х років прояснилось одне: фармацевтичній промисловості ніяк не встигнути за дедалі вищою швидкістю руху бігової доріжки Чорної Королеви.

Мікроскопічні шлюбні ігри

Те, що бактерії здатні еволюціонувати, й еволюціонувати швидко, стало болісно очевидним майже тоді ж, як у широкий вжиток надійшли перші антибактеріальні лікарські засоби: сульфаніламідні препарати в 1930-х роках, а згодом і пеніцилін у 1940-х. Не минало й кількох років після впровадження кожного нового препарату, як з’являлися стійкі до них штами хвороботворних мікробів. Причому їхня стійкість до атак, схоже, відразу ж поширювалася серед інших видів бактерій. Подекуди лікарі стикалися з інфекціями, лікування яких вимагало дедалі вищих доз і довших курсів конкретного антибіотика. Іншим разом вони виявлялися взагалі не готовими до раптової появи масованого опору.

Учені були спантеличені. А чи не можуть бактерії поступово виробляти толерантність до препарату так само, як людина адаптується до, скажімо, великої висоти чи гострої їжі? Інший варіант: усередині будь-якої конкретно взятої колонії бактерій може існувати один чи два мікроби з вдалою мутацією, що дозволила їм пережити хімічну атаку антибіотиків. Як тільки потужний препарат повбивав усіх чутливих до нього бактерій, мутанти, що вижили, могли розмножитись і зайняти їхнє місце, породжуючи новий штам стійких до лікарських засобів клонів.

1951 року чоловік і дружина Джошуа та Естер Ледерберґи, мікробіологи з Вісконсінського університету, продемонстрували свій елегантно простий доказ, що саме вже наявні мутації, а не поступова толерантність відповідають за багато випадків резистентності до нових ліків. Використовуючи шматочки оксамиту, розкладені на круглих зрізах дерева, кожен завбільшки з чашку Петрі, Ледерберґи виявили, що з однієї, наповненої бактеріями чашки Петрі можна зібрати сотні крихітного розміру колоній бактерій, а потім перенести їх у точно такому самому положенні на низку інших чашок із додаванням антибіотика на кшталт стрептоміцину. Якщо резистентність походить з уже наявної мутації в кількох бактерій на першій чашці, то колонії мали з’явитися в точно тих самих місцях на всіх чашках з антибіотиком. Саме це Ледерберґи й виявили, причому вже наявна резистентність до стрептоміцину проявлялася раз чи двічі на кожні від одного до десяти мільйонів бактеріальних клітин. Це означало, що кожен новий антибіотик стає потужною новою силою бактеріальної еволюції, відсіюючи всі інші мікроби, крім нічим більше не примітних, що здатні пережити його впливи. Після зникнення його конкурентів цей мутант міг перерозподілитися, усього за одну ніч даючи початок новій резистентній колонії.

Ці новини зародили в медичній спільноті хибне відчуття безпеки. Якщо мутувати в бік стійкості до антибіотиків могла не більше ніж одна на 10 мільйонів бактерій, розв’язання доволі просте: завдавати подвійних ударів, вводячи два різні препарати одночасно. Шанси, що якась бактерія виявиться стійкою до двох різних антибіотиків, були мізерними: один на 10 мільйонів разів по 10 мільйонів, тобто на 100 трильйонів (1014). Проблема полягала тільки в тому, що бактеріальний світ, схоже, цього не чув. Уже наприкінці 1940-х і на початку 1950-х років у лікарнях та кабінетах лікарів почала проявлятися резистентність до багатьох препаратів одночасно. У деяких випадках ця резистентність, схоже, будувалася по одному антибіотику за раз, тобто штам, уже резистентний до одного антибіотика, виробляв підштам, здатний опиратися ще одному антибіотику. Хоч як дивно, деякі лікарі повідомляли, що стикаються з бактеріями, які, будучи абсолютно чутливими до стандартних антибіотиків, раптом ставали геть нечутливими до багатьох лікарських засобів. Більшість медичних експертів відкидали ці повідомлення як притягнуті за вуха.

Хоча в той час цього ніхто не усвідомлював, ранні роботи Ледерберґів уже натякали на багато незвичайних трюків, якими можуть скористатися «прості» бактерії для подолання можливих перешкод на шляху еволюції. Для початку ще в далекому 1946 році молодий і гарний 21-річний Джошуа здивував науковий світ заявою, що бактерії мають статеве життя. Це твердження здавалося безглуздим, оскільки в бактерій явно відсутні складні клітинні структури, які дозволяють більшим і складнішим організмам сортувати й ділити їхні гени на половинчасті набори, що містяться в яйцеклітинах і сперматозоїдах. Усі знали, що бактерії розмножуються простим розщепленням надвоє, даючи кожній «дочірній» клітині точну копію генів «батьківської» клітини. Така спрощена манера розмноження дозволяла одній-єдиній бактерії множитися швидко й у геометричній прогресії, досягаючи популяції в кілька мільйонів усього за лічені години або аж до мільярда впродовж дня.

Елегантний доказ Джошуа спирався на набір мутантних бактерій E. coli. Кожен із цих мутантів не мав здатності виробляти одну або більше різних поживних речовин. Тому розмножуватись вони могли лише на поживному середовищі, збагаченому вітамінами або амінокислотами, які самі виробляти були нездатні. Однак, змішавши різноманітні комбінації частково неповноцінних мутантів, Джошуа створив повністю функціональне «потомство», тобто бактерій, здатних виробляти всі поживні речовини, необхідні їм для чудового самопочуття на незбагаченому поживному середовищі. Якимось чином неповноцінні мутанти поєднали свої генетичні активи. У макроскопічному житті, від червів до людей, батьки діляться своїми генами через злиття яйцеклітин і сперматозоїдів. У чому ж полягає «статеве життя» у бактерій, не міг сказати навіть сам Джошуа.

Через два роки Естер таки вдалось отримати деяке уявлення про те, як відбувається статеве життя бактерій. Вона тоді працювала зі свіжим набором мутантів E. coli, коли вони раптом утратили свою здатність «спаровуватися». Як генетик, Естер розуміла, що зникнення тієї чи іншої властивості часто дає ключ до пошуку гена, який зазвичай її зумовлює. За кілька років вона, її чоловік та їхній колега в Італії Луїджі Каваллі зуміли знайти такий собі «фактор фертильності». Він розміщувався в кільці генів, що вільно плавало в бактеріальній клітині незалежно від головної хромосоми. Джошуа назвав ці кружальця додаткових генів «плазмідами». Завдання гена фертильності плазміди (F-фактора) – скеровувати клітини для формування пілуса, свого роду бактеріального пеніса, що випинається з зовнішньої оболонки бактерії, утворюючи місток з іншою бактерією і дозволяючи передачу всієї плазміди разом із будь-яким додатковим генетичним матеріалом, який вона може нести. Ощасливлений таким чином, мікроб-одержувач так само стає фертильним, тобто здатним утворювати шлюбні містки й ділитися генами, у тому числі стійкості до лікарських засобів, з іншими бактеріями.

Приблизно в той самий час Естер знайшла першу підказку до ще одного способу, яким бактерії обмінюються своїми генами. Вона відкрила фаг лямбда, вірус бактерій, що роками тихенько собі мешкав усередині деяких лабораторних штамів E. coli. Час від часу лямбда вискакував із головної хромосоми інфікованої бактерії для поширення на інші бактерії. Іноді ця інфекція вбивала нових одержувачів. В інші ж рази цей фаг успішно інтегрувався в хромосому бактерії і таким чином тихенько передавався майбутнім поколінням. Невдовзі після того третій співробітник лабораторії Ледерберґа, 22-річний Нортон Зіндер, показав, що фаги на кшталт лямбда залучені до контрабанди генів. Зокрема, він виявив, що, коли фаг вирізається з бактеріальної хромосоми, він подекуди прихоплює з собою і шматочок цієї хромосоми. Аби продемонструвати, що, на його думку, відбувається, Зіндер інфікував колонії стійкої до лікарських засобів сальмонели, а потім змішав їх з неінфікованими та чутливими до лікарських засобів штамами в чашці Петрі. У процесі цього він спіймав фаги, що підхоплювали гени резистентності та передавали їх у робочому порядку наступному колу інфікованих ними бактерій. Будь-яка бактерія, що переживала інфекцію, одразу ж ставала стійкою до лікарських засобів.

Зіндер назвав це вірусне перенесення генів «трансдукцією», щоб відрізняти його від «трансформації» – ще одного способу, яким бактерії можуть набувати нових властивостей. Відкриття малозрозумілого процесу трансформації датується ще експериментом 1928 року співробітника британського Міністерства охорони здоров’я Фредеріка Ґріффіта. Вивчаючи епідемію особливо тяжкої пневмонії, Ґріффіт почав порівнювати й протиставляти різні штами бактерії Streptococcus pneumoniae. Серед характерних особливостей найсмертоноснішого штама було те, що він одягнений у гладеньку й слизьку капсулу, і це дозволило йому уникати захоплення імунними клітинами тіла. Одного дня Ґріффіт увів своїм лабораторним мишам живий, але нешкідливий штам Streptococcus pneumoniae разом із частиною мертвих клітин небезпечного штаму. Миші відразу ж померли. Коли ж Ґріффіт дослідив їхню кров під мікроскопом, то виявив, що колись нешкідливі мутанти вдяглися в капсули. Він повторив свій експеримент, аби переконатися, що всередину не просковзнула жодна жива смертоносна бактерія. Таких не виявилося. Якимось чином раніше нешкідливий голий стрептокок перейняв здатність створювати капсули від підмішаних до нього клітин свого мертвого родича.

На початку 1940-х років науковці з Рокфеллерівського інституту Освальд Ейвері, Колін Маклеод і Маклін Маккарті визначили, що насправді стрептокок Ґріффіта підбирав зі свого навколишнього середовища фрагменти дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК) смертоносного штаму. При цьому вони подали перший переконливий доказ, що саме ДНК є тим матеріалом, з якого складаються гени.

Коли в 1952-му лабораторія Ледерберґів опублікувала низку своїх відкриттів, стало ясно, що бактерії мають багато різних способів набувати нових властивостей. Вони можуть підбирати гени, обмінюватися ними шляхом кон’югації або врощувати їх у свої хромосоми за допомогою фагів, що перестрибують між бактеріями. Сьогодні ми знаємо ще й про четвертий тип генетичного таксі, що їздить бактеріальним світом: так звані стрибучі гени (транспозони), уперше відкриті генетиком Барбарою Макклінток у 1940-х роках. По суті, транспозон складається з гена або групи генів, прикритого з флангів парою «вставних послідовностей» – сегментів ДНК, що періодично вирізаються з однієї хромосоми, вставляючи самих себе та всі свої проміжні гени в іншу.

У клітинах рослин і тварин, що містять багато хромосом усередині центрального ядра, транспозон просто перемішує місця розташування різноманітних генів, час від часу вмикаючи або вимикаючи їх у процесі. Натомість у бактерії транспозон може переносити гени з головної хромосоми клітини до плазміди для експорту в інші бактерії. Деякі транспозони навіть містять гени для незалежного транспортування. Як тільки вони вискакують з головної хромосоми, то підштовхують клітину до будівництва спеціального містка для спаровування, по якому транспозон запускає копію себе.

Бактеріальний суперорганізм

Ніщо не вказує на те, що антибіотики створили засоби, завдяки яким бактерії можуть обмінюватися генами. У зразках бактерій, узятих у пацієнтів ще на початку 1920-х років, було виявлено плазміди, фаги й транспозони – усі в тонусі та готові до дії. Але ті самі збережені бактеріальні зразки показали, що в бактерій, які викликали інфекції на початку XX століття, гени резистентності до лікарських засобів були рідкісними, а то й узагалі відсутніми.

Мікробіологи 1950-х років ще не розуміли великих масштабів обміну бактерій генами, але його наслідки ставали дедалі очевиднішими в медичних центрах усього світу. 1959 року японські лікарні переживали спалахи стійкої до багатьох лікарських засобів бактеріальної дизентерії. Бактерії шигели, що викликали ці спалахи, легко відмахувалися від чотирьох різних класів раніше ефективних антибіотиків: сульфаніламідів, стрептоміцинів, хлорамфеніколів і тетрациклінів. Хоч як дивно, шигела, виділена в пацієнтів перед лікуванням антибіотиками, за результатами аналізів зазвичай виявлялася повністю чутливою до всіх чотирьох класів препаратів. Але застосування будь-якого одного з них якимось чином робило мікроб повністю резистентним до них усіх. Це було геть незрозуміло, доки команда дослідників не повернулася до зразків випорожнень, взятих у пацієнтів перед лікуванням. Серед нормальної кишкової мікрофлори пацієнтів учені виявили штами E. coli, резистентні до всіх чотирьох класів препаратів. Чи могла ця кишкова паличка якось передавати свою стійкість до багатьох лікарських засобів значно більш небезпечній шигелі? Як виявилося, саме так усе й відбувалося. По суті, японські дослідники виявили, що стійкість до багатьох лікарських засобів можна передати від кишкової палички до шигели і назад доволі легко, просто змішавши резистентні і чутливі штами в пробірці.

Англомовні мікробіологи дізналися цю новину в 1961 році. У травневому номері популярного видання The Journal ofBacteriology Цутому Ватанабе й Тошіо Фукасава з Університету Кейо в Токіо не лише виклали результати їхніх колег, але й повідомили про фантастичні результати власного дослідження. Вони задокументували, як плазміди та фаги, заряджені генами стійкості до лікарських засобів, переносились між чотирма різними видами бактерій: E. coli, Shigella dysenteriae, Salmonella typhimurium та Salmonella enteritidis. Останні дві належали до найбільш частих причин харчового отруєння. Понад те, Ватанабе та Фукасава визначили час, потрібний для перенесення генів резистентності до багатьох лікарських засобів у пробірці, який у середньому становив п’ятнадцять хвилин. Для порівняння: зараженій бактеріями їжі потрібні години, щоб подолати територію E. coli в кишечнику людини – більш ніж досить часу, щоб бактерії зійшлися ближче й поділилися кількома трюками.

Мікробіологам, які читали цей звіт, довелось усвідомлювати його результати поступово. По-перше, вони мали прийняти, що бактерії можуть збирати гени резистентності до лікарських засобів, немов підвіски на браслеті. По-друге, будь-який антибіотик може спричиняти поширення стійкості не лише до самого себе, але й до низки інших препаратів, якщо виявиться, що кілька генів резистентності мешкають на тій самій плазміді або упаковані в той самий фаг. Тож антибіотик може сприяти поширенню будь-якого гена – небезпечного або нешкідливого, – що зв’язується з геном стійкості. А найцікавішим, мабуть, було те, що, за даними японців, бактерії не стримуються міжвидовим бар’єром. Хоча сальмонела, шигела та кишкова паличка належать до однієї родини бактерій, їхній обмін генами відбувається не просто між видами, але й між родами. Це стало першою чіткою ознакою того, що необмежений обмін генами, по суті, перетворив усе бактеріальне царство на один величезний суперорганізм, об’єднаний фундаментальним потягом до виживання.

Ігнорована небезпека

Хоча мікробіологи й звернули на неї увагу, новина про бактеріальний обмін генами майже не зачепила свідомості лікарів-практиків. Привид непереборної стійкості до лікарських засобів здавався дуже віддаленою проблемою на тлі нібито нескінченного надходження все новіших та небачено потужніших антибіотиків. Але потім стрімкий потік антибіотиків почав міліти. Уже в 1980-х роках фармацевти усвідомили, що в них закінчуються нові біохімічні мішені для антимікробних препаратів. Наступне ж десятиліття принесло безпрецедентне зростання числа високорезистентних нозокоміальних (внутрішньолікарняних) інфекцій. Окрім звичного порушника спокою стафілококу, серед цих інфекцій також були стійкі до лікарських засобів штами нормальної мікрофлори, що рідко викликали якісь проблеми до появи антибіотиків. Головним серед цих «хороших мікробів, що стали поганими» були ентерококи – родина кулястих бактерій, що колись належали до найбезвинніших, а також найбільш розповсюджених бактерій, природних для кишечника людини. У давні часи ентерококи не викликали інфекцій, навіть коли потрапляли у відкриті рани.

Схильними викликати проблеми під впливом антибіотиків ентерококи ставали через дві невід’ємні властивості. З одного боку, вони від природи пристосовані до життя ззовні тіла і можуть годинами виживати на відкритому повітрі, а крім того, можуть витримувати від низьких до середніх доз шкідливих для них хімікатів, таких як дезінфектанти та антибіотики. До 1980 року два з найстійкіших видів ентерококів – Enterococcus faecalis та E. faecium – стали справжньою карою для реанімаційних відділень, де крапельниці, сечовивідні катетери та дихальні трубки пропускали їх до кровоплину та внутрішніх тканин найслабших пацієнтів, з найбільшими порушеннями роботи імунної системи.

Спочатку лікарі вирішили, що пацієнти заражуються ентерококами зі своїх кишечників. Однак невдовзі стало ясно, що лікарні вивели власні окремі штами ентерококових супермікробів. Насичене антибіотиками лікарняне середовище сприяло появі резистентності, а неідеальні санітарні умови – суперстійкості: штами були здатні вперто триматися днями, тижнями, а то й місяцями на поверхнях лікарняних палат, таких як спинки ліжок та стільниці, а також предметах на кшталт стетоскопів, телефонів і пейджерів, яких лікарі та медсестри торкалися між контактами з пацієнтами.

І ще гірше, ентерококи виявилися здатними підхоплювати проблемні гени від інших лікарняних бактерій. Вони не лише збирали десятки генів резистентності до лікарських засобів, але й переймали ДНК руйнівних для людських клітин токсинів під назвою гемолізини, а також адгезинів, свого роду хімічних кігтів, що дозволяли їм проникати на раніше недоступні території, такі як сечовивідні шляхи та сечовий міхур. У процесі цього виведений у лікарні ентерокок став головним умістилищем небезпечних генів, що, у свою чергу, поширювалися на інші бактерії, такі як синьогнійна та кишкова палички. Виникаючи зі звичайної нешкідливої мікрофлори, ці мікроби слідом за ентерококом ставали головними причинами внутрішньолікарняних інфекцій. До середини 1990-х років нозокоміальні інфекції вбивали близько вісімдесяти восьми тисяч американців щороку, приблизно одного кожні шість хвилин – більше за всі автокатастрофи та вбивства, разом узяті.

Найтривожнішим з усього було те, що лікарняні ентерококи підхоплювали п’ять генів, які разом надавали загальної резистентності до антибіотика, що раніше вважався останньою надією, – ванкоміцину. Розроблений у 1956 році, ванкоміцин залишався здебільшого незалученим через його токсичність та погане всмоктування в організмі пацієнтів. У багатьох випадках він викликав ушкодження нирок та втрату слуху і мав вводитись внутрішньовенно. Але 1980-ті принесли з собою розквіт внутрішньолікарняних штамів стафілококу, стійких до всього іншого. Між 1984 і 1994 роками використання ванкоміцину в американських лікарнях зросло більше ніж у п’ять разів, з 2 до 11 тонн.

Хоча весь цей тоннаж ванкоміцину був націлений на лікарняні штами метицилін-резистентного золотистого стафілококу (МРЗС), він мав непередбачений ефект, сприяючи поширенню нової страшної абревіатури – ВРЕ. Дебют ванкоміцин-резистентного ентерококу в американських лікарнях відбувся в 1988-му. Не минуло й п’яти років, як він з’явився ледь не в кожного десятого пацієнта лікарні і в більшості з тих, хто приймав ванкоміцин упродовж кількох днів і більше. На щастя, сам по собі ВРЕ був нешкідливим, допоки залишався в кишечнику пацієнта. Основне занепокоєння було пов’язане з диявольською плодючістю, що могла стати результатом поєднання ВРЕ і МРЗС в організмі одного пацієнта. Новоявлений ванкоміцин-резистентний золотистий стафілокок (ВРЗС) міг викликати геть непереборні стафілококові пневмонії, зараження крові, менінгіт тощо.

Дослідники вже знали, що ентерокок може передавати свої гени ванкоміцин-резистентності золотистому стафілококу. Адже вони самі стимулювали такий обмін у лабораторних експериментах. Вони також знали, що стафілокок подекуди змішується з ентерококом у кишечнику, де стафілокок опиняється, коли його ковтають з частинками носового слизу. Проте 1990-ті добігали кінця без жодної ознаки ВРЗС, і багато хто сподівався, що якась невідома несумісність усе ж не дасть цьому жахливому спаруванню колись відбутися за межами пробірки.

Однак у червні 2002 року ВРЗС усе ж було виявлено в мазку, взятому з діалізного катетера сорокарічної хворої на діабет у штаті Мічиґан. Протягом року перед тим лікарі кілька разів прописували цій жінці ванкоміцин, спочатку через її хронічні виразки ступні, а зовсім нещодавно – через небезпечне для життя зараження крові МРЗС. Лікарі вийняли заражений ВРЗС катетер, і розріз у місці його введення загоївся без проблем. Тиждень потому ВРЗС проявився знову, цього разу в інфікованій виразці ступні, з якої він міг легко потрапити до кровоплину жінки. Однак усе знову скінчилося добре: лабораторні аналізи показали, що дуже стійкий до інших лікарських засобів штам був чутливим до сульфаніламідного препарату тридцятирічної давнини триметроприм/сульфаметоксазолу (бактриму). Два більш задокументовані випадки ВРЗС сталися згодом у 2004-му, обидва в штаті Нью-Йорк. Непокоїло те, що один із них спочатку уникнув виявлення стандартними лабораторними аналізами, залишаючи відкритою можливість, що ВРЗС може бути більш поширеним, аніж будь-хто усвідомлює.

Поміж тим Управління з контролю за якістю продуктів харчування та медикаментів швиденько схвалило лінезолід – перший із нового класу антибіотиків під назвою оксазолідинони. Як і багато попередніх антибіотиків, оксазолідинони сповільнювали здатність бактеріальних клітин синтезувати білки. Однак робили вони це новим, потенційно більш ефективним способом: замість блокування проміжного етапу в процесі лінезолід перешкоджав збиранню всього апарату синтезу білків.

І знову виробник цього препарату компанія Pfizer заявила, що створила чудодійний засіб, до якого просто не може бути стійкості. Більш обережне в оцінках Управління наказало використовувати лінезолід виключно для лікування складних внутрішньолікарняних інфекцій, що або підозрювались, або були відомі як резистентні до стандартних препаратів, – хід, який, безумовно, знизив прибутковість для Pfizer. Попри це резистентність з’явилася ще до кінця першого року після початку застосування цього лікарського засобу. Цього разу вона виникла не за ніч, як з обміном плазміди. Радше вона вибудувалася за тижні й місяці в пацієнтів, яким були прописані довгострокові курси лінезоліду. У відповідь лікарі почали вводити вищі й вищі дози – допоки препарат не перестав діяти взагалі.

Відтоді генетичні аналізи лінезолід-резистентних штамів стафілококу та ентерококу показали, що зробити їх резистентними може будь-яка з понад десятка мутацій. І гірше, ці мутанти самі по собі виявилися надзвичайно пристосованими. На 2005 рік вони були не густо, але широко розповсюджені в медичних центрах усього світу, з’являючись навіть у пацієнтів, які ніколи не приймали цього препарату. Через півстоліття після запровадження пеніциліну дедалі швидший поступ стійкості до лікарських засобів знівелював наші перші перемоги й перетворив війну з мікробами на свого роду марафон, у якому наші вороги демонстрували переконливі ознаки лідерства.

Старі звички, нові осяяння

«Лікарня може бути дуже небезпечним місцем, щоб хворіти», – каже фахівець із інфекційних захворювань Кертіс Донскі. Охайний, застебнутий на всі ґудзики уродженець Середнього Заходу, Донскі заявляє це без жодного натяку на іронію, сидячи у своєму кабінеті в Медичному центрі Стокса Управління в справах ветеранів США у Клівленді. У 1991-му він, лікар-стажер одразу після медичної школи, став до бою з одним із перших у країні спалахів ванкоміцин-резистентного ентерококу в Лікарні Міріам Браунського університету. У 1995-му – прийшов на роботу до Клівлендського університету Кейс Вестерн, отримавши грант на вивчення генів, що стоять за стійкістю ВРЕ до багатьох лікарських засобів.

Від самого початку кар’єри уважний до деталей молодий Донскі показав себе з найкращого боку в напруженій роботі в лабораторії, необхідній для аналізу генів резистентності та відстежування їхнього поширення. Але його ширший, загальніший інтерес був зосереджений на механізмах, що дозволили цьому кишковому супермікробу так легко перестрибувати між пацієнтами лікарні. ВРЕ міг поширюватися через заражені інструменти та руки, однак працівники лікарні заражалися ним рідко, як і ті, з ким вони контактували за межами медичного центру.

«Те, що ми бачили, було далеко не простим, – каже Донскі. – Ванкоміцин-резистентні мікроби з’являлись не лише в пацієнтів, які приймали ванкоміцин. Пацієнти, що отримували інші, неспоріднені антибіотики, також мали тенденцію підхоплювати ВРЕ». Донскі почав дивитися на цю проблему з позиції, яку він називає «екологічною точкою зору», фокусуючись на ВРЕ в його природному середовищі існування, кишковому тракті людини, зокрема кишковому тракті під впливом антибіотиків.

У своїй дослідницькій лабораторії в лікарні Управління у справах ветеранів Донскі вводив антибіотики мишам, пропускаючи кожну групу тварин крізь цикли одного типу лікарського засобу за іншим. Кілька днів у кожному циклі він упорскував мишам питну воду з незначними домішками ВРЕ. Невдовзі проявилася чітка схема: ВРЕ послідовно заселяв мишей, що отримували препарати, такі як кліндаміцин або метронідазол, відомі своєю ефективністю проти анаеробних (безкисневих) бактерій – різновиду, який домінує в здоровому кишечнику. Натомість коли Донскі давав мишам антибіотики з незначним ефектом на кишкову мікрофлору (цефепім, азтреонам та інші), тварини швидко знищували мікроба, якого їм силоміць згодовували.

Лабораторні результати Донскі чітко корелювали з тим, що він бачив у лікарняних картках пацієнтів. «Ті, які приймали антибіотики, руйнівні з точки зору нормальної кишкової мікрофлори, якраз і закінчували заселенням внутрішньолікарняними патогенами, зокрема клебсієлою, клостридіумом та ВРЕ». Коли ж він далі проаналізував лікарняні записи, то побачив, що після підхоплення тим чи іншим пацієнтом ВРЕ тримання його на протианаеробному препараті давало надзвичайне популяційне зростання стійкого до лікарських засобів ентерококу. Усього за кілька днів концентрація ВРЕ у випорожненнях пацієнта могла збільшитись у сто тисяч разів. Такі надзвичайні концентрації практично гарантували, що заблукалий ВРЕ почне поширюватися з випорожнень пацієнта на предмети по всій палаті, невидимим чином переносячись дотиком та рухом до інших частин тіла, піжами та постільної білизни, кнопок виклику медсестри, спинок ліжка, посуду, поверхонь столу тощо. Широке забруднення значно збільшувало шанси, що бактерії врешті потраплять до кровоплину пацієнта через катетер або крапельницю, сприяючи поширенню ВРЕ на інших пацієнтів через руки лікарів, медсестер та санітарок.

Хорошою новиною з дослідження Донскі було те, що коли лікарі переводили пацієнта на легші для кишок антибіотики, то нормальна кишкова мікрофлора швидко давала відсіч і придушувала ВРЕ знову до надзвичайно низького рівня. Зараження крові зменшувались, як і поширення від пацієнта до пацієнта. Коли Донскі опублікував свої результати в The New England Journal of Medicine наприкінці 2000 року, то, по суті, забезпечив собі підвищення до доволі невдячної посади голови інфекційного контролю Кейс Вестерн, що хоч і була поважною, але вимагала без кінця сваритися з лікарями для приборкання їхніх глибоко вкорінених і небезпечних звичок.

Наприклад, в огляді практик прописування ліків 2001 року Донскі виявив, що багато лікарів із докторським ступенем не лише обирали надто руйнівні антибіотики, але й застосовували антибіотики, коли ті взагалі не були потрібні. Ні, лікарі не прописували антибіотики від вірусних (небактеріальних) інфекцій. Радше деякі використовували ці препарати в спробі запобігти можливим бактеріальним інфекціям, а багато інших тримали пацієнтів на антибіотиках значно довше за необхідний час.

«Було схоже на те, що, раз посадивши пацієнта на антибіотики, вони вже не хотіли їх знімати», – каже Донскі. А він розумів, що використання антибіотиків як загорожі проти інфекції дає протилежний ефект. Буквально розжувавши цифри, він показав, що кожен день, проведений пацієнтом на антибіотиках, суттєво збільшує ризик, що він чи вона підхопить ВРЕ або ще якусь стійку до лікарських засобів нозокоміальну інфекцію. Загалом Донскі виявив, що близько третини днів, проведених пацієнтами лікарні на антибіотиках, були необґрунтованими. При цьому сьогодні Донскі каже, що його звіт 2001 року ще й недооцінював проблему, бо не враховував пацієнтів відділення реанімації, де від рішення лікарів щодо призначення антибіотиків часто залежить життя пацієнта і приймати його доводиться, не маючи часу на виявлення всіх плюсів і мінусів.

Навіть після десятиліть нотацій щодо зловживання антибіотиками надто багато лікарів усе ще вважають їх нешкідливими та використовують за принципом «гірше не буде», з прикрістю каже Донскі. «Вони знають, що надмірне застосування може сприяти стійкості до антибіотиків у довгостроковій перспективі, але ще не розуміють безпосередніх небезпек». Врешті-решт, очі деяким лікарям відкрив мікроб, що потрапив у заголовки в грудні 2005 року зі звітом про загальнонаціональну епідемію дуже стійкого до лікарських засобів та смертельно небезпечного штаму Clostridium difficile.

Ще з 1970-х років лікарі й фармацевти знали, що C. difficile є найбільш поширеною причиною післяантибіотичної діареї. Він почав викликати проблеми після запровадження антибіотиків широкого спектра, таких як кліндаміцин. Як виявилося, резистентні від природи спори C. difficile у формі барабанних паличок завжди були широко поширені в природі. Час від часу їх ковтають усі. Зазвичай C. difficile не спричиняє якоїсь шкоди – крім випадків, коли антибіотики руйнують тісне за нормальних умов об’єднання природних кишкових мікроорганізмів, і це дозволяє бактеріям захопити чужу територію. Зазвичай C. difficile переносить курс антибіотиків у спорах, а потім, як тільки людина закінчує прийом препарату, проростає й набирає силу, перш ніж звичайні мешканці товстого кишечника встигнуть відновитися. Врешті-решт, резидентні мікроби зазвичай виграють, витісняючи C. difficile з кишечника після кількох днів розладу. Але, коли їм не вдається це зробити, діарейні токсини C. difficile можуть спричиняти тяжкі форми коліту (запалення кишечника).

До 1980-х років спори C. difficile стали в лікарнях особливо численними, почасти тому, що мають властивість витримувати дію навіть промислових мийних засобів. У результаті десь від 20 до 40 % пацієнтів підхоплювали цю заразу під час перебування в лікарні, майже завжди після курсу антибіотиків. Проте, за винятком рідкісних випадків, інфекція не приносила нічого гіршого за тимчасову діарею. Але потім з’явився новий C. difficile.

Наприкінці 1990-х пацієнти лікарень почали помирати від тяжких форм коліту, викликаного штамом, що втратив гальма у виробництві токсинів. Цей новий штам виробляв у двадцять разів більше запальних отрут товстого кишечника, у деяких випадках призводячи до смертельних проривів, що дозволяло кишковим бактеріям проникати в черевну порожнину та кровоплин. Крім того, він підхопив гени активного опору широко використовуваним антибіотикам із групи фторхінолонів. Це означало, що він міг активно розростатися в кишковому тракті, щойно людина починала приймати один із цих препаратів, а не ховатись у заснулі спори, доки препарат залишить травну систему пацієнта.

Перше повідомлення про спалахи захворювання прийшло з Канади у 2003 році, коли цей гіперсмертоносний штам убив понад сто пацієнтів лікарень Квебеку впродовж шести місяців. Багато жертв проходили там звичайні процедури. Наступного року він убив приголомшливу кількість у дві тисячі квебекців, й аналогічні спалахи було відзначено в Британії. Британські таблоїди шаленіли, вистрілюючи заголовками на кшталт «Операція на нігті на нозі ледь не вбила мене» та «Лікарня звинувачується в жахливій смерті матері».

Тим часом у Сполучених Штатах дослідники Центрів з контролю та профілактики захворювань (ЦКПЗ) підозрювали, що американські лікарні переживають аналогічні проблеми. Але, оскільки Сполучені Штати не мають загальнонаціональної системи охорони здоров’я або федеральних законів, що регламентують звітність про хвороби, ЦКПЗ не мали чіткого способу оцінити те, що відбувалося. Донскі з Університету Кейс Вестерн згадує, як улітку 2005-го випадково прочитав у якійсь клівлендській газеті заголовки, що сурмили про «канадського лікарняного супермікроба» без жодної згадки про наростання кризи у власних лікарнях міста. «Ми знали, що багато лікарень тут мають такі самі проблеми, – каже він про обговорення зі своїми колегами. – Але для роботи в нас не було нічого, крім чуток. Жодних справжніх даних. Тож ніхто нічого й не робив».

Єдиним способом чітко зрозуміти, що відбувалося тоді в Сполучених Штатах, було проштудіювати записи про виписки з лікарень за багато років. Цю роботу, гідну подвигів Геракла, очолив епідеміолог ЦКПЗ Кліффорд Макдональд, який повідомив про результати наприкінці 2005-го. Виявилося, що за попередні п’ять років пов’язана з колітом смертність в американських лікарнях зросла від менш ніж 2 аж до 17 %. Не випадково, що рівень, на якому лікарі діагностували зараження C. difficile, за цей час зріс більше ніж удвічі.

У той самий час, коли епідеміологи ЦКПЗ продиралися крізь завали лікарняних записів, дослідник інфекційних хвороб з Університету Лойоли Дейл Ґердінг намагався відслідкувати цей гіперсмертоносний новий штам до самого витоку. Використовуючи зразки C. difficile, виділені в пацієнтів за попередні двадцять п’ять років, він виявив перший чіткий відповідник у культурі, датованій 1984 роком. Її джерелом був пацієнт лікарні з Середнього Заходу США. Під час більш детального вивчення питання стало ясно, що цей штам не лише зародився в Сполучених Штатах, але й американські лікарні пережили масштабні незареєстровані спалахи викликаного ним захворювання на багато років раніше, ніж канадські та британські. Перший стався в Медичному центрі Піттсбурзького університету в січні 2000-го. За наступні п’ятнадцять місяців тяжкі форми зараження C. difficile розвинулись у 253 пацієнтів Центру, а коли інфекції викликали прориви товстої кишки, вісімнадцять із них померли. Ще двадцять шість поїхали додому з калоприймачами, залишивши товсті кишки в операційній у намаганні врятувати свої життя. «Ми не мали жодної гадки про те, що відбувається», – ніяково розповів ЗМІ голова інфекційного контролю Медичного центру, повідомляючи про цей спалах у 2005-му.

І новини ставали дедалі гіршими. У грудні 2005 року ЦКПЗ оприлюднили справжню зливу повідомлень, щойно отриманих від раніше здорових дітей та дорослих, що надходили до лікарень уже зараженими цим гіперсмертоносним мікробом. Хоча ЦКПЗ й вітали негайне інформування з боку лікарень, по суті, це нагадувало повідомлення, що ворота стайні відчинені вже після того, як кілька коней приплентались назад додому. Не прив’язаний більше до лікарні, новий C. difficile просочився до населення загалом і, схоже, почав поширюватись. У першому повідомленні Центрів описано двадцять три такі загальні випадки, причому жертви були у віці від шести місяців до сімдесяти двох років, серед них було десять вагітних жінок, в однієї з яких стався викидень близнюків, після чого вона померла.

Так само як стійкий до багатьох лікарських засобів стафілокок показав гірку правду, що антибіотики породжують резистентність, C. difficile може нарешті відкрити лікарям очі на небезпеку, нерозривно пов’язану зі знищенням у тілі «хороших мікробів» разом із поганими, говорить Донскі. «Ніхто ж не каже: “Не використовуйте антибіотиків”, – наголошує він. – Але, як і більшість препаратів, вони мають використовуватись обережно, способами, що мінімізують можливу шкоду».

З лікарні в повсякденне життя

Сезон грипу 2003 року почався в Північній Америці рано, з першими випадками ще восени. Уже до Дня подяки лікарі спостерігали звичайні, пов’язані з грипом пневмонії. Як завжди, найтяжчі випадки були результатами вторинних бактеріальних інфекцій у перевантажених грипом легенях. Більшість цих інфекцій доволі швидко реагували на стандартні антибіотики, такі як амоксицилін, або потужніші, на кшталт азитроміцину чи цефалексину. Лікарі були готові до того, що втратять кількох найслабших, найстарших або з підірваним імунітетом пацієнтів. Але потім помирати почали молоді та дужі.

Одним із перших побачив цих «aтипових жертв» 33-річний дослідник інфекційних хвороб Джон Соломон Френсіс. Огрядний та високий уродженець нью-йоркського району Квінс, Френсіс зазвичай розбавляв свою лячну зовнішність широкою щербатою усмішкою. Але того дня наприкінці листопада 2003 року він з перекривленим обличчям стояв біля ліжка 31-річної жінки, яка лежала непритомна у відділенні реанімації Медичного центру Бейв’ю при Університеті Джонса Гопкінса в Балтиморі. Поки груди жінки здіймалися й опадали з сипливою регулярністю апарата штучної вентиляції легень, Френсіс прогорнув її картку та переглянув вихідні дані. Жодних попередніх госпіталізацій. Жодних інших медичних проблем. Однак за кілька годин до того подруга майже занесла її до відділення невідкладної допомоги. Медсестра на прийомі відзначила задишку, кашель та гемоптизис (кровохаркання). Перед тим як знепритомніти, жінка розповіла, що минулого тижня підхопила від когось із знайомих грип і почувалася настільки погано, що сімейний лікар дав їй антибіотик цитромакс.

На думку Френсіса, цього мало бути більш ніж досить, щоб зупинити будь-яку бактеріальну інфекцію. Але жінка явно страждала від тяжкої форми бактеріальної пневмонії. Тепер же його завданням як чергового консультанта з інфекційних хвороб було порекомендувати лікарям біля ліжка хворої спосіб її лікування. Він похмуро порекомендував внутрішньовенний коктейль із ванкоміцину, гатифлоксацину та меропенему. Можливо, це було й занадто, але часу чекати, поки лабораторні культури визначать, що саме вбиває цю молоду жінку, просто не було.

Повернувши на місце картку в ногах ліжка пацієнтки, Френсіс спустився сходами до приміщення, де радіолог працював із зображеннями комп’ютерної томографії її грудної клітини. Френсіс побачив там дірки, декотрі в кілька квадратних сантиметрів, які буквально зрешетили те, що мало би бути гладенькою легеневою тканиною. Радіолог показав йому затемнення, які наводили на думку, що ті дірки були абсцесами, повними крові та гною. Щільний білий ореол навколо легень показував, що плевра (вистилка грудної порожнини) так само заповнена рідиною.

«Якби вона була ін’єкційною наркоманкою, я б подумав, що в неї ендокардит», – висунув ідею Френсіс, посилаючись на сценарій, у якому брудна голка заносить бактерії в кровоплин, що заражають серце, а звідти поширюються до легень. Повернувшись до реанімації, він знайшов там батьків жінки та поставив їм відповідні складні запитання. Однак, за їхніми словами, вона не робила нічого навіть віддалено пов’язаного з наркотиками. Трохи курила, так, десь із шість цигарок на день. Роблячи ситуацію ще менш зрозумілою, наступного ранку культури крові та мокротиння жінки показали позитивний результат на метицилін-резистентний золотистий стафілокок – відоме прокляття внутрішньолікарняного життя, яке, однак, рідко потрапляло туди ззовні. Ще дивніше, хоч і в хорошому розумінні, було те, що аналізи показали чутливість цього мікроба до кількох антибіотиків, котрі рідко спрацьовували проти внутрішньолікарняного МРЗС.

За кілька днів Френсіс побачив другий випадок надзвичайно тяжкої форми пневмонії, цього разу в раніше здорового чоловіка п’ятдесяти двох років, у якого так само підозрювали перенесений раніше грип. Зателефонувавши Френсісові пізно ввечері, пульмонолог сказав, що особливо поспішати немає потреби. Вони почнуть із введення пацієнтові трійки тих самих внутрішньовенних антибіотиків, які давали молодій жінці. Але, коли вранці Френсіс насамперед приїхав до лікарні, пацієнт уже помер. Щойно отримані результати аналізів показали, що культури крові були позитивні на МРЗС з такою ж схемою обмеженої стійкості до лікарських засобів, як і в жінки, котра все ще перебувала на системі життєзабезпечення далі коридором.

Того вечора Френсіс описав обидва випадки своєму начальнику Ерікові Нюремберґеру. Наступного ранку той передав йому журнальну статтю, яку нещодавно прочитав, про зливу смертоносних стафілококових пневмоній серед дітей та молоді у Франції. Французькі дослідники пов’язали ці інфекції з агресивним новим штамом стафілококу, що переносив ген токсину-вбивці тканин – лейкоцидину Пантона – Валентайна (названого на честь його першовідкривачів), та з його здатністю пробивати дірки в протиінфекційних імунних клітинах, відомих як лейкоцити (білі кров’яні тільця). Як і в Лікарні Джонса Гопкінса, французькі лікарі підтвердили, що в переважної більшості їхніх пацієнтів смертоносним інфекціям передував грип (грипоподібне захворювання). У висновку статті вони порівнювали швидку й жахливу смерть пацієнтів із тією, що спостерігалась під час пандемії «іспанки» 1918 року. Френсіс згадав один із класичних описів тих подій, які він свого часу читав у медичній школі:

У міру того як їхні легені наповнювалися… пацієнти починали задихатись і ставали дедалі більш синюшними. Після проблем із диханням упродовж кількох годин вони починали марити й потерпати від нетримання сечі, і багато хто помирав, намагаючись очистити дихальні шляхи від кривавої піни, що іноді вивергалася в них з носа й рота. Це було жахливе видовище.

А видовище таки дійсно було жахливе. Вірус грипу, що поширився тієї осені, – фуцзянський штам, який мало чим відрізнявся від «панамського грипу», поміченого попереднього року, – був не гіршим за більшість. Однак не встигли ще благополучно відключити від системи життєзабезпечення першу пацієнтку Френсіса, як у Лікарні Джонса Гопкінса з’явилися ще дві жертви грипу, жінки двадцяти і тридцяти трьох років. Обидві продовжували лежати непритомні на системі життєзабезпечення тоді, як із лабораторії прийшли результати їхніх аналізів культур крові, позитивні на МРЗС, і обидві мали різновид руйнівної для легень пневмонії, свідком якої Френсіс був у першому й другому випадках. Не минуло й кількох днів, як їхні інфекції погіршилися до непереборного сепсису (зараження крові), а бурхлива, але неефективна реакція імунних систем породила велику кількість згустків крові. У результаті в обох жінок були множинні інсульти і втрата циркуляції крові в кінцівках. У них почорніли пальці на ногах та руках. Вливання антикоагуляційних препаратів урятувало їхні пальці рук, але довелось ампутувати ліву ногу двадцятирічної жінки нижче від коліна. Тридцятитрирічна втратила обидві ноги. Тим часом перша пацієнтка Френсіса після чотирьох тижнів у відділенні реанімації на Різдво змогла повернутись додому.

Цього разу Нюремберґер та Френсіс почали проводити ночі й вихідні в дослідній лабораторії лікарні, проводячи аналізи на наявність гена лейкоцидину Пантона – Валентайна в культурах стафілококу від чотирьох пацієнтів. Вони виявили його в усіх. Дальше генетичне профілювання показало, що скрізь фігурував той самий штам. Коли Френсіс зв’язався з ЦКПЗ, то дізнався, що ситуація в Лікарні Джонса Гопкінса не унікальна. Повідомлення про аналогічно смертоносні та стійкі до лікарських засобів стафілококові пневмонії надходили з усієї країни. Хворіли здебільшого раніше здорові діти й молодь, і хворобі завжди передувала вірусна респіраторна інфекція, така як грип.

Хоча ці жертви МРЗС опинилися в лікарні, де кілька з них померли, усі вони підхопили свій стафілокок за її межами. Лише за кілька років до того епідеміологи Центрів з контролю та профілактики захворювань скептично відкидали повідомлення про так звану позалікарняну МРЗС-пневмонію. «Ми тоді помилялися, припускаючи, що ті перші повідомлення стосувалися МРЗС, який мав прихований зв’язок із внутрішньолікарняними умовами», – визнає співробітник ЦКПЗ Джеффрі Гейджман.

Ті перші повідомлення надходили з Дитячої лікарні Вайлера при Чиказькому університеті, де в 1996 році консультантка з інфекційних хвороб Бетсі Герольд почала помічати, як до відділення невідкладної допомоги привозили здорових в іншому дітей із зараженням МРЗС кісток, м’яких тканин та крові. Герольд попросила наукову співробітницю Ліллі Іммерґлюк переглянути лабораторні записи лікарні щодо стійкості до антибіотиків для всіх стафілококових інфекцій, що лікувалися за попередні три роки. Іммерґлюк виявила 52 випадки МРЗС, причому 35 із них – у раніше здорових дітей. Бактерії, що заражали цих 35 дітей, усі мали ту саму aтипову схему резистентності й чутливості, яку Герольд бачила в 1996-му. Для порівняння Іммерґлюк переглянула лікарняні записи за 1988–1990 роки. Вона виявила лише вісім випадків цього конкретного штаму, що пізніше стане відомим як позалікарняний МРЗС.

Найтривожнішим було те, що між 1990 і 1995 роками рівень виявлення позалікарняного МРЗС у Дитячій лікарні Вайлера збільшився з 10 на 100 тисяч госпіталізацій до понад 250. Коли The Journal of the American Medical Association опублікував результати дослідження Герольд у 1998-му, ті, хто сприйняв їх серйозно (а це переважно були лікарі з півдня Чикаго), припустили, що в їхнього міського населення просто завівся якийсь здичавілий штам внутрішньолікарняного стафілококу, який втратив кілька генів резистентності в менш насиченому антибіотиками середовищі поза стінами медичних центрів.

Потім на початку 1999 року співробітники держепідеміологічних служб у Північній Дакоті та Міннесоті повідомили про смерті від непереборних інфекцій МРЗС чотирьох дітей: семирічної афроамериканської дівчинки, яку привезли до Центральної дитячої лікарні Міннеаполіса з нестерпним болем, що вказував на зараження стегна; шістнадцятимісячної дівчинки, яку з підвищенням температури до 40,5 °С батьки негайно доправили до клініки Індіанської служби охорони здоров’я поблизу їхньої резервації в Північній Дакоті; тринадцятирічної дівчинки з сільської місцевості Міннесоти, у якої МРЗС швидко поширився з легень на оболонку головного мозку; дитини, що тільки вчилася ходити, з Північної Дакоти, яка померла впродовж двадцяти чотирьох годин навіть попри те, що лікарі з відділення невідкладної допомоги відразу запідозрили МРЗС і почали лікування ванкоміцином. Усі ці чотири смерті були пов’язані зі стійким до лікарських засобів стафілококом у раніше здорових дітей без жодних відомих контактів зі звичайним прихистком МРЗС у лікарнях та пологових відділеннях. Хоча багато хто продовжував розцінювати ці смерті як випадковості, вони все ж підказали новим дослідникам придивитися до незвичайних недуг у їхніх власних громадах.

У Г’юстоні педіатр Шелдон Каплан із Дитячої лікарні Техасу помітив, що до відділення невідкладної допомоги його лікарні дедалі частіше надходять діти із зараженням МРЗС – легень, кісток, суглобів, м’яких тканин та крові. «Коли я повідомив про ці випадки, усі сказали, що має бути якийсь зв’язок із внутрішньолікарняною інфекцією, навіть якщо це був лише візит до пологового відділення або родич, котрий працює в лікарні». Але чим більше Каплан розбирався в справі, тим більше переконувався, що юні пацієнти не були нещасливими жертвами мікроба, який вибрався з лікарні.

«З одного боку, їхні МРЗС не мали тих самих профілів резистентності, що й наші внутрішньолікарняні штами», – каже він. Метицилін-резистентний стафілокок, що потрапляв до Дитячої лікарні Техасу, довів свою стійкість до пеніцилінової та метицилінової родини препаратів, але мало до чого ще. Однак свою нестачу резистентності ці позалікарняні штами з лишком надолужували смертоносністю. Щось у цих нових мікробах дозволяло їм викликати значно більш серйозні, агресивні хвороби, ніж будь-який штам стафілококу, який Каплан та його колеги будь-коли бачили.

Як і Герольд перед ним, Каплан доручив своїм співробітникам із числа колишніх аспірантів визначити штами лабораторної культури всіх стафілококових інфекцій, що потрапили до лікарні ззовні. У лютому, на перший же місяць свого дослідження, Карлос Сеттлер та Едвард Мейсон виявили, що МРЗС уже був відповідальним за понад третину позалікарняних стафілококових інфекцій, що спостерігались у Дитячій лікарні Техасу. Усього за кілька місяців МРЗС, по суті, обійшов «нормальний» (чутливий до метициліну) стафілокок у ролі головної причини серйозних стафілококових інфекцій серед г’юстонських дітей.

Тим часом по всій країні почали поширюватися спалахи жахливих шкірних інфекцій серед спортивних команд та інших груп, які мали між собою тісний фізичний контакт, – в’язнів, мешканців притулків для безхатченків, гомосексуалістів та дошкільнят. Найвідомішим випадком став футбольний сезон 2003 року, що приніс спалахи хвороби серед кількох потужних нападників та півзахисників із команди «Сент-Луїс Ремс», що поширили інфекції на супротивників із «Сан-Франциско Фортінайнерс». Того ж року Джуніор Шо та Чарлі Роджерс із «Маямі Долфінс» опинилися в лікарні на внутрішньовенному ванкоміцині, щоб зупинити загрозливе ушкодження кінцівок, як і Кеньятта Вокер із «Тампа-Бей Буканірс» та Бен Тейлор із «Клівленд Браунс», яким знадобилася навіть термінова операція.

Проведений ЦКПЗ генетичний аналіз показав, що штам стафілококу, який був причиною всіх цих інфекцій, мав відносно невеличку «касету» генів резистентності, що робило їх несприйнятливими до бета-лактамних антибіотиків, таких як пеніциліни, метициліни та цефалоспорини, але залишало чутливими до багатьох препаратів другої лінії, до яких внутрішньолікарняні штами МРЗС давно вже виробили стійкість. Така «резистентність-лайт» ішла в комплекті з набором генів підвищеної інвазивності внутрішніх тканин, уникнення імунних клітин-солдатів тіла та абсолютної токсичності. Найкраще вивченим із цих так званих факторів вірулентності був лейкоцидин Пантона – Валентайна. Залишається можливість, що його ген є просто загальним маркером для багатьох інших, поки не відкритих генів вірулентності. У будь-якому разі його присутність чітко корелює зі стафілококовими інфекціями, що викликають масоване руйнування тканин та потужну, однак неефективну імунну відповідь, яка поєднує кризу з септичним шоком – різким падінням кров’яного тиску, що може призвести до швидкої відмови органів та смерті хворого.

Деякі старші лікарі не здивувалися, коли нещодавній аналіз п’ятдесятирічних культур стафілококу фаготипу 80/81 показав, що вони теж несуть у собі ген лейкоцидину. Хоча в 1960-х роках після запровадження метициліну штам 80/81 буцімто щез, передбачення Айхенвальда справдились, і штам продовжив циркулювати поза межами досяжності радара медичної спільноти, можливо, ділячи свої гени вірулентності з іншими штамами. Виходить, сьогодні основний підтип позалікарняного МРЗС у Європі та Австралії є прямим нащадком фаготипу 80/81. У Сполучених Штатах ген лейкоцидину потрапив до ще більш агресивного штаму стафілококу USA300 та його трохи менш смертоносного родича USA400. Саме USA400 проявився в Чикаго та на Середньому Заході у 1996 році. І саме USA300 вбив пацієнтів Френсіса, як і студента коледжу Рікі Ланнетті та мінімум дві дюжини інших у сезон грипу 2003–2004 років. Відтоді він став основною причиною стафілококових інфекцій, що спостерігались у відділеннях невідкладної допомоги лікарень по всій країні – як гидких шкірних заражень, так і часто смертоносних стафілококових пневмоній, що кожного року супроводжували сезон грипу починаючи з 2003-го. «Боюся навіть уявити, що буде, коли в нас з’явиться дійсно поганий вірус грипу, – каже Френсіс із Медичного центру Бейв’ю. – Щоразу як я чую перестороги людей щодо пандемічного пташиного грипу, мене лякає якраз можливість розвитку USA300».

Резервуар усередині

Для більшості з нас МРЗС та C. difficile залишаються страшними, але далекими загрозами, випадковими вбивцями, яких слід уникати, можливо, за допомогою якихось магічних талісманів на кшталт антибактеріальних мил та гелів. Більшу тривогу викликає те, що за останні півстоліття тіло типової людини перетворилося на величезний резервуар стійких до лікарських препаратів бактерій. Час від часу ці резидентні бактерії заподіюють безпосередню шкоду, заблукавши з відведених їм місць і зумовлюючи, наприклад, стійку до ліків вушну інфекцію в дитини, яка вчиться ходити, або зараження сечовивідних шляхів у жінки. Ще більше непокоїть готове сховище генів резистентності до лікарських засобів, яке ці резидентні бактерії роблять доступним для їхніх значно більш небезпечних родичів.

Перші обережні натяки на цю дедалі більшу внутрішню небезпеку з’явилися ще в 1960-х роках, по слідах відкриття Цутому Ватанабе, що кишкові бактерії можуть обмінюватися певними загадковими «факторами резистентності», якими виявилися плазміди, заряджені генами стійкості до антибіотиків. 1969 року Еллен Мургаус з Ірландського королівського коледжу хірургів повідомила про своє відкриття стійких до лікарських засобів бактерій у випорожненнях понад 80 % із сотні здорових дублінських немовлят та дітей, що тільки вчилися ходити. Багато з цих мікробів довели свою несприйнятливість до трьох чи більше антибіотиків, що мали б зупинити їхнє зростання, якщо не вбити їх узагалі. 1972 року британський бактеріолог Карен Лінтон довела дивовижне відкриття Мургаус до кінця, виявивши, що більшість здорових людей у Бристолі та навколо нього так само несли в собі стійкі до лікарських засобів кишкові бактерії з частотою в середньому вищою серед дітей (67 %), ніж дорослих (46 %), однак найвищою – серед людей, що працювали з худобою (79 %). Тривожним було те, що, за даними Лінтон, виділені нею в добровольців резистентні бактерії могли легко ділитися своїми генами резистентності з чутливими до лікарських засобів бактеріями.

Більш заспокійливим виявилося ізраїльське дослідження, проведене приблизно в той самий час. Мікробіолог Давід Сомполінскі виявив, що, хоча курс антибіотиків викликав різкий сплеск стійкості до лікарських засобів серед мікрофлори пацієнтів, у наступні місяці рівень резистентності поступово падав. Зокрема, після двотижневого курсу тетрацикліну або хлорамфеніколу стійкими до лікарських засобів стали понад 80 % кишкових бактерій його добровольців. Два ж місяці по тому цей рівень знизився до 10 %, крім пацієнтів лікарні, у яких через малозрозумілі причини високий рівень резистентної мікрофлори зберігався навіть після припинення приймання антибіотиків.

Отримані Сомполінскі результати підкріпили популярну думку, що стійкі до лікарських засобів бактерії неминуче ослаблюються їхнім додатковим багажем плазмід резистентності. Приберіть вибірковий тиск антибіотиків, і резистентні мікроби швидко поступляться їхнім чутливим до лікарських засобів родичам. Такого твердження було достатньо, щоб переконати лікарів 1960–70-х років, що чутливість до антибіотиків завжди можна відновити, даючи пацієнтові «медикаментозні канікули» або просто переводячи на інший антибіотик.

Одним із тих, кого це геть не переконувало, був молодий лікар Стюарт Леві. Нещодавній випускник медичного факультету Пенсильванського університету, Леві належав до небагатьох лікарів-практиків, які розуміли наслідки перемішування генів. Можливо, причина була в тому, що вивченням цього явища займались такі бактеріальні генетики, як Ватанабе, з котрим Леві разом навчався впродовж одного семестру медичного факультету в Токіо. У 1977-му, коли він уже працював в Університеті Тафтса, Леві почав першу великомасштабну оцінку рівнів стійкості до лікарських засобів у кишкових бактерій, використовуючи доволі строкату групу з кількох сотень добровольців, куди належали пацієнти лікарень та студенти університетів, а також цілі родини з міст і сіл кількох штатів. Результати шокували навіть самого Леві. Резистентні мікроби складали 50 % і більше кишкових бактерій у понад третини його здорових добровольців, жоден із яких не приймав антибіотиків понад шість місяців. За підрахунками Леві, пересічний американець виділяв зі свого організму від 10 мільйонів до мільярда стійкої до лікарських засобів E. coli щодня. «Я пам’ятаю мою зневіру на зустрічах медичних мікробіологів, – згадує Леві через три десятиліття. – Люди в аудиторії могли сказати: “Можливо, ці фактори резистентності й цікаві генетикам, але вони не є клінічною проблемою”. Мене ж це просто вибивало з колії, бо я бачив, що це лише верхівка айсберга».

До тих, хто звернув на них увагу, дослідження Леві донесли ідею, що гени резистентності знищуються відразу, як тільки пацієнт перестає приймати антибіотики. Інші дослідники підтвердили цю тривожну нову реальність: на початку 1990-х років Ебіґейл Сельєрс із Іллінойського університету в Урбана-Шампейн почала відслідковувати поширення багатьох генів резистентності до лікарських засобів, які вона виявила прихованими в численних штамах та видах Bacteroides – однієї з найголовніших груп кишкових бактерій. Її цікавило питання: звідки походять ці гени і що рухає їхнім поширенням? Щоб знайти відповідь, вона стала мікроархеологом, використовуючи ДНК-зонди для пошуку генів резистентності в заморожених зразках випорожнень, взятих як у здорових добровольців, так і в пацієнтів лікарень між кінцем 1960-х і початком 1990-х.

Вона виявила, що до 1970-х років ген резистентності до тетрацикліну tetQ проявлявся у менше ніж чверті Bacteroides у її зразках. Натомість Bacteroides, виділені з її зразків 1990-х, несли в собі понад 85 % tetQ, незалежно від того, походили вони від пацієнтів лікарень або від когось, хто не приймав антибіотиків роками. За ті самі три десятиліття багато штамів Bacteroides теж підхопили три гени – ermB, ermF та ermG, що несли резистентність до новішого антибіотика еритроміцину; їхня поширеність збільшилася з менше ніж 2 % у 1970-му до понад 20 % у середині 1990-х років. Результати Сельєрс надали чіткі докази того, що поширеність резистентних до антибіотиків бактерій у нашому тілі будується невблаганно десятиліття за десятиліттям.

Оскільки група Bacteroides складає аж чверть усіх кишкових бактерій людини, Сельєрс оцінила небезпеку поступового збільшення їхньої стійкості до двох найчастіше прописуваних у світі антибіотиків. «У випадку занесення мікробів у черевну порожнину в результаті травми ці бактерії становитимуть першочергову небезпеку, – каже вона, – але ще більшою небезпекою є те, що більшість із нас, можливо, носять у собі більш ніж досить генів резистентності, аби перетворити раніше виліковну інфекцію на непереборну». Принаймні в теорії Bacteroides можуть ділитися своїми генами з небезпечними кишковими патогенами, такими як забрудники харчових продуктів сальмонела, шигела та кампілобактер, а також респіраторними патогенами, такими як Staphylococcus aureus і Streptococcus pyogenes, що регулярно потрапляють у кишечник із проковтнутим слизом та слиною.

Сельєрс підрахувала, що, проходячи через шлунково-кишковий тракт, такі бактерії проводять від доби до двох, змішуючись із «місцевими». «А цього часу більш ніж досить, щоб підхопити щось цікаве в барі для обміну партнерами, яким є товстий кишечник людини, – саркастично зауважує вона. – Або, якщо подивитися на це з іншої точки зору, ми перетворили наш кишечник на бактеріальний еквівалент інтернет-аукціону eBay. Замість необхідного вироблення стійкості до лікарських засобів складним шляхом – через мутацію – можна просто зазирнути туди й отримати ген, уже створений якоюсь іншою бактерією». Сельєрс визначила, що штами Bacteroides вирізають та переносять між собою свої гени tetQ всього за кілька годин. Останнім часом її дослідницька команда з Іллінойського університету тестувала, як далеко й широко Bacteroides можуть поширювати ці небезпечні гени і які умови спонукають їх це робити.

Фактично працювати в лабораторії Сельєрс означає виступати в ролі свахи для деяких не дуже приємних пар. Стоячи за своїм лабораторним столом, докторантка Кая Малановська знімає накривку з чашки Петрі, щоб підхопити з півмільярда E. coli кінчиком стерильної голки для посіву. Вона додає їх до пробірки, що містить приблизно стільки ж клітин Bacteroides thetaiotamicron, які вільно плавають у крихітній калюжці бульйону з додаванням антибіотиків. Очистивши пробірки від кисню, Малановська залишає бактерії змішуватися на ніч у затишному теплі лабораторної «кишки» – інкубатора завбільшки з кімнату, налаштованого на температуру здорового кишечника в 37 °C. Для її наукового керівника не є секретом, що Малановська знайде через кілька днів. «У версії випадкового сексу бактеріального світу E. coli та B. theta обміняються кількома генами», – пояснює Сельєрс. Причому таке спаровування охоплює два дуже віддалено споріднені види, наче корова спаровується з пумою чи навіть змією.

Ще дивніше, що Сельєрс знайшла генетичні докази, що грамнегативна родина Bacteroides колись підхопила деякі з цих генів резистентності на протилежному кінці бактеріального царства – серед грампозитивних організмів, таких як споротвірний кишковий мікроб Clostridium perfringens та паличкоподібна ґрунтова бактерія Bacillus sphaericus. Таке перенесення генів – від жорсткої та непробивної грампозитивної клітини до верткої капсули грамнегативної B. theta – здавна вважалося малоймовірним, якщо не неможливим. «Неначе спаровування броненосця з кальмаром», – каже Сельєрс. Або з точки зору еволюційної відстані скоріше схрещування броненосця з секвоєю.

Сельєрс знає, що антибіотик у пробірці її студентки не просто не зможе вбити бактерії, що плавають усередині, але стимулює перенесення їхньої ДНК. «Якщо ви уявляєте собі перенесення генів між видами як бактеріальну версію випадкового сексу між незнайомцями, то антибіотики слід уявляти як їхні афродизіаки, – каже вона. – Тетрациклін дійсно заводить цей народ». Така реакція може бути відображенням цілої низки технік спільного виживання, залучених у всьому бактеріальному царстві. За словами дослідниці, принцип тут може бути таким: «Я поділюся своїми генами, якщо ти поділишся твоїми».

Сельєрс поділяє перестороги Леві з Університету Тафтса, що сприяти поширенню резистентності через ці та інші бактеріальні трюки можуть не лише антибіотики, але й багато інших сучасних антибактеріальних продуктів. «Стюарт Леві пропонує серйозну причину для занепокоєння, – каже вона, – оскільки деякі з цих продуктів можуть добирати мутації, що роблять бактерії стійкими не лише до них, але й до певних інших антибіотиків». Особливо непокоїв Леві триклозан – хімічна речовина, що найчастіше додається до антибактеріальних мил, зубних паст, рідин для полоскання рота та побутових мийних засобів. 1998 року співробітниця лабораторії Леві Лора Макмеррі показала, що триклозан працює більше як антибіотик, ніж універсальний дезінфектант на кшталт вибілювача або спирту. Зокрема, вона показала, що він блокує фермент, який бактерії використовують для синтезу жирів – дії, яку E. coli та багато інших мікробів можуть обійти за рахунок відносно невеликої зміни (мутації) їхніх ДНК.

Після того співробітники Леві так само показали, що триклозан може запускати в дію стійкість до багатьох лікарських засобів у E. coli, сальмонели, шигели та інших кишкових бактерій. Він робить це, активуючи головний генетичний перемикач під назвою оперон множинної стійкості до антибіотиків. Цей перемикач, у свою чергу, активує цілу низку із приблизно шістдесяти різних генів виживання, у тому числі ген так званого ефлюксного насоса, що відкачує з бактеріальної клітини не лише триклозан, але й багато інших антибіотиків. Такого ж роду загальний «блювотний рефлекс» виникає, коли ці бактерії стикаються з дезінфектантами, такими як скипидар, або хімічними консервантами, такими як бензалконій хлорид та інші четвертинні амонієві сполуки, зазвичай використовувані в очних краплях, назальних спреях та косметиці. Відповідно ці побутові продукти можуть сприяти стійкості до багатьох лікарських засобів, добираючи бактеріальних мутантів, що підтримують цілодобову роботу їхніх трюмних насосів для відкачування антибіотиків. Потенційно ускладнюючи проблему, триклозан та його близький хімічний родич триклокарбан уперто зберігаються в очищених стічних водах і за останні двадцять років устигли вже проникнути в ґрунтові води, колодязі та прісноводні озера й струмки по всіх Сполучених Штатах.

Леві та Сельєрс далеко не єдині, хто постійно проводить дослідження, показуючи, що трохи більше ніж за півстоліття активне використання антибіотиків та інших антибактеріальних хімікатів трансформувало нашу внутрішню мікробну екосистему. Дослідники з Лондонського стоматологічного інституту Істмена, наприклад, нещодавно виявили, що практично всі учні молодших класів школи носять повний рот тетрациклін-резистентних бактерій – навіть попри те, що лікарі не дають тетрацикліну дітям до дванадцяти років, бо цей антибіотик забарвлює зуби, що тільки ростуть.

Однак чого зазначені вище дослідження не зачепили, то це походження цих проблемних генів. У рідкісних випадках новий тип стійкості до лікарських засобів виникає через випадкову мутацію. Якась вдала мутація може змінити біохімічну мішень препарату, щоб антибіотик більше не міг додаватися всередину бактеріальної клітини. Проста мутація може так само активувати перемикач, що змушує насос працювати на відкачування понаднормово. Але цей насос сам є повністю функціональною біохімічною машиною, на появу генетичного креслення якої пішли тисячоліття. Те саме справджується й для складних генів, що стоять за бактеріальними ферментами, такими як бета-лактамаза, що розщепляє, блокує або якось інакше нейтралізує багато важливих антибіотиків. Зрозуміло, що ці механізми стійкості не еволюціонували за останні шістдесят із чимось років. Зрозуміло й те, що до появи антибіотиків вони були рідкісними аж до відсутності у видів бактерій, які заселяють або заражують людське тіло. Як виявилось, вони ніколи не були далі за бруд під нашими ногами.

Стійкість повною лопатою

Як голова Антимікробного дослідницького центру Університету Макмастера в канадському місті Гамільтон, провінція Онтаріо, Ґеррі Райт має найкраще обладнану лабораторію, яку тільки може бажати розробник лікарських засобів, аж до апарата високошвидкісного скринінгу вартістю 15 мільйонів доларів для одночасної перевірки показників потенційних препаратів проти сотень бактеріальних мішеней. Проте Райт виявив, що технології XXI століття бліднуть у порівнянні з елегантною здатністю створювати антибіотики, яку він спостерігав у грудці бруду.

«Найкращі розуми у сфері синтетичної хімії потребують років неймовірних зусиль, щоб створити навіть невеликі обсяги структурно складних антибіотиків, таких як ванкоміцин, – пояснює він. – А багато видів бактерій можуть робити це легко». Особливий інтерес для Райта і його дослідницької команди становить Streptomyces – численний рід ґрунтових бактерій, що здавна захоплюють учених своїми хитромудрими колоніями довгих нитчастих клітин та спороносними стебельцями майже як у фруктів. На практичному рівні ці бактерії, що виробляють антибіотики, поповнили наш медичний арсенал понад десятком класів лікарських засобів, серед яких стрептоміцини, тетрацикліни, неоміцини, кліндаміцини, еритроміцини та ванкоміцини.

У підземному мікробному царстві ці біохімічні речовини, схоже, відіграють дві окремі ролі. Дослідження вказують на те, що за низької концентрації вони функціонують як сигнальні речовини, даючи бактеріальним клітинам змогу відчувати інші організми їхнього власного та інших видів і реагувати на них. У разі вищої концентрації вони можуть відігравати більш знайому роль антибіотиків як отрут, відтісняючи конкурентів у нескінченній штовханині, що відбувається в складних мікробних об’єднаннях, які насичують пісок та ґрунт по всьому світу, від пустель до гірських вершин.

Райт почав вивчати гени Streptomyces у середині 1990-х років з експрес-метою навчитися кількох нових хитрощів для розробки лікарських засобів. Зокрема, він та його докторант Крістофер Маршалл зосередилися на ділянці хромосоми, що належала бактерії Streptomyces toyocaensis, відомої своєю участю у виробництві тейкопланіну – антибіотика, близько спорідненого з ванкоміцином. Їхній аналіз породив каталог із кількох десятків генів, і в ньому був неочікуваний бонус – набір генів самозбереження, що захищали бактерії Streptomyces toyocaensis від їхньої власної отрути.

Райт розумів, чому мікроб перемішав ці гени резистентності з генетичними кресленнями свого апарата для виробництва отрут. У такий спосіб той міг ефективно координувати виробництво «антидоту» за потребою. Чого Райт не очікував, то це того, що кластер із п’яти генів резистентності, який вони з Маршаллом виділили з цього мікроба, здавався страхітливо знайомим. Будь-який мікробіолог, що працює з внутрішньолікарняними супермікробами на кшталт ванкоміцин-резистентного ентерококу, одразу ж упізнав би їх: один ген – для зрізання місця зв’язування з антибіотиком на грампозитивній клітинній стінці, ще два – для виготовлення стійкої до лікарських засобів запасної частини взамін видаленої ділянки стінки, остання пара регуляторних генів – для вмикання перших трьох у разі потреби, коли ванкоміцин або будь-який із його хімічних родичів з’явиться неподалік.

Райт і Маршалл скористались ДНК-зондами, щоб виловити такі самі гени резистентності серед інших бактерій групи стрептоміцетів. Вони виявили ці гени у Streptomyces orientalis, що виробляє ванкоміцин, а також у кількох інших штамів та видів, що виробляють хімічно споріднені антибіотики. «Це дало нам момент осяяння, – каже Райт. – Якби ми тільки провели цей експеримент п’ятнадцять років тому, коли ванкоміцин увійшов до широкого вжитку, то точно зрозуміли б, якого роду механізми резистентності слідом за препаратом потрапляють до наших медичних центрів та лікарень».

Зважаючи на всюдисущість стрептоміцетів у ґрунті, Райтові стало цікаво, що ще можна знайти в повній лопаті бруду. За його словами, наступний крок був до смішного простим як для вченого, оточеного обладнанням на багато мільйонів доларів, – він був «повністю зроблений тим, що використовувалось і сто років тому». Щоразу як Райт відвідував наукові конференції або просто ходив у похід по лісах із дітьми, він приносив звідти поліетиленовий пакет із застібкою, наповнений ґрунтом – чи з листяного лісу, чи з засипаного недопалками квітника біля конференц-центру. Після цього він доручав своїм студентам скринінг цих зразків на стрептоміцети й перевірку чутливості бактерій до прогону крізь стрій із двадцяти одного антибіотика різних видів. Відправляючи своїх студентів додому на канікули, Райт так само набивав їхні рюкзаки пластиковими пакетами з проханням привезти їх назад повними ґрунту. За наступні два роки їхня лабораторія зібрала справжню колекцію, де були суглинок прерій Саскачевану, глина задніх дворів Торонто, угноєний садовий ґрунт із берегів Ніаґари й уламок породи з Канадських Скелястих гір. Молодший брат Райта, поліцейський, що служив на кордоні між провінціями Онтаріо і Маніоба, навіть прислав йому зразок мерзлого ґрунту з північних територій. «Ми мали зразки бруду від Ванкувера до Галіфакса», – каже Райт.

Брудну лабораторну роботу з виділення ниткоподібних споротвірних стрептоміцетів із зібраного ґрунту провели студентки Ванесса Д’Коста та Кетрін Макґрен. Вони створили бібліотеку з майже п’ятисот штамів та видів, серед яких багато тих, що ніколи не виділялися раніше. Найбільше вражає, що всі ці організми виявилися стійкими, і не лише до їхніх власних специфічних антибіотиків, але й до багатьох інших. Без винятку, кожен із них міг перетравлювати, деактивувати, блокувати, видаляти або якимось іншим чином нейтралізувати багато антибіотиків. У середньому ці мікроби могли витримувати дію семи-восьми препаратів поодинці, а разом відбиватися від чотирнадцяти-п’ятнадцяти. Загалом дослідники зіткнулися зі стійкістю до всіх антибіотиків із двадцяти одного, які вони перевіряли, – набору, що містив і давні стандарти, такі як тетрациклін та еритроміцин, і перспективні нові потужні препарати, як-от руйнівний для ВРЕ синерцид та вороги МРЗС тигацил і кубіцин. Ще дивніше, що багато мікробів виявилися стійкими до повністю синтетичних препаратів, таких як ципрофлоксацин та розрекламовані нові диво-препарати кетек і зивокс – хімічні речовини, не схожі ні на що, з чим організми будь-коли стикались у природі.

2006 року Райт опублікував результати роботи його команди у відомому науковому журналі Science під заголовком «Вибіркове дослідження антибіотичної резистоми». Хоча багато вчених висловили подив, що бактерії здатні нейтралізувати понад десяток синтетичних та напівсинтетичних препаратів, Райт каже, що приблизно цього й очікував. «Стійким до антибіотиків можна стати багатьма способами, і багато з них зазвичай бувають неспецифічними. Відкачувальні насоси, наприклад, вичерпуватимуть із клітини більшу частину бруду». Особливо цікаво, що команда Райта зіткнулася з кількома раніше невідомими механізмами стійкості. Понад половина бактерій створювали новітній фермент, що руйнував як синерцид, так і рифадин, який є основним засобом у лікуванні туберкульозу. Інші нейтралізували кетек, використовуючи ніколи раніше не бачений трюк прикріплення молекули цукру до хімічного скелета препарату для блокування його антибактеріальної дії.

Цей звіт викликав появу яскравих заголовків («У ґрунті повно супермікробів!») та заламування рук. Забудьте про обачне використання антибіотиків – чи не приносимо ми всі чинники стійкості до лікарських засобів у свої домівки та лікарні на підошвах взуття? Райт дійшов висновку, що нічого подібного. «Ці гени точно не перестрибують безпосередньо від стрептоміцетів до хвороботворних бактерій», – пояснює він. Для початку організми, що виробляють антибіотики, на кшталт стрептоміцетів, тримають ці гени «запобігання самогубству» надійно вбудованими у свою головну хромосому. Перш ніж вони зможуть стати частиною мережі обміну генами бактеріального царства, ці гени мають перепакуватися в мобільні елементи, такі як плазміди й транспозони. По-друге, хоча гени резистентності, які Райт виявив у мікробів бруду, майже збігаються з багатьма, виявленими в інфекційних бактерій, тонкі відмінності в написанні ДНК цих генів сказали йому, що на їхньому шляху від однієї групи до іншої вони передавалися через посередників.

Як у грі в зіпсований телефон, щоразу як ген передається між мікробами, з’являються тонкі відмінності, що відображують «діалект» ДНК його нового господаря. Зокрема, ДНК будь-якого організму – від бактерії до слона – має характерний «уміст ГЦ», пропорцію літер, що представляють нуклеотиди гуанін та цитозин (які разом з аденіном і тиміном складають увесь алфавіт ДНК). Як група стрептоміцети мають один із найвищих умістів ГЦ у світі бактерій. Гуанін та цитозин складають у ДНК стрептоміцетів понад 70 % нуклеотидів, включно з їхніми генами резистентності.

Натомість коли ті самі гени з’являються в інфекційних бактерій, таких як ентерококи або стафілококи, вони мають уміст ГЦ, ближчий до 50 %. Це все одно вище, ніж у «корінних» генів цих хвороботворних організмів. Стафілококи та ентерококи мають уміст ГЦ на рівні приблизно 37 %. Отже, можна говорити, що ці гени провели певний час у проміжних організмах, причому їхній уміст ГЦ поступово змінювався в напрямку кожного нового господаря.

«Ми тут маємо щось на кшталт неповного палеонтологічного літопису, – каже Райт. – Тепер у нас є початок: стійкі від природи організми в бруді. А ще – кінець: ванкоміцин-резистентний ентерокок у лікарні. Вони несуть у собі однакові гени резистентності. Але ми знаємо, що існує ціла низка пропущених ланок у тому, як вони дійшли від початку до кінця».

Звідки ж починати шукати ці проміжні етапи? Зрозуміло, що велику роль тут відіграє активне використання антибіотиків у медицині. Крім того, активне використання антибіотиків у сільському господарстві – особливо в кормах для худоби, – можливо, відкрило канал, що веде безпосередньо до нашої обідньої тарілки.

Ближче до ферми

«ДИВО-ПРЕПАРАТ» ВИЯВЛЕНО, ЩО АУРЕОМІЦИНПРИСКОРЮЄ РІСТ НА 50 %

Спеціально для The New York Times

ФІЛАДЕЛЬФІЯ. Виявлено, що однією з найсприятливіших для росту речовин серед наразі відкритих є золотавого кольору хімікат ауреоміцин, рятівний лікарський засіб із групи, відомої як антибіотики, ефектів якого не можна досягти за допомогою жодного відомого вітаміну.

Дев’ятого квітня 1950 року хіміки з компанії Lederle Lab Томас Джукс та Роберт Стокстед оголосили про своє випадкове відкриття «дивовижної» нової ролі, яку можуть відігравати антибіотики. На їхню думку, це явище «має величезну довгострокову важливість для виживання людства у світі вичерпування ресурсів та зростання населення». Лише два кілограми неочищеного антибіотика, доданого до тонни корму для тварин, збільшували швидкість росту поросят на 50 %, причому аналогічні результати спостерігалися й у курчат і телят, роблячи їх гладшими швидше за будь-що в історії тваринництва.

Властивості антибіотиків сприяти росту тварин відкрилися хімікам Lederle, коли ті екстрагували B12 (вітамін, що вже використовувався для прискорення росту худоби) зі стічних вод, отриманих після процесу ферментації антибіотиків компанії. Зокрема, вони екстрагували вітамін B з чанів із Streptomyces rimosus – золотавого кольору ґрунтовою бактерією, що виділяє ауреоміцин. Джукс та Стокстед, на свій подив, виявили, що неперероблені стічні води прискорювали ріст тварин значно більше, ніж B12 як такий. Ще більше вражали результати годування тварин чистим ауреоміцином. Цю речовину лише за два роки до того виділив ще один учений із Lederle Бенджамін Даґґар, із часом перетворивши її на антибіотик найширшого спектра в історії – здатний знищувати понад п’ятдесят видів хвороботворних організмів, відомих своєю заразністю для людини. Але, з огляду на потенційний попит в американських фермерів, відкриття Джукса і Стокстеда могло принести компанії ще більші прибутки.

Вирощування молодих сільськогосподарських тварин на антибіотиках не приводило до збільшення розмірів дорослої худоби. Радше, прискорюючи їхній ріст, це різко зменшувало час (а отже, і вартість) доведення їх до потрібних для забиття кондицій. Водночас сучасна тенденція до великомасштабного фермерського господарства робила непрактичним індивідуальне лікування хворої худоби. За умови падіння вартості антибіотиків усього до якогось долара, а то й менше за кілограм, значно більший сенс мало лікувати зразу все поголів’я, навалюючи препаратів у корм та питну воду.

Під час прес-конференції, на якій вони оголосили про своє відкриття, Джукс і Стокстед заспокоювали тих, хто перестерігав, що згодовані худобі антибіотики можуть урешті опинитися на обідньому столі людини. Вони пояснили, що під час перетравлення їжі тваринами ці хімічні речовини розщеплюватимуться. Тому, коли наступного місяця з’явилося повідомлення зовсім іншого змісту, воно отримало тільки коротку згадку в пресі. Заховане посередині колонки The New York Times під назвою «Новини науки», воно сповіщало:

У вісконсінських сироварів виникла проблема з молоком у чанах під час процесу зсідання. Проблему відстежили до корів, яких лікували від маститу (хвороби вим’я) пеніциліном або ауреоміцином. Доктор В. В. Прайс із Вісконсінського університету виявив, що ці препарати припиняли ріст та погіршували роботу нормальних бактерій, необхідних для виробництва хорошого сиру.

За даними Інституту здоров’я тварин (лобістської організації, що представляє індустрію ветеринарних препаратів у Сполучених Штатах), сьогодні американська сільськогосподарська худоба споживає понад 9 тис. тонн антибіотиків щороку. За оцінками Спілки занепокоєних учених (організації з захисту прав споживачів), загальна цифра ще вища і становить майже 11,3 тис. тонн (порівняймо з 1,3 тис. тонн, щороку використовуваних у людській медицині країни). Особливе занепокоєння у вчених спілки викликає тоннаж, згодовуваний тваринам у малих, субтерапевтичних дозах суто для сприяння росту. За їхніми оцінками, на таке нетерапевтичне використання припадає приблизно 70 % усіх антибіотиків, згодовуваних худобі, або понад 7,7 тис. тонн на рік. Сама індустрія наводить дещо інші дані, нараховуючи 0,9–1,3 тис. тонн антибіотиків на рік для сприяння росту і ще приблизно 9 тис. тонн для запобігання інфекціям у часи відомого стресу (коли поросят і телят відлучають від матері і коли стада й поголів’я транспортують, комбінують та скупчують) та для зупинки поширення хвороб, коли фермер помічає задишку в курки, нежить у теляти або якісь інші ознаки індивідуальних хвороб. Трохи менш ніж половина цієї загальної кількості – приблизно 4,5 тис. тонн – припадає на йонофори та сполуки миш’яку, антимікробні препарати, не використовувані в людській медицині. Решту 5–6 тис. тонн складають ті самі класи антибіотиків, що використовуються для людей: тетрацикліни, цефалоспорини, фторхінолони, пеніциліни, сульфаніламідні препарати тощо.

За останні тридцять років дані досліджень підтвердили, що така постійна дієта з антибіотиків сприяє збільшенню кількості високорезистентної мікрофлори в травному тракті та на шкірі тварин, а також у повітрі, ґрунті й ґрунтових водах на тваринницьких підприємствах і навколо них. Аналізи м’яса та яєць із супермаркетів показують, що як мінімум частина цієї стійкої до лікарських засобів мікрофлори також загортається в поліетилен разом із м’ясом, яке ми купуємо, і потрапляє всередину яєць іще до формування їхньої шкаралупи. Отже, навіть якнайретельніше приготування їжі поширює декілька невидимих оком забруднювачів по кухні, а подекуди дозволяє ще кільком опинитися на обідньому столі в погано просмажених котлетах, відбивних чи омлеті.

Щороку сальмонела та кампілобактер, найпоширеніші збудники бактеріального харчового отруєння, відправляють по медичну допомогу до лікаря чи лікарні 3–4 мільйони американців, хоча набагато більше перечікують неприємний день чи два біля туалету, а потім одужують самі. У найсерйозніших випадках, коли бактерії поширюються за межі кишечника, ефективні антибіотики можуть означати різницю між повним одужанням і серйозним ураженням органів, а то й смертю. Однак за останні два десятиліття з’являється дедалі більше штамів сальмонели та кампілобактеру, стійких до багатьох лікарських засобів, спочатку у тварин, а потім і у людей.

«Сальмонела – це погано. А стійка до лікарських засобів сальмонела – це дуже погано», – каже епідеміолог Центрів з контролю та профілактики захворювань Том Чиллер, фахівець зі зв’язків цього медичного відомства з Національною системою моніторингу стійкості до антибіотиків, спільним дітищем Міністерства сільського господарства США та ветеринарної служби Управління з контролю за якістю харчових продуктів та медикаментів. За повідомленнями Чиллера, кількість випадків тяжких форм сальмонельозу, стійких до багатьох лікарських засобів, просто злетіла в 1990-х, досягнувши піку в 2000 році, коли на них припадало близько 40 % від загального рівня поширеності цієї хвороби. Відтоді зростання зосередилося на найстійкіших штамах, несприйнятливих до дев’яти і більше ефективних раніше препаратів. Загадковим та небезпечним чином ці супермікроби мають тенденцію викликати більш агресивні інфекції, ураження органів та смерть, навіть коли лікарі застосовують ефективні антибіотики.

«Найбільша проблема, – каже Чиллер, – полягає в тому, що ми спостерігаємо збільшення стійкості до наших найважливіших антибіотиків, до двох основних класів препаратів, які будь-який лікар захоче використати проти цих інфекцій». Перший клас – це фторхінолони, такі як ципрофлоксацин (ципро); другий – цефалоспорини. Якщо тільки вони не зустрінуться зі стійкістю, ципро та інші «флоксацини» є, безумовно, найефективнішими засобами лікування від тяжких форм сальмонельозу та кампілобактерних інфекцій. Правда, у лікуванні дітей лікарі зазвичай віддають перевагу цефалоспоринам через побоювання щодо токсичності фторхінолонів, особливо стосовно не до кінця сформованих кісток, зв’язок та нервової системи дитини.

«Це не той тип стійкості, який хоче бачити лікар тяжкохворого пацієнта», – каже Чиллер. Заклики до уряду вжити якихось заходів почастішали у 2003-му, коли моніторинг показав, що стійкість до ципрофлоксацину підскочила приблизно до 15 % усіх кампілобактерів, що заражають курчат та яйця на полицях супермаркетів. Це підштовхнуло Управління з контролю за якістю харчових продуктів та медикаментів заборонити в 2005 році використання на птахофермах енрофлоксацину (ципрофлоксацину для тварин). Цей крок (перший раз, коли американський уряд вилучив якийсь антибіотик із тваринницького ринку) став етапним у нестабільній кампанії проти суперечливої практики тваринництва США з використання антибіотиків із тих же родин препаратів, що активно застосовуються і в людській медицині.

Ще більші занепокоєння спричинила підозра, що всі ці тонни антибіотиків, згодовуваних тваринам, підживлюють канал генів резистентності від їхньої мікрофлори до нашої. За словами Чиллера, доводиться визнати, що на кожну сальмонелу чи кампілобактер, від якої хтось хворіє, припадає постійний рух від ферми до виделки сотень, а то й мільйонів зазвичай нешкідливих бактерій, таких як ентерокок та ентеробактер. «Їм не треба робити нас хворими, аби обмінятися генами з іншими бактеріями в нашому кишковому тракті».

Але, хоча логічні й побічні докази підтримують такий сценарій, тваринництво та фармацевтична промисловість здавна вказують на те, що ніхто ще насправді не задокументував передачу бактерією корови, курки чи свині своїх генів резистентності патогенові людини, крім як у штучних умовах пробірки. «А хто готовий сказати, що не існує іншого обхідного шляху, яким величезний обсяг використання антимікробних препаратів у людей насправді підвищує стійкість у тварин?» – питає ветеринар Річард Карневейл, віце-президент із питань науки Інституту здоров’я тварин. Карневейл указує на дослідження вчених Університету Лома Лінда, за даними яких м’ясоїди носять у собі не більше стійких до лікарських засобів мікробів, аніж вегетаріанці (хоча вегетаріанські добровольці в цих експериментах споживали яйця та молоко). Інші виявили суттєві рівні стійкості до лікарських засобів у бактерій, що заражують м’ясо, позначене як «вирощене без антибіотиків». «Стійкі мікроби можна знайти навіть в оленячих екскрементах, підібраних посеред лісу», – зазначає він.

За словами Чиллера, фактором, який дослідники тільки починають розглядати, що може пояснити деякі з цих очевидних аномалій, є те, що відбувається з тоннами антибіотиків, які щороку виділяються з організмів сільськогосподарських тварин. Дослідження показують, наприклад, що колообіг фермерського господарства поширює антибіотики в ґрунтові води та річки. Було б також нелогічно, додає він, припускати, що різке зростання чисельності стійких бактерій, яке спостерігається на полицях супермаркетів, переходить від людей до худоби, але не навпаки. «Наскільки мені відомо, їх нами ніхто не годує», – каже він.

Кілька досліджень надають вагомі побічні докази перенесення стійкості до лікарських засобів від худоби до людини. Восени та взимку 1999–2000 років, наприклад, епідеміологи вивчали спалах високорезистентних інфекцій сечовивідних шляхів серед студенток Каліфорнійського університету в Берклі. Пошук відбитків ДНК показав, що ці інфекції походять від того самого клону (унікального підштаму) кишкової бактерії E. coli. Це сказало дослідникам, що E. coli надходила зі спільного джерела. Оскільки мало які з цих хворих студенток жили в одній кімнаті чи хоча б знали одна одну, учені дійшли висновку, що джерелом має бути заражена їжа. Коли ж дослідники виявили, що той самий клон викликав інфекції також у Мічиґані та Міннесоті між 1996 і 1999 роками, вони усвідомили, що зараження їжі було не окремим випадком, а, ймовірно, йшло від кишкової палички великої рогатої худоби, що розповсюджувалась по всій країні в яловичині.

За іронією долі, одні з найвагоміших доказів переходу небезпечних генів резистентності від худоби до людини надійшли від катастрофи, викликаної першими спробами європейців обмежити використання антибіотиків у тваринництві. Ще в 1960-х роках британські лікарі тиснули на свій уряд з метою дослідити роль, яку антибіотики для тварин відіграють у спричиненні дедалі більшої кількості стійких до лікарських засобів заражень сальмонелою та кампілобактером, що спостерігалися в їхніх медичних центрах та лікарнях. Результатом стала доповідь Комісії Свонна 1969 року, що показала чітку кореляцію між антибіотиками сприяння росту і зростанням рівня резистентних бактерій в організмах забитих тварин, а також історичне збільшення стійких до лікарських засобів заражень сальмонелою в людей. У відповідь британський уряд заборонив використання у своїй сільськогосподарській промисловості в малих дозах із «харчовою» метою будь-якого класу антибіотиків, що вже використовуються в людській медицині. Більша частина Західної Європи зробила те саме, прагнучи зберегти ефективність медичних антибіотиків.

У результаті тваринницька галузь перейшла на другорядні препарати, що вважалися непридатними для людей через перестороги щодо їхньої токсичності або поганої всмоктуваності. Головними серед них були глікопептиди – родина антибіотиків, до якої належить ванкоміцин. На той час мало хто уявляв собі, що в подальші десятиліття цей клас препаратів стане останньою надією лікарень перед зростанням епідемії метицилін-резистентних інфекцій. На їхній превеликий подив, коли європейські лікарі вперше застосували ванкоміцин наприкінці 1980-х років, то виявили, що резистентність до нього вже поширена серед кишкових бактерій різних верств населення. Наступні дослідження показали, що мільйони європейців ходили з ВРЕ, що несли в собі гени резистентності до ванкоміцину, практично ідентичні виявленим у кишкових бактеріях курей та свиней, вирощених на авопарцині, ще одному глікопептидному антибіотику, майже хімічному близнюкові ванкоміцину.

Хоча жоден свідок і не спостерігав передачі генів від худоби до людей, докази були беззаперечними. Натомість у Сполучених Штатах та Канаді, де фермери не використовували авопарцин (бо мали багато інших доступних їм антибіотиків), ВРЕ в людей залишався рідкісним, якщо взагалі зустрічався, крім як у пацієнтів лікарень. З точки зору мікробіологів, цікавим було те, що види ВРЕ в організмах європейців помітно відрізнялися від тих, що населяли їхніх сільськогосподарських тварин. Гени ж резистентності продемонстрували майже ідеальну подібність. Іншими словами, кишкові бактерії тварин не заражували людей; мікроби худоби просто поширювали свої гени, проходячи через кишковий тракт людини.

Данія, перша європейська країна, що заборонила авопарцин у 1995 році, побачила негайне зменшення чисельності ванкоміцин-резистентних бактерій у домашній птиці, однак їхня поширеність у свиней не змінилася. Проблемою виявилась перехресна резистентність. У кишкових бактерій свиней гени резистентності до ванкоміцину розміщувалися поряд із геном, що передає резистентність до ще одного антибіотика тилозину. Коли данський уряд додав тилозин до заборони факторів росту, це принесло бажане зменшення резистентності до ванкоміцину в бактерій, що заражують свинину. У 1996-му приклад Данії наслідували Німеччина, Бельгія та Нідерланди. За наступні п’ять років клінічні дослідження показали, що загальна поширеність ВРЕ серед європейського населення зменшилася вдвічі, з приблизно 12 до 6 %, але до доавопарцинового рівня вже не повернулась.

У 1999-му Європейський Союз наказав повністю припинити використання антибіотиків як фактора росту худоби й наклав заборону, що входила в дію поступово впродовж наступних семи років. Приводом для такого радикального кроку стало те, що німецькі дослідники перевірили ефективність синерциду, перспективного нового препарату від зараження ВРЕ, і зіткнулися з поширеною резистентністю одночасно у хворих і здорових добровольців. Як і ванкоміцин, синерцид походив із класу препаратів, що мало використовувався в людській медицині (стрептограмінів), але мав попит як фактор росту худоби.

Того самого року в Сполучених Штатах Америки співробітники ЦКПЗ виявили стійкість до синерциду майже в 90 % ентерококових бактерій, що заражують магазинну курятину, та 12 % ентерококу, виділеного в здорових добровольців. Дослідники попереджали, що використання синерциду у хворих швидко доведе ці 12 % до рівня, зафіксованого в худоби. Підтверджуючи ці передбачення, 2006 року дослідники з Управління охорони здоров’я Міннесоти повідомили, що вони зіткнулися зі стійкістю до синерциду в 40 % ентерококу, виділеного в людей, що або мали справу з сирою птицею, або їли багато курятини. Натомість у контрольній групі з 65 вегетаріанців вони такої стійкості не виявили.

Сьогодні канадські й американські відомства з охорони здоров’я та сільського господарства все ще намагаються ввести обмеження на сільськогосподарські антибіотики, щоб принаймні якось посприяти балансу економіки та громадській безпеці. Дехто вже попередив, що північноамериканській галузі тваринництва – з її акцентом на великомасштабному промисловому господарюванні та низькою рентабельністю – буде важче пристосуватися до будь-якої заборони на антибіотики, що сприяють росту, ніж меншим господарствам, типовим для Європи. Крім того, промислові групи швидко вказали на випадки, у яких європейська заборона на малі дози антибіотиків у годівлі здорових тварин призвела до збільшення кількості інфекцій, що потребують лікування вищими дозами, потенційно збільшуючи загальний обсяг препаратів, згодовуваних тваринам.

Парадокс антибіотиків

У своєму маніфесті небезпек неправильного та надмірного використання антибіотиків 2001 року «Парадокс антибіотиків» Стюарт Леві попереджав, що за самою своєю природою ці препарати сіють сім’я власного знищення. На час публікації цієї книжки Леві вже став просто-таки іконним медіапророком відчаю й зневіри, а його вуса й риси обличчя в стилі Ґраучо Маркса та яскраві краватки-метелики встигли примелькатися глядачам у випусках теленовин. І його попередження вже справджуються: стійкі до лікарських засобів бактеріальні інфекції сьогодні вбивають десятки тисячі американців щороку, і це в країні, де гроші не є проблемою при виборі рятівного антибіотика. Леві стверджує, що, хоча обачливе використання й подовжує ефективність антибіотиків, ці препарати є в кращому разі короткостроковим рішенням давньої проблеми інфекційних хвороб.

Частина. V. Бити не сильніше, а розумніше

КОРОТКА ІСТОРІЯ МЕДИЦИНИ

• 2000 р. до н. е. – З’їж оцей корінець.

• 1000 р. н. е. – Ті корінці – дикунство. Прочитай оцю молитву.

• 1850 р. – Ті молитви – забобони. Випий оцю мікстуру.

• 1920 р. – Ті мікстури – шарлатанство. Проковтни оцю пігулку.

• 1945 р. – Ті пігулки неефективні. Прийми оцей пеніцилін.

• 1955 р. – Овва… мікроби стали стійкими. Прийми оцей тетрациклін.

• 1957–2007 рр. – Ще 42 «овва»… Візьми оцей потужніший антибіотик.

• 20?? р. – Мікроби перемогли! З’їж оцей корінець.

Автор невідомий

Старі добрі часи?

У самісінький розпал Громадянської війни в США, прослуживши в армії Півночі заледве рік, двадцятисемирічний Валентин Келлер, невисокий на зріст, слабосилий кравець із Огайо, демобілізувався за станом здоров’я. «Нездатний ходити без допомоги милиць, та й то лише з сильним болем», – написав у виписному епікризі лікар, відзначивши також приглушені звуки дихання, найімовірніше через «плеврит» (рідину навколо легень). Як і дуже багатьох його товаришів по зброї, інвалідом Келлера зробила не куля чи багнет, а інфекція. Скалічений, нездатний працювати і змучений постійним болем, у сорок один рік він помре від «водянки» (застійної серцевої недостатності, що, можливо, походила від перенесеного в дитинстві черевного тифу або ревматичної лихоманки).

Вивчаючи проблеми, створені нашою війною з мікробами, ми часто ризикуємо припустити, що людству краще жилося в ті століття, коли покращення санітарних умов та антибіотики ще не підірвали наших «природних» стосунків з мікроорганізмами. Нинішній рух проти вакцин великою мірою базується у своїх аргументах на тому, що, позбавляючи дітей поширених колись інфекцій на кшталт кору, свинки та вітрянки, ми робимо їх більш уразливими до хвороб, ніж були їхні простіші в цьому плані предки. Навіть медичні фахівці починають ставити собі питання: а чи не підмінила сучасна медицина у своєму прагненні подовжити життя людей якість кількістю, даруючи нам не «золоті роки», а, на жаль, безсилі. У 1980-х та 1990-х роках страхи щодо можливого фінансового тягаря, який це покладе на суспільство, підштовхнули зайнятись цією темою багатьох економістів.

Провідною серед цих економістів була команда Нобелівського лауреата Роберта Фоґеля та його протеже Дори Кости. Попереднє десятиліття вони провели, вивчаючи наше найбагатше джерело інформації про здоров’я американців XIX століття – медичну документацію армії Півночі та її ветеранів Громадянської війни. Мабуть, найсумнішу картину змальовують у цьому плані дані медоглядів призовників, які показують, що, попри нестачу людських ресурсів, армія мусила відправляти додому десятки тисяч підлітків і молодих людей як надто хворобливих та непридатних для служби. Причини деяких їхніх недуг простежувались до дитячої праці в епоху, коли ще не було ухвалено закони про її заборону. Але значно більша кількість проростала з дитячих хвороб, таких як кір, черевний тиф та ревматична лихоманка, що призводили до поширення плевриту, водянки та ревматизму (запального артриту).

Ті ж, хто медогляд проходив (армії обох сторін людьми особливо не гребували, приймаючи напівсліпих та тих, хто мав нетримання), у тісняві окопів та військових таборів стикалися з іще більш смертоносними хворобами. Половина з 620 тисяч жертв Громадянської війни померли саме від хвороб, найгіршими з яких були почергові спалахи кору, дифтерії, черевного тифу та стрептококових інфекцій. Данина ж, покладена на тих, які вижили, стає зрозумілою з підготовленого Костою огляду медичних карток ветеранів: кожна лихоманка, яку переживав солдат під час війни, різко збільшувала його ризик захворіти на атеросклероз (затвердіння артерій) у середньому віці. Солдати, що переносили черевний тиф або ревматичну лихоманку, згодом частіше страждали від пороків серцевих клапанів та артриту. А туберкульоз робив їх більш схильними до хронічних респіраторних проблем.

«Через різні хронічні стани ветерани армії Півночі ставали інвалідами вже до п’ятдесяти років», – каже Коста. З точки зору загального здоров’я й рухомості, додає вона, «п’ятдесятирічний ветеран Громадянської війни 1890-го нагадував своїх сімдесятип’ятирічних нащадків сьогодні». Майже половина ветеранів у віці від п’ятдесяти до шістдесяти п’яти років страждали від болісного артриту, у порівнянні з 10 % чоловіків того ж віку в наші дні. Майже третина мала шуми в серці, а кожен п’ятий – порок клапанів, ушкодження легень або те й інше – розлади, що уражують менше ніж 5 % їхніх нащадків того самого віку сьогодні. Із цього Коста робить висновок, що у XX столітті здоров’я людей похилого віку в Сполучених Штатах помітно покращилося, геть не нагадуючи «на жаль, безсилих».

Наступне відкриття походить від поміченої Костою цікавої різниці в рівнях виживання між солдатами, що виросли в місті, і їхніми товаришами з села. Міські хлопці виживали при епідеміях військового часу в значно більшій кількості, ніж сільські. Однак, виживши і ставши ветеранами, сільські хлопці жили в середньому на кілька років довше. Обидва ці ефекти є результатом більшого тягаря інфекцій, від якого страждали діти в переповнених міських нетрях XIX століття: ті, кому щастило вижити, потрапляли на війну як мінімум із частковим імунітетом до мікробів, що лютували в тісняві військових умов; але їхня більша тривалість тягаря інфекцій збирала свою данину пізніше. Кілька нещодавніх досліджень підтвердили наявність тут прямого зв’язку: чим більше інфекцій переносить та чи інша особа, тим більша ймовірність у неї артриту, серцево-судинних захворювань, інсульту і навіть раку в середньому віці. І причиною цього зв’язку є запалення, що зберігається ще довго після того, як минеться сама інфекція.

Далеке від того, щоб бути універсально «поганим», запалення просто відображує імунну систему в стані підвищеної бойової готовності – озброєну й готову до відбиття наступного агресора. Але, подібно до нервових поліцейських на вулиці, ті самі запальні клітини й хімікати мають тенденцію стріляти по всіх без розбору, тобто по здорових тканинах. Спричинена в результаті шкода може мати безліч форм, від болю при запальному артриті до рубцювання кровоносних судин при атеросклерозі.

Що ж до тих, хто називає постійні інфекції «природними», то вони помилково зосереджуються на малій частині людської історії відразу після появи цивілізації десь так із п’ять тисяч років тому. Як уже згадувалося в частині І цієї книжки, нова цивілізаційна динаміка скупченості й осілості посприяла появі мікробів, що знесилювали та вбивали їхніх господарів. А щодо чверті мільйона років, які наш вид провів здебільшого без заражень від людини до людини, то сьогодні ми бачимо відображення цього доцивілізаційного стану в останніх кочових племенах басейну Амазонки, що продовжують жити у кам’яній добі.

Фотографії та дані медичних обстежень цих амазонців на кшталт племені нукак-маку свідчать про їхнє міцне здоров’я – Божий дар, що втрачається в лічені тижні, якщо забрати їх із рідного дощового лісу. Антропологи шоковані тим, як легко нукак-маку хворіють, стикаючись із серйозними інфекціями не лише від контакту з селянами, але й навіть від нібито нешкідливих мікробів у ґрунті навколо постійних поселень. Причиною такої надзвичайної чутливості до інфекцій є не лише відсутність у них попереднього контакту з мікробами цивілізації. Нещодавні дослідження підказують, що в середовищі, де смертоносні інфекції залишаються рідкісними, природний відбір сприяє м’якій (толерантній) імунній відповіді, бо вона знижує ризик викидня у жінки в цілих шістнадцять разів. Адже ембріон, що дозріває в утробі матері зрештою є «чужоземним загарбником», і успіх вагітності вимагає від імунної системи величезної толерантності.

Натомість життя в громадах, де часто потерпають від різних інфекцій, значною мірою сприяє виживанню дітей, генетично пристосованих для жорсткої й потужної запальної відповіді. Підвищений ризик викидня стає незначною ціною, яку доводиться платити за вищі шанси, що дитина доживе як мінімум до репродуктивного віку. У такий спосіб десь із п’ять тисяч років цивілізації та супутніх їй пошестей додали «цивілізованій» імунній системі високий ступінь агресивності, невід’ємної агресивності, що тільки посилюється великими й малими інфекціями.

Грубо кажучи, покращення санітарних умов, антибіотики та щеплення дітей частково відновили доцивілізаційний стан здоров’я людства, різко зменшивши життєвий тягар пов’язаного з хворобами запалення типової людини. Але зробили вони це без зміни генетичних підвалин наших агресивних імунних систем. А у випадку покращення санітарних умов та антибіотиків вони зробили це, повимітавши разом із хвороботворними запальними мікробами ще й нешкідливі для життя та імунозаспокійливі. Результатом, схоже, стало переспрямування імунної агресивності на «уявні» загрози з боку алергенів, а то й власних здорових клітин тіла.

Отже, виходить, що перед нами сьогодні стоїть завдання не відмовитись від покращення санітарних умов та антибіотиків, а зберегти їхню ефективність і виправити побічні ефекти. Особливо складним це завдання є щодо антибіотиків, якщо врахувати, що неминучим наслідком їх використання є резистентність. По суті, багато фармацевтичних компаній, неодноразово обпікшись об розвиток стійкості до їхніх найновіших препаратів, вирішили припинити цю боротьбу. Натомість лікарі й науковці Товариства інфекційних хвороб Америки домагались від уряду США виділити щедрі дослідницькі гранти та податкові канікули, необхідні для повернення фармацевтичних компаній до сумнівно прибуткового бізнесу відкриття антибіотиків. «Хто захоче вкладати мільйони доларів у розробку нового препарату, широке застосування якого гарантовано зробить його неефективним?» – питає президент Товариства Мартін Блейзер. Слушно також буде спитати, чи не продовжить оживлення розробки антибіотиків той самий шлях, що вже привів до нинішньої кризи зі стійкістю до лікарських засобів. Чи достатньо ми навчились на досвіді п’ятдесяти років марнування ефективності наших антибіотиків, аби змінити підхід до розробки й застосування цих диво-препаратів?

Профілактичні антибіотики: що менше, то краще

Хоча лікарі й пацієнти галасливо вимагають новіших та потужніших антибіотиків, зрозумілим є те, що ми поки не навчились відповідально використовувати вже наявні препарати. Наприклад, ми знаємо, що чим менше їх використовуємо, тим довше вони залишатимуться ефективними. Однак два десятиліття залякування лікарів з метою обмежити «зловживання антибіотиками» принесли не надто добрі результати. Основним предметом суперечки є вперта й стійка практика тримати здорових, але чутливих до інфекцій пацієнтів на профілактичних (превентивних) антибіотиках місяцями, а то й роками поспіль – хоч і відомо, що вони поширюють стійкість до лікарських засобів у мікрофлорі пацієнтів і навіть їхніх родин. 1999 року Американська академія педіатрії почала активно відраджувати своїх членів від звички призначати чутливим до вушних інфекцій немовлятам та дошкільнятам щоденне прийняття амоксициліну. Однак дерматологи все ще нерідко призначають тривалі курси антибіотиків для полегшення підліткам чутливості до прищів, а гінекологи часто роблять те саме для жінок, схильних до інфекцій сечостатевої системи.

Додайте до цього дедалі більшу популярність антибіотиків через їхні протизапальні ефекти в лікуванні небактеріальних хвороб, таких як астма, ревматоїдний артрит, навіть обсесивно-компульсивний розлад. Популярність цього підходу підскочила в 1990-х роках після відкриття, що декілька класів антибіотиків, серед яких тетрацикліни та макроліди, якимось чином заглушають запальну активність клітин-солдатів імунної системи. Але, оскільки антибіотики не лікують глибинних причин цих розладів, їхня ефективність залежить від безперервного, навіть довічного застосування.

Кардіологи, у свою чергу, виявили великий інтерес до використання антибіотиків для лікування атеросклерозу (закупорки артерій), який ми сьогодні знаємо як запальне захворювання. Запалення може походити від зовсім невеликої кількості бактерій, що заблукали з рота й дихальних шляхів і опинились у неактивній формі у вистилці наших кровоносних судин. Ніхто не знає, чому імунна система одних людей ігнорує ці зазвичай нешкідливі бактерії, тоді як в інших відповідає запаленням, що закупорює артерії. У будь-якому разі в 1990-х роках багато кардіологів почали призначати своїм пацієнтам антибіотики в надії вилікувати серцево-судинні захворювання. У 2005-му ця практика здебільшого припинилася, коли два великі дослідження показали, що антибіотики ані знищують бактерії, ані знижують ризик серцевого нападу. Проте ці дослідження залишили відкритою можливість, що довші курси більш потужних антибіотиків усе ж здатні дати бажаний ефект. Якщо такий ефективний режим прийому буде знайдено – а декілька компаній уже будують на цьому розрахунки своєї частки прибутку, – результатом можуть стати десятки мільйонів людей середнього віку, що міцно сидять на антибіотиках у самих лише Сполучених Штатах.

Учені, занепокоєні стійкістю до лікарських засобів, попереджають, що таке дедалі ширше використання матиме жахливі наслідки. Але більшість лікарів опираються самій думці про обмеження в плані того, що саме і кому вони можуть призначати. Якщо коротко, полегшення прищів, що заважають жити, в одного пацієнта або зниження ризику інфаркту в іншого зазвичай переважує нібито далеку загрозу сприяння небезпечній стійкості до лікарських засобів – принаймні допоки лікар не починає втрачати пацієнтів через якусь із нездоланних бактеріальних інфекцій, що сьогодні вбивають понад чотирнадцять тисяч американців на рік.

Лікарі цілком можуть почуватися несправедливо звинуваченими у «зловживанні» антибіотиками, адже на їхні рецепти щороку припадає менш ніж половина продажів цих препаратів. «Навіть якщо ми різко зменшимо кількість наших призначень, через усі ці антибіотики в кормах для тварин резистентність усе одно нікуди не подінеться», – стверджує Джим Кінг, президент Американської академії сімейних лікарів, який має приватну лікарську практику в Селмері, штат Теннессі. На підтримку його аргументу нещодавні дослідження показують, що стійкі до лікарських засобів бактерії, поширені у великих тваринницьких господарствах, не лише дістають нас у м’ясі та яйцях, але й витікають із ферм зі стічними водами та дощем, потрапляючи до наших річок та водосховищ. Проте зрозуміло, що найбільш безпосередньо антибіотики впливають на нас – тобто наших резидентних мікробів, – коли ми ковтаємо або ще якось вводимо їх до нашого організму у вигляді концентрованих препаратів. Тут фахівці виділяють кілька дієвих способів, якими лікарі можуть різко зменшити вплив на пацієнтів:

• Позбутись непотрібних призначень. Безумовно, лікарі в наш час менш охоче, ніж іще десятиліття тому, призначають антибіотики, коли ті геть не потрібні, тобто за таких станів, як вірусні інфекції, що просто не реагують на ці препарати. Однак на непотрібні рецепти все ще припадає близько третини всіх антибіотиків, які ми приймаємо. Дослідження за дослідженням, лікарі стверджують, що головною причиною, чому вони призначають антибіотики без потреби, є «наполягання пацієнта». За цими дивними словами (дивними, бо хворі нібито тримають своїх лікарів у кулаці) стоїть визнання, що лікарі вважають простішим нашкрябати призначення, ніж пояснити пацієнтові, що антибіотики працюють лише проти живих організмів, таких як бактерії, а не проти вірусів – збудників більшості респіраторних інфекцій, серед яких застуди та грип. «Іноді легше просто виписати пацієнтові те, що він хоче, – визнає Кінг. – Легше, хоч і явно неправильно».

• Швидше знімати пацієнтів з антибіотиків. 2006 року команда амстердамських лікарів виявила, що стандартне призначення для лікування бактеріальної пневмонії – десять днів на амоксициліні – приблизно на сім днів затягнуте. Вони переконалися, що три дні працюють для позбавлення від інфекції не менш ефективно, розвінчуючи міф, що після коротших курсів найстійкіші мікроби можуть залишитись і спричинити резистентні рецидивні інфекції. Ще більш дивним, мабуть, є те, що донедавна ніхто не ставив під сумнів стандартну тривалість лікування антибіотиками цієї та багатьох інших поширених бактеріальних інфекцій. «Багато такого робили радше за традицією, аніж із вагомих підстав», – каже Кертіс Донскі з Університету Кейс Вестерн. Хороші новини в тому, що голландське дослідження підказало понад десяток аналогічних переоцінок. «У всіх дослідженнях, відомих на цей момент, – каже Донскі, – пацієнти почувалися так само добре й після коротших курсів антибіотиків». Донскі додає, що на широке запровадження рекомендацій нової практики можуть піти роки, попереджаючи, що пацієнтам усе одно нерозумно вирішувати такі питання на власний розсуд: у разі неадекватного лікування якісь глибоко вкорінені інфекції можуть повернутись у тяжчій формі.

• Використовувати менш руйнівні препарати. «Антибіотик, призначений для лікування тієї чи іншої інфекції, проникає в усі куточки організму, сприяючи бактеріям із резистентністю та змінюючи нашу мікроекологію, можливо, назавжди», – попереджає президент Товариства інфекційних хвороб Блейзер, який також обіймає посаду головного лікаря Медичного центру Нью-Йоркського університету. Найгіршими злочинцями в цьому є так звані антибіотики широкого спектра, що вже давно розхвалюються фармацевтичними компаніями за їхню здатність зупиняти практично будь-який різновид бактеріальної інфекції. Більш лагідними для мікрофлори – а отже, такими, що рідше породжують резистентність, – є лікарські засоби вужчого спектра, на кшталт давніше відомих пеніцилінів та еритроміцинів (макролідів), що здатні знищувати такий мікроб, як Streptococcus pyogenes, збудник стрептококового запалення горла, водночас залишаючи сторонні бактерії відносно неушкодженими. На жаль, лікарі сьогодні значно частіше, ніж десять-п’ятнадцять років тому, хапаються за потужну зброю препаратів від усіх хвороб, з огляду на їхню зручність і потужне просування фармацевтичних компаній. Як стверджують фахівці з резистентності, ця тривожна тенденція нівелювала прогрес у переконанні лікарів виписувати загалом менше препаратів.

Суть проблеми, додає Кінг, полягає в тому, що виявлення конкретної бактерії, яка викликає інфекцію, та визначення її чутливості до лікарських засобів потребує часу й зусиль. «У завантаженій приватній практиці просто немає можливості вирощувати культури для виявлення кожного організму, що викликає інфекцію», – пояснює він. На культивування того чи іншого організму з мазка із зіва або зразка сечі, наприклад, зазвичай потрібно від доби до двох, а перевірка на чутливість до лікарських засобів може зайняти ще день.

«Ніхто не буде цим займатись, – каже Кінг. – Як лікар, я радше доберу антибіотик, що, з мого досвіду, добре працює». В ідеалі, додає він, відповідальний лікар пропише препарат найвужчого спектра, здатний подолати цей тип інфекції, а потім, якщо пацієнтові за день чи два не покращає, переведе його на потужніші ліки. «Але іноді простіше зразу прописати засіб широкого спектра й не забивати собі голову подальшими діями», – зізнається він.

Така звичка «спочатку стріляти, а потім цілитись» стає більш виправданою в лікарнях, де від швидкого застосування ефективного антибіотика залежить життя пацієнта. Але застосування антибіотиків широкого спектра в реанімаціях несе із собою значно більший ризик – підрив нормальної мікрофлори тіла і запрошення до вторгнення внутрішньолікарняних супермікробів. З огляду на все вищесказане, фахівці з резистентності погоджуються, що розробка швидкої точкової діагностики стане ключем до реформування практики призначення лікарських засобів.

Наведення на ворога

Восени 2005 року акушер лікарні при Флоридському університеті Родні Едвардс передав своїм медсестрам із пологового відділення нову іграшку – апарат для ампліфікації генів, здатний виявляти відбитки ДНК швидше за будь-що в найпросунутішій лабораторії судово-медичної експертизи. «Вони були в захваті», – каже Едвардс про ентузіазм, з яким медсестри підійшли до завдання, що полягало у швидкому виявленні присутності Streptococcus agalactiae (стрептококу групи B) у пологових шляхах породіль. Цей мікроб є частиною нормальної кишкової мікрофлори, а у 20–40 % жінок ще й частиною вагінальної мікрофлори. Шкідливий він лише для новонародженого під час пологів. Приблизно в кожного сотого немовляти, зараженого стрептококами групи B, розвивається небезпечне для життя зараження крові або спинномозкової рідини. Тому акушери в плановому порядку перевіряють жінок на ці бактерії між тридцять п’ятим і тридцять сьомим тижнями вагітності, відправляючи вагінальні мазки до лабораторії для триденного вирощування культури й призначаючи тим, у кого виявлено позитивний результат, приймання антибіотиків до кінця пологів.

Проблема в тому, що багато жінок потрапляють до пологової палати без результатів аналізу на стрептококи групи B, часто через передчасні пологи, затримки даних культури, загублені папери або відсутність базового спостереження за вагітною. Відповідно, акушерам доводиться щороку без потреби призначати мільйонам вагітних жінок (а отже, і їхнім дітям) антибіотики для захисту від бактерії, якої більшість жінок узагалі не має. А це піддає жінок та новонароджених ризику підхопити стійкі до лікарських засобів внутрішньолікарняні інфекції.

Апарат, який Едвардс передав своїм медсестрам для тестування впродовж 2005 та 2006 років, дає можливість змінити цю ситуацію. Сестра обережно бере мазок із піхви жінки, вставляє кінчик тампона з мазком у невеликий картридж, впорскує заздалегідь відміряну дозу «Реагенту 1» в отвір із позначкою «Порт 1», а «Реагенту 2» – в «Порт 2», після чого вставляє цей картридж в один із чотирьох входів на поверхні робочого столу ампліфікатора генів. Загальний час отримання та обробки зразка складає дві хвилини. Час отримання результатів – одна година.

«Я дійсно вважаю, що це шлях до майбутнього, хоча, можливо, він і не підійде для перевірки геть усіх», – каже Едвардс, який тестував експериментальний, вартістю в 40 тисяч доларів ДНК-аналізатор під назвою GeneXpert для компанії Cepheid Diagnostics. Хоча в теорії цей пристрій здатний ампліфікувати й виявити характерну ДНК будь-якої кількості мікробів (а також їхні гени резистентності до лікарських засобів), дозвіл Управління з контролю за якістю харчових продуктів та медикаментів наразі мають лише два такі тести «ПЛР у реальному часі» (швидкої ампліфікації генів). Той, що опановував Едвардс, схвалений у середині 2006 року. Другий, двогодинний тест на стафілокок, дозволяє швидкій діагностиці зробити життєво важливий крок далі, доповнюючи результати даними про чутливість до препарату: це не лише говорить лікарям, чи має пацієнт Staphylococcus aureus, але й показує, чи є той метицилін-резистентним, на кшталт понад половини всіх стафілококових інфекцій у багатьох великих медичних центрах. Коли лікарям доводиться визначати це старомодним способом (вирощуючи бактеріальну культуру дуже подібно до того, як робив би Пастер століття тому, а потім перевіряючи її на тлі різноманітних антибіотиків), отримання результатів може займати до трьох днів – днів, під час яких лікарі мусять страхуватися від можливих ризиків, використовуючи найпотужніші препарати з їхнього арсеналу.

Багато медичних фахівців називають такі апарати, як GeneXpert, проривом не стільки за їхню здатність виявляти відбитки ДНК, скільки за простоту їх використання. За останні роки схвалення Управління з контролю за якістю продуктів харчування та медикаментів отримали з десяток генетичних аналізів на бактеріальні інфекції. Але до цього часу всі вони потребували тих чи інших складних лабораторних умов для проведення та десь із півдня на отримання кінцевих результатів. «Якщо ми хочемо, аби більше лікарів, особливо дільничних, використовували під час призначення лікарських засобів діагностику, – каже Робертa Кері, фахівець із діагностичної мікробіології ЦКПЗ, – то маємо зробити її настільки простою й надійною, щоб навіть у найгірший день можна було відповісти посеред проведення аналізу на телефонний дзвінок і все одно отримати точні результати. А ще вона має бути швидкою, щоб не відбивати в лікарів охоту її проводити».

Як сімейний лікар, Кінг погоджується: «Я хочу призначати своїм пацієнтам ліки зараз, а не через день чи два». Поки що апарати виявлення ДНК відбитків, такі як GeneXpert від Cepheid, залишаються надто дорогими для використання за межами лікарні, і лікарі загальної практики мають у своєму розпорядженні лише одну практичну кабінетну діагностику – аналіз RapidStrep, що виявляє присутність Streptococcus pyogenes у мазку із зіва приблизно за десять хвилин. Цей аналіз виявляє не ДНК, а великі молекулярні маркери на слизькій капсулі, що вкриває бактерію. За умови належного використання навіть один цей аналіз міг би суттєво зменшити надмірне призначення антибіотиків серед лікарської спільноти, а отже, і рівень стійкості до лікарських засобів.

Також зменшення можна було побачити в результаті нещодавнього експерименту, проведеного в реальних умовах французькими дослідниками. Вони охопили декілька містечок інтенсивними інформаційними кампаніями, націленими на просвіту малюків у дитячих садках, їхніх батьків та лікарів щодо обачного використання антибіотиків, зокрема невикористання цих препаратів у випадках інфекцій горла, якщо тільки швидкий аналіз на антигени не підтвердить присутність Streptococcus pyogenes, єдиної бактерії, що часто викликає болі в горлі (бо переважну більшість із них викликають віруси).

До кінця чотиримісячної просвітницької кампанії використання антибіотиків у місцевих громадах упало майже на 20 %. Навіть більше, дослідники виявили різкий спад небезпечної стійкості до лікарських засобів у ще однієї бактерії горла Streptococcus pneumoniae – головного збудника пневмонії та менінгіту, а також хронічних вушних інфекцій. У громадах, де сумлінне застосування аналізу на стрептококи знизило призначення антибіотиків, частка дітей у дитячих садках зі стійкими до лікарських засобів штамами Streptococcus pneumoniae впала з понад половини до трохи більш як третини.

На жаль, наразі лікарі мають дуже невеликий вибір експрес-методів виявлення антигенів на кшталт десятихвилинного аналізу на стрептококи, оскільки їхня ефективність зазвичай залежить від наявності в бактерії доволі великого й складного антигену на її поверхні. Більшість же бактерій таких молекулярних «бігбордів» не мають.

За словами Майкла Данна, голови Служби клінічних розробок фармацевтичного гіганта Pfizer із Нью-Лондона, штат Коннектикут, більш серйозною проблемою з такими аналізами (хоч на антигени, хоч на характерні гени) є те, що вони не говорять лікарям, що ще може викликати зараження. «У разі ігнорування інших мікробів є ризик, що пацієнт помре не від виявленого аналізом, а від чогось іншого», – пояснює він. Наприклад, заражена стафілококом рана може також бути заражена Streptococcus pyogenes або Pseudomonas aeruginosa, будь-який з них здатний спричинити смертельне зараження крові, якщо їх ігнорувати.

Хоча Данн каже, що хотів би повести дослідження антибіотиків у Pfizer у новому напрямі, далі від препаратів широкого спектра, у бік свого роду «снайперських куль», здатних знищувати конкретні види, він додає, що цього не станеться, доки лікарі не матимуть засобів точної діагностики, що дозволяють виявляти широке коло мікробів та їхню чутливість до лікарських засобів.

Якраз такий апарат у вдалому збігу імен та інтересів описав у статті 2003 року для Journal of Clinical Microbiology інший Майкл Данн, молекулярний мікробіолог із Вашингтонського університету. У своєму, за загальним визнанням, футуристичному нарисі цей другий Данн описує типовий ранок із практики такого собі Джеффрі Лейна, що у 2025-му три роки як закінчив медичну школу. Лейн бере мазок із зіва шістнадцятирічного пацієнта, який скаржиться на сильний біль під час ковтання, головний біль та нудоту. Провівши тампоном по мигдалинах хлопця, Лейн вставляє його кінчик в один кінець свого MyCrobe – пристрою для діагностики інфекційних хвороб, – доволі схожого на апарат, із яким працює персонаж фільму «Зоряний шлях» доктор Леонард «Костоправ» Маккой. У ручку цього пристрою Лейн засовує одну з п’яти касет MyCrobe, що є в його розпорядженні, а саме ту, яка відповідає за інфекції верхніх дихальних шляхів. Внутрішня камера касети заповнена генетичними зондами, специфічними для понад 150 видів бактерій, вірусів та грибків, відомих як збудники таких інфекцій, а також для кількох тисяч бактеріальних генів різних типів вірулентності та стійкості до лікарських засобів. Друга камера цього портативного пристрою містить молекулярні зонди для білків та інших молекул, що виявляють, коли якийсь із цих генів резистентності та вірулентності активно породжує токсини та ферменти, які деактивують лікарські засоби, – ознаку того, що бактерія є не просто стороннім спостерігачем, а активним збудником хвороби. Перш ніж пацієнт залишає кабінет через п’ятнадцять хвилин, цей пристрій реєструє понад дюжину послідовностей ДНК та РНК, специфічних для Streptococcus pyogenes, і виявляє стійкість до пеніцилінів, метицилінів, цефалоспоринів, макролідів та спектограмінів. Ця інформація підказує Лейнові прописати пацієнту старомодний бета-лактамний антибіотик, інгібітор бета-лактамаз.

Від часу виходу нарису Данна дослідники протестували три прототипи такого діагностичного інструмента, і один уже близький до появи на ринку. Перший із них, ДНК-мікрочип, розроблений ученими Ліверморської національної лабораторії імені Лоуренса, штат Каліфорнія, породив загрозу біотероризму. Він одночасно виявляв присутність вісімнадцяти різних смертоносних мікробів та вірусів, серед яких одинадцять різновидів бактерій, від Bacillus anthracis (сибірської виразки) до Yersinia pestis (чуми), за шість годин. Цей мікрочип відзначав присутність гена 16S рРНК кожної бактерії-мішені (видоспецифічної ознаки, яку мікробіологи використовують для сортування змішаних зразків невідомих бактерій; див. частину II). «Для 2002 року це вражало, – каже фахівець із біоінформатики Ліверморської лабораторії Том Слезак. – Але сьогодні ми знаємо, що на більше аналізи 16S рРНК не здатні. У деяких випадках вони навіть не здатні достовірно ідентифікувати види». Ще більшим бар’єром для клінічного використання такого мікрочипа, додає він, була його висока вартість – кожен сеанс коштував кількасот доларів. Однак цей прототип залишається доволі важливим: вартість ДНК-мікрочипів із кожним роком падає, тоді як уже виявлено кращі генетичні мішені, що чекають запровадження в технології наступного покоління.

Друга спроба створити щось на кшталт MyCrobe Данна відбулася в Університеті медицини та стоматології Нью-Джерсі в 2004 році з метою виявити найбільш стійких до лікарських засобів та смертоносних штамів стафілококу. Цей пристрій виявляв присутність у зразку пацієнта шести бактеріальних генів. Перші три підтверджували присутність Staphylococcus aureus, а інші вказували на стійкість до метициліну, ванкоміцину та присутність лейкоцидину Пантона – Валентайна. Менш ніж за три години цей аналіз видавав результат у вигляді низки різнокольорових вогників. Проблема полягала в тому, що блимання цих вогників не говорило дослідникам, де саме містяться гени резистентності, які вони виявляють: усередині Staphylococcus aureus чи якоїсь «сторонньої» бактерії, теж присутньої в зразку. Гени резистентності до метициліну, наприклад, можуть виявлятися в шкірному мікробові Staphylococcus epidermidis, а резистентність до ванкоміцину поширена у внутрішньолікарняних штамів кишкової бактерії ентерококу.

2005 року біотехнологічна компанія з Сан-Дієго GeneOhm почала тестувати пристрій для діагностики на МРЗС другого покоління з елегантним розв’язанням проблеми «який ген у якому мікробові». Її двогодинний аналіз на МРЗС роблять два зчеплені генетичні зонди, один із яких націлений на ділянку ДНК, пов’язану зі стійкістю до метициліну, а другий – на видоспецифічний ген Staphylococcus aureus. Оскільки далеко такий двобічний зонд не дістає, для позитивного результату він мусить знайти обидві мішені на одній хромосомі (тобто в одному мікробові). Після успішних клінічних випробувань цей пристрій виглядав доволі перспективним для схвалення Управлінням з контролю за якістю продуктів харчування та медикаментів у 2007 році.

«Я вірю, що ми зараз стоїмо на порозі прориву в діагностиці, – каже Данн із компанії Pfizer, – у результаті якого може бути знайдено препарати, специфічні не лише для якогось виду, але й для штаму, а то й конкретного організму. Ідея про знищення всіх “хороших” стрептококів у горлі пацієнта під час намагання позбутися лише Streptococcus pyogenes піде в минуле».

Препарати з вимикачами

Тим часом можуть існувати способи дозволити лікарям використовувати їхні антибіотики широкого спектра, хоча б частково зменшивши шкоду цих препаратів. Фінська фармацевтична компанія Ipsat розробила спеціальний фермент «кишкового захисту», що руйнує залишки антибіотиків, перш ніж жовчний міхур виділить їх у товстий кишечник, де мешкає переважна більшість наших природних бактерій. Попередні випробування на тваринах і пацієнтах показують, що цей фермент-деактиватор не знижує ефективності препаратів там, де вони необхідні (у тканинах тіла), але безумовно запобігає звичному збуренню кишкової мікрофлори та виробленню стійкості до лікарських засобів. Наразі ця компанія має ферменти-деактиватори для пеніцилінів, широкого спектра цефалоспоринів та карбапенемів, на які припадає ледь не половина всіх антибіотиків, що їх призначають лікарі. Однак ці ферменти працюють лише з антибіотиками, які вводяться шляхом ін’єкцій або крапельниці, – а це ідеально для пацієнтів лікарні, але не дуже підходить тим, хто приймає прописані ліки через рот.

Для пероральних антибіотиків, що всмоктуються через шлунково-кишковий тракт, завдання прямо протилежне: вони мусять залишатися неактивними, допоки не всмокчуться. Препарати, здатні виконати цей трюк, відомі як «проліки», і серед них – такі знайомі приклади неантибіотиків, як леводопа (лікарський засіб від хвороби Паркінсона, що починає діяти лише після потрапляння до головного мозку) та хіміотерапії від раку, що стають токсичними лише після потрапляння до пухлин. Одні з перших проліків-антибіотиків з’явились на початку 1990-х років, коли біохіміки почали займатися потужними новими препаратами цефалоспорину з метою покращити їх усмоктування, щоб їх можна було приймати у формі пігулок, а не ін’єкцій. Хіміки виявили, що можуть значно поліпшити всмоктування шляхом прикріплення до ділянки більшої молекули цефалоспорину маленької сполуки (ефіру). Подальша робота принесла ефіри, що зручним чином відпадають знову, як тільки препарат потрапляє до кишкової тканини, аби не заважати його дії.

Випадковим побічним результатом стала поява групи препаратів, що не викликають кишкового розладу, тобто різновиду діареї, який провокують антибіотики, коли знищують наші травні бактерії. Виявилося, що деякі проліки-антибіотики мають додаткову перевагу виведення переважно з сечею, а не кишковою жовчю, тому вони оминають кишковий тракт на шляху назовні, як і на шляху всередину. Більша концентрація в сечі також поліпшує їхню ефективність проти інфекцій сечовивідних шляхів.

У Європі, де проліки-антибіотики набули популярності, дослідження підтвердили, що проліки півмецилінам та бакампіцилін мають незначний вплив на резидентні бактерії рота, горла й травного тракту. Півмецилінам є особливо популярним у Швеції, Данії та Норвегії, де його обирають для лікування інфекцій сечовивідних шляхів насамперед завдяки низькому рівню стійкості до нього як до лікарського засобу (що є загальносвітовою проблемою серед жінок, уражених хронічними інфекціями). Однак у Сполучених Штатах проліки-антибіотики поки не представлені і чули про них зовсім небагато лікарів.

Заглушення стійкості

Хоча мінімізація супутньої шкоди антибіотика може сповільнити подальший розвиток стійкості до лікарських засобів, вона не обов’язково розвертає у зворотному напрямку ті небезпечні рівні, які вже ми бачимо сьогодні. Минулих сподівань, що, коли гени резистентності більше не будуть потрібні, бактерії їх позбудуться, уже немає. Ми тепер знаємо, що стійкі до лікарських засобів бактерії можуть доволі добре конкурувати зі своїми нестійкими родичами навіть в організмах людей, що не торкалися антибіотиків місяцями або й роками.

Хоча наївно сподіватися, що колись ми зможемо повернути ті незначні рівні стійкості, що спостерігались до появи пеніциліну, одного дня в нас, можливо, з’являться технології для вибіркового подолання стійкості бактерій ген за геном, інфекція за інфекцією. Один із перспективних шляхів досліджень охоплює плазмідні «блювотні» – хімічні речовини та інші засоби, що спонукають бактерії вивергати з себе ці кружальця змінної ДНК, які часто бувають під зав’язку набиті генами резистентності. Перші спроби позбавити стійкі до багатьох лікарських засобів бактерії їхніх плазмід датуються ще 1970-ми роками, коли мікробіологи тільки починали усвідомлювати, щó ці «фактори резистентності» собою являють. Дослідники виявили, що в лабораторії вони іноді можуть позбавити колонію бактерій її стійкості до лікарських засобів, впливаючи на неї шкідливими хімікатами, такими як акридинові барвники, їдкі детергенти або канцерогенний бромистий етидій.

У той час такі токсичні хімікати здавалися геть неприйнятними для лікування пацієнтів. Але серйозні побічні ефекти деяких нинішніх антибіотиків останньої надії підказали вченим дати згубним для плазмід хімікатам другий шанс. Наприклад, випадкові епілептичні напади, спричинювані антибіотиком іміпенемом, сьогодні вважаються «прийнятним» побічним ефектом у процесі лікування ванкоміцин-резистентного ентерококу або стійких до багатьох лікарських засобів синьогнійної палички та ацинетобактеру. На жаль, жоден такий «лікарський засіб» не працює для всіх або хоча би більшості видів плазмід, а тому багато бактерій потребують їх одразу декількох.

Безпечніший і більш ефективний підхід можуть принести спроби зрозуміти, як саме бактерії передають зібрання плазмід своїм дочірнім клітинам. Як і всі клітини, бактерії розмножуються шляхом поділу, хоча й у значно простіший спосіб, аніж це роблять більші й складніші клітини рослин і тварин. Виходить, плазміди несуть у собі власний генетичний апарат для незалежного розмноження та спадковості. Навіть більше, вони мають тісно контролювати цей процес, аби гарантувати, що плазмід завжди буде достатньо для роздачі наступним поколінням, але не настільки багато, щоб вони стали надто численними всередині будь-якої однієї бактерії.

На думку Пола Герґенротера, довготелесого хіміка-вундеркінда з Іллінойського університету, складність процесу розмноження плазмід дає вченим широкі можливості його зірвати – або змушуючи плазміди «думати», що їх забагато (а отже, згортати розмноження), або підриваючи їхню здатність сортувати копії по дочірніх клітинах. 2004 року дослідницька група Герґенротера зробила перше за допомогою невеликої, схожої на лікарський засіб молекули апраміцину, що імітує сигнал про «забагато плазмід». У присутності цієї молекули всередині клітин E. coli розмноження плазмід резистентності припинялося – і з кожним новим поколінням дочірні клітини мали дедалі менше плазмід для передачі в спадок. Приблизно після 250 поколінь (E. coli розмножується в середньому кожні двадцять хвилин) колонії Герґенротера ставали практично безплазмідними – і повністю чутливими до антибіотиків, що не брали їх ще трьома днями раніше. Зрозуміло, лікарям знадобиться швидший «плазмідний очисник», якщо вони збираються використовувати його у зв’язці з антибіотиками. Але успіх Герґенротера відображує надзвичайно важливий крок у цьому напрямку.

Інша наступальна стратегія передбачає пошук генів, які деякі бактерії використовують для вмикання та вимикання їхніх породжених плазмідами генів резистентності. Такого роду «індуцибельна резистентність» є великою проблемою під час лікування певних типів бактеріальних інфекцій, бо в лабораторії мікроб може демонструвати чутливість до конкретного препарату, а під час лікування пацієнта раптом увімкнути свої гени резистентності. Однак подібні вимикачі являють собою спокусливі нові мішені для препаратів, що дають стійкості зворотний хід. В англійському Бристольському університеті, наприклад, молекулярний біолог Вірве Енне шукає перемикач, який має властивість зменшувати активність усієї плазміди резистентності E. coli. Вмикання цієї конкретної плазміди робить E. coli несприйнятливою до тетрацикліну, ампіциліну, стрептоміцину та сульфаметоксазолу – чотирьох найширше використовуваних антибіотиків у медицині. До початку 2007 року Енне звузила поняття «контрольного перемикача» до однієї з кількох груп генів. Як тільки вона його виділить, їй потрібно буде розшифрувати, якого роду сигнали його вмикають і яким чином ці повідомлення можна блокувати.

Звичайно, плазміди є не єдиним умістилищем генів резистентності. Деякі з цих генів прибувають до бактерії на борту плазміди, лише щоб перескочити на головну хромосому мікроба. Інші виникають шляхом мутації або вводяться в хромосому бактеріофагами (вірусами, що інфікують бактерії) чи кон’югативними транспозонами (різновидом «стрибучого гена»). Великі сподівання в таких ситуаціях покладаються на методи прямого заглушення генів (технологію антизмістовних генів). Ці техніки передбачають штучне конструювання ділянок ДНК з оберненим порядком, що блокують дію генів, які вони дзеркально відображують. Найвідомішим прикладом застосування цієї технології стало комерційно невдале виведення на початку 1990-х років сорту помідорів «Флавр Савр». Генні інженери створили помідор повільного достигання, вводячи антизмістовні гени, що частково блокували гормон достигання, дозволяючи фермерам збирати помідори, коли ті були вже стиглими (і більш смачними), не турбуючись, що вони згниють по дорозі до ринку. Не надто великого покращення смаку виявилось недостатньо, аби переважити дискомфорт споживачів від генномодифікованого «франкенфрукту», але це стало чудовою демонстрацією можливостей антизмістовних технологій.

Приблизно в той самий час, коли відбувся недовгий дебют сорту «Флавр Савр», команда Стюарта Леві з Університету Тафтса почала конструювати антизмістовний ген блокування гена множинної стійкості до антибіотиків, виявленого в багатьох близько споріднених патогенів, серед яких сальмонела (збудник харчових отруєнь), шигела (збудник бактеріальної дизентерії), єрсинія (збудник чуми) і ще понад десяток внутрішньолікарняних патогенів, таких як ентеробактери, цитробактери, серрація та клебсієла. Ген множинної стійкості до антибіотиків є свого роду головним перемикачем для цілої низки генів резистентності, що породжують імунітет до десятків антибіотиків, від старих стандартів, на кшталт тетрацикліну та ампіциліну, до нових надій, таких як норфлоксацин. Леві з колегами поміщували свій антизмістовний ген множинної стійкості до антибіотиків у плазміди, а потім однохвилинним тепловим ударом у 42 °C або електричним розрядом спонукали клітини E. coli їх підбирати. По правді кажучи, це не був практичний метод лікувати бактерії, що викликають інфекцію, але він відкрив перспективний новий шлях досліджень.

Після демонстрації Леві інші вчені досягли аналогічних результатів, спонукаючи бактерії з пробірки підбирати антизмістовні молекули, що розвертали у зворотному напрямку стійкість до ванкоміцину в одному експерименті і до амікацину в іншому. (Доволі токсичний препарат, амікацин найчастіше використовується проти тяжких форм внутрішньолікарняних інфекцій, що є стійкими до всіх інших.) Як і з очищенням від плазмід, майбутній успіх цих спроб залежить від пошуку практичних способів змусити бактерії співпрацювати всередині пацієнтів. Надію дає те, що мікробіологи досліджують кілька методів введення антизмістовних генів у бактеріальні клітини. Наприклад, їх можна запаковувати у фаги або поміщувати всередину жирових частинок, що легко проходять крізь клітинну стінку бактерій.

Стійкість і сільське господарство

Хоча найбільш безпосередньою причиною стійкості до антибіотиків є їхнє надмірне призначення, з’являється дедалі більше доказів, що стійкі бактерії та їхні небезпечні гени дістають нас через м’ясо, яйця та забруднені стоки з тваринницьких господарств. Дедалі ширша коаліція північноамериканських учених, лікарів та споживачів продовжує вимагати від урядів Сполучених Штатів і Канади припинити практику додавання антибіотиків до кормів для худоби з метою прискорити ріст тварин. Європейський Союз прийняв таку заборону ще 2005 року. Але навіть повне припинення використання антибіотиків для сприяння росту все одно залишить нас із проблемою багатотонного згодовування їх поголів’ю для лікування та запобігання поширенню можливих інфекцій. Крім того, як слушно зазначають лобісти тваринницько-фармацевтичної галузі, у деяких випадках європейська заборона на антибіотики сприяння росту призвела до збільшення числа хвороб і терапевтичного використання препаратів.

І яким тут може бути рішення? Ветеринар та фахівець із безпеки харчування Скотт Мак’юен із Ґвельфського університету, який консультує регуляторні органи Канади, відстоює взаємовигідний компроміс. «На нашу думку, прогрес має принести тонший підхід», – каже він. Як консультант Health Canada, еквівалента Управління з контролю за якістю харчових продуктів та медикаментів США, Мак’юен постійно мусить балансувати між промисловим лобі і захистом споживачів. «Як на мене, – каже він, – досвід Європи говорить про те, що існує багато ситуацій, у яких ми могли б різко знизити стійкість мікробів у тварин без значного, а то й узагалі жодного негативного впливу на продуктивність ферм». Для прикладу Мак’юен підкреслює, що припинення згодовування тваринам антибіотиків ближче до зрілості та забивання може дати їхнім організмам шанс заново заселитися менш небезпечними бактеріями без якихось суттєвих змін у темпах їхнього росту або чутливості до хвороб. Натомість коли фермери вперше відлучають поросят від матерів і збирають їх разом у свого роду свинячому дитсадку, без певного превентивного курсу антибіотиків серед них часто починають лютувати респіраторні та шлунково-кишкові інфекції.

Водночас Мак’юен підкреслює, що йонофори, на які припадає добра половина «харчових» антибіотиків, застосовуваних у північноамериканської худоби, не мають жодного відомого або потенційного використання в людській медицині, як і не пов’язуються з перехресною чутливістю до важливих антибіотиків. «Чому б їх і не використовувати? – каже він, спантеличений їх забороною на європейських фермах. – Однак якщо хтось хоче сказати, що слід використовувати як стимулятори росту цефалоспорини або фторхінолони, то він несповна розуму. Ми вже бачили, що до цих класів стійкість виробляється дуже швидко, з явно шкідливими впливами на здоров’я людей». Найкращим компромісом, на думку Мак’юена, наразі може бути політика, прийнята в 2003 році американським гігантом швидкого харчування McDonald’s. Його нові вимоги, що застосовуються до всіх постачальників м’яса по всьому світу, забороняють використання виключно з метою стимуляції росту антибіотиків будь-якого класу, схваленого для людської медицини (активно він використовується чи ні).

Висновок Мак’юена полягає в тому, що, порівняно з людською медициною, обмежити ветеринарне використання антибіотиків – чи для профілактики хвороб, чи для лікування – буде значно складніше. Зрозуміло, ніхто не хоче залишити хворих тварин без лікування, чи то зі співчуття до їхніх страждань, чи то з відрази до споживання ураженого хворобою м’яса. «Тоді починають звучати пропозиції обмежити одні класи препаратів використанням лише у людей, а інші – лише у тварин, – каже він. – Ось тільки це не дуже працює. Погляньмо лишень на приклад авопарцину та ванкоміцину». На його думку, велику частину будь-якого рішення має складати постійний моніторинг, що передбачатиме ведення баз даних про антибіотики, які ветеринари та фермери дають худобі, збирання інформації про різновиди генів резистентності, які проявляються в бактерій, що заражують м’ясо та яйця, а також аналіз клінічно важливої стійкості до лікарських засобів, з якою лікарі стикаються в їхніх пацієнтів. «На сьогодні золотий стандарт моніторингу мають данці, – каже він, – із суворо регульованою системою звітності, де ніщо не потрапляє до свині чи іншої тварини без припису, а потім ця інформація впорядковується по всій країні». Мак’юен визнає, що вартість і практичність роботи такої системи в Канаді та Сполучених Штатах – з їхньою більшою тваринницькою галуззю та плутаниною рецептурних і нерецептурних препаратів для тварин – поки що роблять її недоступною. «Можливо, не назавжди», – каже він. А поки канадський уряд запустив прототип системи моніторингу, що зосереджується на мережі експериментальних ферм та ветеринарних клінік, здатних заздалегідь попередити про стійкість на шляху до обідньої тарілки.

Мак’юен додає, що ми могли б досягти більшого прогресу, повернувшись до традиційних стилів сільського господарства. Дослідження послідовно показують, що тварини, вирощені на невеликих «родинних» фермах, потребують менше антибіотиків і несуть у собі менше стійких бактерій. Однак старі методи ведення господарства нездатні конкурувати з більш економічно вигідним стилем великих тваринницьких підприємств. «Мало хто зі споживачів захоче платити додаткову ціну», – визнає Мак’юен. Врешті-решт, рішення може полягати в пошуку ефективних альтернатив антибіотикам, додає він. І сільське господарство може виграти від новітніх засобів терапії, що сьогодні розробляються в людській медицині.

Не антибіотиками єдиними: нові способи вбивства

Коли вже з хімікатами не виходить, у пригоді стають бактеріофаги. Якщо подивитися на них в електронний мікроскоп, більшість фагів нагадують роздутоголових павуків або місячні модулі. Скорочуючи колінчасті «ноги», вони підводять «хвіст» віруса до клітинної стінки бактерії, крізь яку той вводить гени, що перетворюють клітину на свого роду фабрику фагів. Для порівняння, віруси, що інфікують рослини і тварин, нагадують просто маленькі кульки з генів у білковій оболонці, які приліплюються до клітин і помилково поглинаються.

Більша складність фагів не дивна, адже їхня гонитва озброєнь з бактеріями почалася задовго до появи всіх інших форм життя на Землі, можливо, за кілька мільярдів років. Така довга еволюція може також пояснити, чому фаги стали найбільш розбірливими вірусами у світі. Багато з них інфікують не просто конкретний вид бактерії, але кілька обраних штамів. До появи генетики ця розбірливість дозволяла мікробіологам зручно ідентифікувати й розрізняти бактеріальні штами. Убивця немовлят 1950-х років Staphylococcus aureus 80/81, наприклад, отримав своє маркування через чутливість до фагів 80 та 81 із переліку в понад сотню.

Сьогодні фаги найбільше відомі з заголовків на кшталт «Як ненажерливі радянські віруси врятують світ» (підзаголовок: «Вони їдять стійкі до лікарських засобів бактерії на сніданок») у журналі Wired. Романтична історія відкриття й застосування фагів надихнула цілу купу журнальних статей, документальних телефільмів та книжок, від «Хорошого вірусу» Пітера Радецкі у випуску журналу Discover 1996 року до «Вірусів проти супермікробів» Томаса Гауслера 2006-го.

Історія їх медичного застосування починається 1916 року, коли французько-канадський мікробіолог Фелікс д’Ерелль уперше виділив бактеріофаги у випорожненнях та стічних водах, показавши після цього, що вони ростуть лише всередині бактерій, яких у процесі ефективно вбивають. Того самого року д’Ерелль розробив на основі фагів ліки від шигельозу (бактеріальної дизентерії). Здебільшого проігнорований на Заході, у 1933-му д’Ерелль залишив Єльський університет, аби допомогти одному зі своїх протеже, радянському мікробіологу Георгію Еліаві, створити інститут вивчення бактеріофагів у Тбілісі за щедрої підтримки Сталіна. Хоч Еліава скоро впав у неласку й був розстріляний, фаготерапія чудово почувалася за залізною завісою як дешева альтернатива антибіотикам. Навіть сьогодні росіяни та грузини можуть вільно купити в аптеці фагові ліки від розладу шлунка, інфекцій сечовивідних шляхів та багатьох інших поширених недуг, а Тбіліський інститут бактеріофагів імені Еліави залишається світовим центром фаготерапії. Проблема в тому, що радянський уряд ніколи не виділяв багато грошей на наукові дослідження лікування фагами, і після розпаду СРСР у 1991 році інститут опинився в злиденному стані. Тож вагомих доказів того, що фаготерапія дійсно працює, бракувало.

Своїм поверненням на Захід фаготерапія завдячує здебільшого Александрові «Сандро» Сулаквелідзе, грузинському молекулярному біологові, якого в 1993-му було прийнято на посаду наукового співробітника Медичної школи Мерілендського університету. На той час керівник Сулаквелідзе Ґленн Морріс усіляко намагався взяти під контроль дедалі більше поширення ванкоміцин-резистентного ентерококу в університетських лікарнях Балтимора. «Чому б вам не спробувати фаги?» – запропонував йому Сулаквелідзе.

Як засіб лікування фаги здавалися просто ідеальними: вузько націлені, вони обіцяли бути не надто агресивними для нормальної мікрофлори тіла й абсолютно нешкідливими для людських клітин. І при цьому будь-який забруднений каналізаційними стоками водогін відкривав безмежні можливості виявлення ідеального фага або фагів для лікування будь-якої конкретної інфекції. 1996 року Морріс та Сулаквелідзе почали збирати фагів у бухті Балтимора для лабораторних експериментів та презентації відкриттів на медичних конференціях.

Їхні ідеї викликали інтерес, і це ще слабко сказано. Уже до 2002 року понад два десятки новостворених біотехнологічних компаній відчайдушно змагалися за те, аби першими провести клінічні випробування фаготерапії, і зрівнятися з цим шаленством могло лише висвітлення так званих забутих ліків Сталіна в медіа. Серед хворих на невиліковні бактеріальні інфекції вони стали ледь не культовими, що підкинуло пресі нові історії про пригодницькі поїздки до Тбілісі по ліки, недоступні на Заході. 2003 року ньюаркська газета Star-Ledger опублікувала історію Кевіна Сміллі, 37-річного американця, який страждав від нестерпного бактеріального синуситу, стійкого до всіх антибіотиків. Пошук «альтернатив антибіотикам» в Інтернеті привів його до Інституту Еліави. Там він переніс хірургічну імплантацію просякнутих фагами смужок «біодерми» в операційній, де лише за місяць до того під час операції зі стелі впала єдина лампа верхнього освітлення. «Тільки швидкі рефлекси одного з лікарів дозволили уникнути катастрофи, – писала кореспондентка Star-Ledger Емі Елліс Натт. – А потім він до кінця операції тримав лампу над пацієнтом». Цілий місяць Сміллі радів перерві в болях, але потім, після повернення до Штатів, інфекція повернулась. Стаття закінчувалась тим, що тепер цей американський інженер приймає новий антибіотик і планує повернутися до Тбілісі. (Відтоді в нього діагностували імунодефіцит, що залишає його чутливим до хронічних інфекцій.)

Сміллі далеко не єдиний твердо вірить у фаготерапію. Однак через десять років з початку фагоманії на Заході популярних статей про таке лікування все ще значно більше, ніж згадок про нього в науковій літературі. Колись переповнена ніша компаній, що займалися вивченням бактеріофагів, нині зменшилася до п’яти чи шести, а до клінічних випробувань на пацієнтах так ніхто й не дійшов. Наприкінці 2006 року тільки одна компанія (Intralytix Морріса й Сулаквелідзе) отримала схвалення Управління з контролю за якістю харчових продуктів та медикаментів для першого препарату бактеріофагів, харчової добавки, націленої на лістерію в м’ясі.

Чому ж досягнутий прогрес настільки не виправдав сподівань? Для початку деякі вчені завжди наїжачувались, коли фаги називали «абсолютно нешкідливими». Хоча це правда, що фаги всюдисущі (оближіть губи, і зможете підхопити їх із мільйон), для терапевтичного застосування їх треба очистити й ущільнити у форму набагато більш концентровану за будь-що в природі. Може, така пігулка концентрованого вірусу, хоч і нешкідлива для людських клітин, викликає небезпечну імунну відповідь? Декілька невеликих перевірок на безпеку говорять, що ні. Але є й інші потенційні небезпеки.

«Ледь не кожен різновид токсину, що його виробляють хвороботворні бактерії, проростає з гена, доставленого фагом, – пояснює Вінсент Фіскетті, який вивчає ці віруси з 1960-х років. – Ось що роблять фаги: переходячи від одного господаря до наступного, вони підхоплюють та переносять їхні гени». Токсини, що беруть участь у розвитку дифтерії, холери, некротичних стрептококових і геморагічних кишкових інфекцій, – усі вони кодуються фагами, що перетворюють колись нешкідливих мікробів на небезпечних убивць.

Сулаквелідзе й багато інших прихильників використання фагів кажуть, що цю небезпеку легко обійти. «Ми шукаємо в геномах наших фагів присутність генів токсину або чогось іншого, перенесення чого для нас небажане, і просто не використовуємо ті, що їх мають», – каже він. Оскільки мільйони фагів можна знайти просто у відрі брудної води, це завдання видається доволі простим. Проте це не завадить підхопити нові проблемні гени навіть «найчистішому» фагу, особливо коли він розгортається проти супермікробів, із вантажем такої небезпечної ДНК. Щоб знизити ризик цієї небезпеки, додає Сулаквелідзе, треба уважно добирати фаги з мінімальною або й відсутньою тенденцією вбудовуватись у хромосоми їхніх господарів.

Проблема, попереджає Фіскетті, полягає в тому, що ми все ще далекі від повного розуміння механізмів перетасування генів фагами. Для прикладу, Фіскетті і його колега Томас Броуді нещодавно показали, що фаги, які кодують токсини, у пробірці поводяться зовсім інакше, ніж в організмі тварини. Помістіть нетоксичний штам Streptococcus pyogenes у пробірку зі штамом, що несе кодований фагами токсин, і нічого не станеться. Але помістіть обидва штами в горло миші (або культуру клітин горла людини), і фаг, що кодує токсини, почне перестрибувати на нетоксичний стрептокок, аби перетворити його на шкідливого мікроба. Хоч і дуже зацікавлений ідеєю фагів, Фіскетті все ж обережно ставиться до використання їх для людей. «Ми просто не можемо сказати, що станеться, якщо сконцентрувати ці віруси та використати їх для контролю заразного організму», – каже він.

Окрім пересторог щодо безпеки, фаготерапія стикається і з практичними перешкодами. Через те що імунна система розпізнає фаги як віруси, вона швиденько вичищає від них організм. Подейкують, що деякі перші радянські дослідники досягли прогресу в розв’язанні цієї проблеми, неодноразово прищеплюючи тварин конкретним набором фагів, доки не виділили кілька вірусів, що якимось чином виживали в крові протягом кількох днів. Однак серед фагів, відомих своєю націленістю на хвороботворні бактерії, жодного з таких імуноухильних виділити не вдалося. Тому навіть у Східній Європі успішне використання фагів обмежувалося ліками, яким для дії не потрібно поглинатися організмом, на кшталт кишкових «омивателів», націлених на діарейних мікробів, таких як шигела чи сальмонела, та просякнутих фагами пов’язок, які можна накладати на рани та слизові оболонки, як у випадку з інфікованими пазухами Сміллі.

Ще однією перешкодою є те, що бактерії швидко виробляють стійкість до фагів, як і слід було очікувати від їхньої довгої історії співіснування. Тому ці віруси потрібно пакувати в багатофагові «коктейлі», що робить їх менш специфічними (потенційно збільшуючи їхній побічний шкідливий вплив на мікрофлору) і більш складними для перевірки на безпеку. І врешті фаги сьогодні практично не патентуються. Якась компанія може домогтися патенту на конкретний коктейль фагів, але ніщо не завадить іншій компанії змішати його трохи по-іншому. «Без патентів дуже складно переконати когось вкладати мільйони в дослідження та розробку, – каже Фіскетті. – Ця справа починає здаватися надто ризикованою».

Найгостріша критика фаготерапії, схоже, прозвучала в 2004 році, коли Стівен Проян, керівник Служби антибактеріальних досліджень фармацевтичного гіганта Wyeth, зазначив, що століття дослідження фагів на експериментальних тваринах принесло публікацію лиш однієї статті, де йшлося хоч про якусь користь. «Це мовчання промовисте, – написав Проян у науковому журналі Nature Biotechnology. – Персональні життєві історії колишніх пацієнтів, що “виграли” від фаготерапії, водночас кумедні і сумні, але з очевидних причин ми не чуємо тих пацієнтів, чиї інфекції вилікувані не були». Уникнути паралелей із фантазійними лікарськими засобами, такими як розвінчаний протираковий лаетрил, стає ще важче, якщо почитати інтернет-рекламу, метою якої є заманити пацієнтів до Тбілісі для спа-процедур у дедалі більш поширених у цьому місті центрах фаготерапії або в новій клініці-філії, «що відкриється незабаром» у Тіхуані, Мексика.

Проте навіть критики на кшталт Прояна та обережні прихильники на кшталт Фіскетті готові погодитися, що дослідження фагів рано чи пізно можуть породити важливі нові тактики боротьби з бактеріальними інфекціями. Як розробник лікарських засобів, Проян бачить потенціал у дослідженні фагів: він підкреслює, що фаги інфікують бактерії, пробиваючи слабкі місця броні їхніх клітин. То чому б не використати їх для пошуку нових мішеней антимікробних препаратів? Монреальська компанія PhageTech розробляє саме таку лінію атаки, аналізуючи крихітні геноми фагів, що інфікують стафілококи, та вивчаючи білки, які ті використовують для захоплення механізмів копіювання мікробних генів і білків.

Тим часом лабораторія Фіскетті в Рокфеллерівському університеті виділила низку ферментів – фаги змушують бактеріальну клітину виробляти їх, щойно вони закінчать розмножуватись усередині неї. Ці ферменти виконують роль бактеріального еквівалента харакірі, розрізаючи клітини, щоб випустити фагове потомство для нового раунду інфекції. Фіскетті виявив, що ці «лізини» працюють так само добре і коли діють на бактерії ззовні. «Якщо виникає контакт, бактерії гинуть», – каже він. На додачу більшість лізинів, які виділив Фіскетті, виявились такими ж точно націленими, як і фаги, що їх виробляють. Наразі він уже виділив лізини, ефективні проти сибірської виразки та кількох різновидів хвороботворних стрептококових бактерій. При цьому він показав, що вони діють і за межами пробірки, наприклад під час очищення лабораторних мишей від респіраторного мікроба Streptococcus pneumoniae – стрептококу, що викликає більшість вушних інфекцій та бактеріальних пневмоній у людей. «Проста здатність деколонізувати дітей та людей похилого віку від пневмококів може врятувати багато життів і запобігти багатьом отитам», – каже він. Найкраще, мабуть, те, що пневмококовий лізин Фіскетті не чіпає «хороших» стрептококів, таких як Streptococcus salivarius та Streptococcus vestibularis, що допомагають не пускати до організму їхніх більш проблемних родичів.

Використання фагових лізинів замість цілих вірусів також дозволяє уникнути небезпеки обміну генів та імунних відповідей. При цьому імунна система не вичищає з організму дрібних молекул на кшталт лізинів, тому вони можуть затримуватись у тканинах дуже подібно до традиційних антибіотиків. Фіскетті каже, що за десять років своєї роботи з лізинами він нечасто бачив, щоб бактерії виробляли до них стійкість. «Ми всіляко намагалися їх до цього спонукати», – каже він, описуючи експерименти, що створювали умови для стійкості шляхом впливу на бактерії низькими концентраціями, а потім шукали частково стійких серед тих, що вижили. «Однак ніколи не слід недооцінювати бактерії, – попереджає він. – Стати стійкими до лізинів бактеріям, може, і складніше, ніж до традиційних антибіотиків, але все одно так буде».

Що ж до того, коли можна буде побачити лізинові антибіотики, якщо це таки станеться, – Фіскетті сподівається, що він має інвесторів, необхідних для початку випробувань на людях у наступні кілька років. На його користь говорить те, що він уже має понад два десятки патентів на ці речовини, серед них широкий патент на використання будь-яких фаголітичних ферментів для запобігання інфекціям шляхом «деколонізації» проблемних мікробів людської шкіри, слизових оболонок або кишкового тракту.

Фіскетті пророкує, що найбільш перспективним використанням для цілих фагів стане викорінення стійких до лікарських засобів бактерій за межами організму, наприклад у лікарнях та пологових будинках. Дослідники компанії Intralytix якраз і розробляють такий заряджений фагами препарат для очищення, націлений, зокрема, на лістерію. За словами Сулаквелідзе, цей спрей буде ідеальним для використання на підприємствах харчової промисловості, особливо з метою знезараження відомих місць скупчення бактерій, таких як системи кондиціонування повітря та водостоки. «Дуже часто навіть високі концентрації хімікатів нездатні знищити бактерії в цих місцях, – пояснює він. – Лістерія просто весь час повертається». У таких ситуаціях цілий фаг може мати явну перевагу над його хімічними лізинами, бо вірус може зберігатись і розмножуватись, доки матиме бактерій для зараження.

Компанія Intralytix отримала дозвіл державних регуляторних органів на тестування одного з її протилістерійних засобів на птахопереробних підприємствах і вже навіть мала досвід співпраці зі Службою сільськогосподарських досліджень США для перевірки фагових спреїв та змивок на заражених лістерією та сальмонелою продуктах – з неоднозначними результатами. Тим часом інші дослідницькі команди пробували використовувати фаги для зниження бактеріального зараження м’яса – найуспішніше, коли розпилювали їх по поверхні сирої яловичини, птиці та свинини. Менш ефективними виявились експерименти, що передбачали згодовування фагів тваринам безпосередньо перед забиттям.

Кокони та жаб’ячий слиз

Приблизно в той самий час, коли західна наука заново відкривала для себе фаготерапію, наукові журнали заполонили повідомлення про ще одного «природного» вбивцю бактерій. Антимікробні пептиди складаються з крихітних ланцюжків амінокислот – як у білків, тільки менших. До 1981 року вони повністю губились серед багатьох складніших антибактеріальних хімікатів у сльозах, слизу та інших рідинах тіла. Але того року шведський мікробіолог Ганс Боман виділив два антимікробні пептиди (АМП) зі сплячої лялечки гігантського шовкопряда Hyalophora cecropia, назвавши їх цекропінами на її честь. Цекропіни Бомана вбивали широке розмаїття бактерій, але виявились абсолютно нешкідливими для небактеріальних (еукаріотичних) клітин. Це захопливе відкриття допомогло пояснити, як комахи та інші безхребетні тварини протистоять інфекції без антитіл, Т-клітин та B-клітин, що надають сил більш «адаптивній» імунній системі вищих тварин. Через чотири роки патолог із Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі Роберт Лерер виявив, що люди – а ймовірно, й усі форми багатоклітинного життя – виробляють АМП також. Зокрема, він знайшов їх упакованими всередині імунних клітин, що пожирають бактерії, відомих як нейтрофіли. Він назвав ці людські АМП «дефензинами».

Ідея умисного використання АМП як препаратів для боротьби з бактеріями прийшла наступного року, 1986-го, до добросердого дослідника з Національного інституту охорони здоров’я, який мав звичку зашивати своїх лабораторних жаб, а не викидати їх після того, як дістане з них ікру. Майкл Заслофф вивчав експресію генів, використовуючи зручні для цього товсті й прозорі ікринки африканської шпоркової жаби. Після анестезії самиці та хірургічного видалення в неї ікри він витрачав кілька секунд, аби нашвидкуруч зашити розріз і засунути жабу назад у темний акваріум до її сестер. Одного дня, дістаючи з зеленої води кілька старих дохлих жаб, Заслофф зупинився, зацікавившись дивною формою тих, що побували під його ножем. Він не стерилізував свої скальпелі й не чистив акваріум хоч із якоюсь регулярністю, проте розрізи цих жаб гарненько зажили без найменших ознак запалення. Заслофф запідозрив, що слизиста шкіра амфібій, мабуть, містить якусь особливо потужну версію цекропінів Бомана або дефензинів Лерера.

Він заявив, що, подрібнивши шкіру кількох принесених у жертву жаб, виділив із неї два антимікробні пептиди, що мали ширший та потужніший антибіотичний ефект, аніж будь-що відоме науці раніше. Він назвав їх магайнінами, від єврейського слова «щит», і в 1987 році опублікував свої результати з великим успіхом. Як і фаготерапія, антимікробні пептиди швидко привернули увагу преси. Спочатку в The New York Times з’явилося схвальне повідомлення про їхнє дослідження, а потім там опублікували велику редакторську статтю, де роботу Заслоффа ставили на один щабель не лише з Александром Флемінгом, відкривачем пеніциліну, але й з Говардом Флорі та Ернестом Чейном – людьми, які витратили десятиліття для перетворення пеніциліну на дієвий антибіотик. «Скориставшись величезною потугою сучасних біологічних технік, д-р Заслофф пройшов усі етапи самотужки, за один-єдиний рік», – писали редактори, зазначаючи, що це відкриття просто не могло знайти кращого часу для порятунку людства від дедалі більшої кризи зі стійкістю до антибіотиків. «Навіть якщо буде виконано лише частину того, що обіцяє його лабораторія, – ішлося в кінці статті, – д-р Заслофф створить чудового наступника пеніциліну».

Подальші дослідження показали, яким чином антимікробні пептиди дають волю вибірковому знищенню: маючи слабко позитивний електричний заряд, вони притягуються до негативно зарядженої зовнішньої поверхні оболонки бактерій, але не до відносно незаряджених оболонок клітин тварин. Щойно вони прилипають до поверхні мікроба, пептиди змінюють свою форму так, що пронизують оболонку клітини. Поцяткована такими отворами, бактерія помирає від протікання, хоч і у зворотному напрямку – напливу води з її зовнішнього середовища.

Заслофф відчував, що знайшов справжню ахіллесову п’яту мікробів. «Попри їхнє давнє походження, антимікробні пептиди залишились ефективною оборонною зброєю, розбиваючи загальне переконання, що бактерії, гриби та віруси можуть і будуть виробляти стійкість до будь-якої можливої речовини», – оголосив він. Здавалося, для набуття стійкості до цих пептидів бактеріям необхідно фундаментально змінити фізичну структуру своїх оболонок, щоб змінити їхній електричний заряд, а Заслофф та інші вважали це майже неможливим. Подібна зарозумілість, схоже, спокушала долю, однак дослідження Заслоффа її підтверджували.

Не гаючи часу, Заслофф та його інвестори створили приватну компанію для фінансування випробувань на пацієнтах. Як лікарняний педіатр, а також дослідник, Заслофф був особливо зацікавлений у розробці методів лікування АМП юних пацієнтів з кістозним фіброзом. 1997 року, працюючи в Пенсильванському університеті, він допоміг продемонструвати, що ця хвороба виникає, хоча б почасти, з вини дефектних дефензинів у легенях. Тим часом його попередні доповіді спричинили справжню лихоманку відкриттів та патентів на інші антимікробні пептиди, кожен з яких у світі, що прагнув нових антибіотиків, обіцяв принести мільярди доларів прибутку.

До 1998 року Заслофф протестував свої магайніни на понад тисячі добровольців як засіб лікування від лишаю (бактеріальної шкірної інфекції) та діабетичних шкірних виразок. В обох випадках АМП виявилися помірно ефективними в полегшенні або запобіганні інфекції. Цього було досить, аби зацікавити фармацевтичний гігант SmithKline Beecham, який захотів вивести на ринок антибіотичний крем на основі АМП Заслоффа як новий препарат лоцилекс. Але наступної весни ринкове просування цього продукту було різко зупинене, коли експертна комісія Управління з контролю за якістю харчових продуктів та медикаментів, розглядаючи можливість остаточного схвалення, оголосила, що, хоча вона задоволена безпекою лоцилексу, їй потрібні додаткові дослідження його ефективності.

Таке рішення викликало збурення серед сповнених надій діабетиків та різку втрату інтересу з боку компанії SmithKline Beecham. Проте дослідження АМП не лише продовжились, але й не зменшили інтенсивності. По суті, Заслофф був настільки впевненим у безпеці АМП, що запропонував ще один продукт своєї розробки (акулячий АМП скваламін) як засіб зниження апетиту. Тести на лабораторних мишах неочікувано показали, що пептиди підказують тваринам припинити їсти. До 2001 року кількість нещодавно відкритих антимікробних пептидів склала вже близько п’ятисот, а в науковій пресі з’явились тисячі пов’язаних із ними статей. Того самого року Майкл Шнеєрзон та Марк Плоткін видали книжку «Убивці всередині» – жахливий опис смертельно небезпечного поширення стійких до лікарських засобів бактерій. У заключних розділах ці поважні наукові журналісти надали антимікробним пептидам однакової ваги з фаготерапією як двом великим сподіванням на порятунок у сучасній медицині.

Хлюпнути холодної води в цей вогонь сподівань змогли лише двоє еволюційних біологів. У червні 2003 року Ґрем Белл із канадського Університету Макґілла та П’єр-Анрі Ґуйон з Паризького університету опублікували в журналі Microbiology свою думку з цього приводу, назвавши статтю «Озброюючи ворога». Вони попереджали, що, хоч якими безпечними препарати АМП здаються в короткостроковій перспективі, якщо їх використання також породить стійкість, наслідки можуть бути катастрофічними. «Еволюція стійкості до будь-якого антибіотика, безумовно, робить його менш корисним у лікуванні хвороби, – писали вони. – Вона також позбавляє будь-який організм, який її виробляє, частини його антибактеріального арсеналу. За нормальних умов це не має бути предметом занепокоєння, але у випадку антимікробних пептидів виробниками є ми самі». Теоретично стійкість до АМП може створити бактерії, нечутливі до тих хімікатів, які людський організм використовує для своєї першої лінії захисту. Побічними ефектами цього можуть бути дрібні порізи, що більше не гоїтимуться; очні інфекції та легеневі хвороби, спричинені мікробами зі звичайного повітря. Навіть найбільш безвинні з резидентних бактерій нашого тіла можуть перетворитися на агресивні й загрозливі.

Попередження Белла й Ґуйона викликали спочатку шок, а потім гнівну реакцію багатьох дослідників нових фармацевтичних обріїв антимікробних пептидів. Першим їм відповів у науковій пресі сам Заслофф, який відкинув можливість вироблення стійкості як «неправдоподібну» та назвав їхню логіку «фундаментально хибною». Він стверджував, що бактерії мали вже мільйони років, аби виробити стійкість до цих хімікатів, однак цього не сталося. Кидаючи персональний виклик, Заслофф підбурював Белла випробувати пексиганан, найширше протестований із його магаїнінових антибіотиків, на будь-якому мікробові в будь-якій концентрації й упродовж будь-якого часу. «Я битимусь об заклад, що цей пептид не призведе до появи стійкості», – сказав він репортерам. Белл прийняв цей виклик, і двоє вчених домовилися спільно опублікувати отримані результати.

З двадцяти чотирьох бактеріальних культур, вирощених у лабораторії Белла під впливом пексиганану, двадцять дві стали стійкими до цього препарату. Як еволюційний біолог зміг викликати стійкість там, де мікробіолог Заслофф зазнав невдачі? З допомогою одного зі своїх студентів, Ґабріеля Перрона, Белл скористався перевіреним методом добору та сприяння розвиткові резистентних організмів. Вони почали з вирощування своїх бактеріальних штамів (по дюжині різновидів кишкової та синьогнійної паличок) у бульйоні з додаванням надзвичайно низької дози пексиганану, що практично гарантувала виживання хоча б небагатьох. Щоранку завданням Перрона було виділення тих, що вижили, та перенесення їх до свіжої пробірки. Раз на кілька днів дозу пексиганану подвоювали. Так поодинокі мутанти, що виживали, отримували час накопичити додаткові мутації, здатні підвищити їхню стійкість. Цей процес, хоч і складний для виконання в лабораторії, не надто відрізнявся від того, що бактерія може переживати, коли поширюється й розмножується в організмах та інших умовах за наявності там будь-якого типу антибіотика.

Будучи еволюційним біологом, а не генетиком, Белл залишив іншим ученим розшифрування того, які саме мутації дозволили виживати вирощеним на АМП мікробам. Його мети було досягнуто: хоча бактерії, можливо, і не виробляють стійкості до антимікробних пептидів у природі, тривале застосування цих хімікатів у високих концентраціях (як це роблять під час лікування інфекцій) фундаментальним чином змінює еволюційні тиски. Що ж до Заслоффа, то він прийняв ці результати з дивовижною гідністю, як для людини, котра присвятила майже двадцять років своєї кар’єри тому, що щиро вважала убезпеченим від стійкості препаратом.

«Коли щось може статися в пробірці, то дуже ймовірно, що це може статися й у реальності», – оголосив він напередодні виходу звіту про результати дослідження. Водночас Белл приєднався до Заслоффа у твердженні, що отримані ними дані мають не розхолоджувати дослідників антимікробних пептидів, а радше послугувати їм свого роду дзвінком будильника для обережнішого поводження з десятками препаратів АМП, що готуються до медичного та ветеринарного застосування. На додачу до більш ретельного тестування на стійкість вони закликали вчених далі вивчати небезпеки перехресної стійкості, тобто всебічно перевіряти, чи можуть АМП від тварин, таких як комахи, риби чи жаби, спричиняти перехресну стійкість до АМП, які виробляються людьми, їхніми домашніми тваринами та худобою. Така перехресна стійкість є давньою проблемою традиційних антибіотиків, що виробляються організмами, настільки далеко спорідненими, як гриби і бактерії (два зовсім різних царства живого).

Безпечніший та перспективніший підхід може полягати в засобах лікування, націлених на різке збільшення рівня власних антимікробних пептидів тіла. Заслофф і Белл схвалили цей підхід, що мав би менш імовірно сприяти виробленню стійкості, бо людський організм використовує АМП в комбінації з багатьма іншими засобами захисту, такими як антитіла й антибактеріальні ферменти. У першому дослідженні такого засобу лікування на тваринах шведські та банґладеські вчені нещодавно вводили зараженим шигелою кроликам бутират натрію – сіль жирної кислоти, яку в нормі знаходять у невеликих кількостях в товстому кишечнику. Сам по собі бутират антибіотичних властивостей не має. Однак він активізує виробництво шлунково-кишковим трактом кателіцидину – потужного антимікробного пептиду, що запобігає прикріпленню бактерій до ніжних клітин кишкової вистилки. В експериментах на кроликах ті, яким давали бутират, почали одужувати від їхньої шигельної дизентерії ще до кінця дня, хоча стан контрольної групи, якій давали плацебо, явно гіршав.

У схожому дослідженні на імунних клітинах людини Роберт Модлін із Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі виявив, що вітамін D активізує виробництво ними дефензинів поряд із їхньою здатністю вичищати з культури клітин бактерії туберкульозу. Це відкриття може пояснити користь «лікування сонячним світлом», що практикувалося на початку ХХ століття в протитуберкульозних санаторіях, оскільки сонячне світло стимулює природне виробництво вітаміну D шкірою. Команда Модліна також показала, що сироватка крові людей африканського походження (групи, відомої особливою чутливістю до туберкульозу) має нижчий рівень як вітаміну D, так і антимікробних пептидів – найімовірніше, через сонцезахисні властивості темнішого пігменту шкіри. Наразі Модлін просунувся від своїх відкриттів у пробірці до клінічних випробувань, щоб з’ясувати здатність недорогих вітамінних добавок підвищувати стійкість до туберкульозу в темношкірих людей. Це відкриття аж ніяк не є дрібницею у світлі нещодавньої появи практично невиліковних штамів XDR TB (збудників високорезистентного до лікарських засобів туберкульозу).

Тим часом, попри їхню нещодавно відкриту суперечливість, інтерес до розробки антимікробних пептидів в антибіотичні лікарські засоби зберігається. Якщо перестороги щодо перехресної стійкості до людських АМП виявляться помилковими, то АМП зможуть безпечно й значно подовжити золотий вік антибіотиків. Однак стоденний експеримент Белла та Перрона нагадує нам: усе, що вбиває бактерії, неминуче сприяє появі та поширенню стійкості. З огляду на цю сувору реальність, здається марним сподіватися, що навіть якнайбільш обачливе використання наявних антибіотиків та швидка розробка нових здатні на більше, ніж лише відтермінувати чергову кризу зі стійкістю.

Хоч як наївно це може прозвучати за умов, коли в заголовках домінують супермікроби-вбивці, наукова спільнота дедалі більше погоджується, що настав час вийти за межі ескалації нашої війни з мікробами й пошукати способи прискорити встановлення миру, у якому завжди буде місце світу бактерій. І це не просто якась ідеалістична філософія – дослідження в цьому напрямі вже почали приносити перші результати.

Частина. VI. Не лише знищення: знешкодити, перенацілити, використати

Мікробіота нашого організму є, по суті, частиною середовища, у якому ми живемо. Нам слід змиритися з її існуванням. Однак це замирення не має бути пасивним або покірним: мікробіота не менше, ніж решта нашого середовища, придатна для маніпуляцій на користь людини.

Мікробіолог Теодор Роузбері (1962)

Препарати для знешкодження

Це був один із тих експериментів, що не подобаються жодному вченому: введення бактерій під шкіру миші, щоб викликати огидного вигляду нарив. Але робилося це з чудовою метою – зупинити руйнування тканин, що за віки з початку співіснування людини і стафілококу в стані то миру, то війни забрало вже незлічену кількість людських життів та кінцівок, причому не намагаючись убити ці верткі бактерії, а знешкоджуючи їх.

Восени 2004 року до досягнення цієї мети наблизився Річард Новик. Сивий та хрипкоголосий ветеран мікробних війн, Новик провів попередні двадцять років на чолі лабораторії Нью-Йоркського університету, покликаної розшифрувати, яким чином Staphylococcus aureus виконує своє сумнозвісне перетворення з доктора Джекілла на містера Гайда. Одного дня цей мікроб без шкоди мешкає на людській шкірі чи слизовій оболонці, а наступного раптом ламає всі бар’єри й викликає небезпечне для життя зараження крові та ушкодження внутрішніх органів. Новик показав, наприклад, як стафілокок переключається на набір із понад сотні генів, що починають масово штампувати токсини поділу клітин, згущення крові та руйнування органів.

У теорії препарат, що блокує перетворення стафілококу з нешкідливого на смертоносний, мав би викликати резистентність значно менш імовірно, ніж антибіотики, бо залишав би знищення мікроба багатогранній імунній відповіді тіла. Він також мав би виявитись абсолютно нешкідливим для слухняних представників захисної мікрофлори тіла.

Провідним принципом цього нового підходу до боротьби з бактеріальними хворобами є оновлена версія відомих постулатів Коха, які ще сотню років тому зосереджували увагу медицини на завданні визначити, які види мікробів спричиняють які хвороби. Нинішня молекулярна версія зводить пошук до тоншого аспекту: що саме в конкретному штамі або виді дозволяє йому спричиняти шкоду?

Ефектний спосіб, яким стафілокок координує свої атаки, підказав Новику, як діяти далі в розробці засобу блокування вірулентності. Адже Staphylococcus aureus вміє розраховувати час не гірше за досвідченого полководця. Він не атакує надто скоро – це викликало б імунну відповідь до того, як його армія клонів стане досить великою для битви. При цьому він і не вичікує надто довго, ризикуючи бути виявленим та розбитим ще до того, як застосує свою зброю. То як же стафілокок «знає», коли він накопичив достатньо сил для битви?

Новик розумів, що стафілокок, як і багато інших видів бактерій, здатний проводити примітивний перепис чисельності своїх військ за допомогою дрібних молекул, відомих як автоіндукторні пептиди (АІП). Ці пептиди розходяться від невеликої групи бактерій, але, щойно колонія сягає певного розміру та густоти, вони починають накопичуватись. По суті, таке накопичення молекул і говорить колонії, коли та має «кворум» – достатню кількість для групової активності. Новик припустив, що блокування такого сигналу могло б ефективно перешкоджати приведенню зброї стафілококу в бойове положення.

Найкращим з усього було відкриття Новика, що стафілокок сам надає засоби досягнення такого небойового положення. Для цього потрібно було лише трохи людської хитрості. Адже Новик зі своїми студентами виявив, що кожен окремо взятий штам Staphylococcus aureus виробляє один із чотирьох різних автоіндукторних пептидів із прозаїчними назвами від АІП-1 до АІП-4. Затоплення стафілококу з однієї групи сигнальними молекулами іншої мало б ефективно зафіксувати перемикач його вірулентності у вимкненому положенні.

А тому восени 2004 року Новик зі своїми студентами ввів шести лисим лабораторним мишам штам Staphylococcus aureus, що виділяє пептиди АІП-1. Три миші також отримали ін’єкцію пептидів АІП-2. За тиждень у мишей, яким ввели тільки стафілокок, у місці ін’єкцій розвинулися великі чиряки, що потім прорвалися, залишивши зяючі гнійники. Натомість ті, що отримали стафілокок із додатковими невідповідними пептидами, страждали лишень від невеличких нади´мів, що швидко спали й розсмокталися. «Усе, що ми зробили, – змістили баланс на користь імунної системи, – каже Новик. – Не те щоб стафілокок не міг спричинити хворобу без вмикання виробництва своїх токсинів. Але бактерії, спіймані без токсинів, можуть бути нездатні блокувати або вбивати нейтрофіли, що прибувають для їх знищення».

Сьогодні Новик уже перейшов від тестування своїх препаратів блокування вірулентності у мишей до роботи з культурами людських клітин та смертоносними штамами стафілококу, виділеними з легень пацієнтів лікарень. Тяжкі форми бактеріальної пневмонії вбивають приблизно кожного четвертого пацієнта, що потребує штучної вентиляції легень після інсульту або інфаркту. А чи не можна запобігти цим смертям введенням правильного пептиду, що блокує вірулентність? «У принципі, це чудова ідея», – каже Новик. Однак без відповіді залишається ще багато запитань, починаючи з того, як швидко ці хімікати мають вводитись, щоб бути ефективними. Новик зі своєю командою наразі якраз і працюють над розв’язанням деяких із цих проблем.

Тим часом у трьохстах кілометрах на північ подібний набір трюків із угамування мікробів розшукує також Майкл Ґілмор із Медичної школи Гарварду. Проблемою, що стоїть перед ним, є ванкоміцин-резистентний Enterococcus faecalis (ВРЕ). Багато штамів цього внутрішньолікарняного супермікроба виробляють токсини під назвою цитолізини, що знищують інші типи клітин, зокрема клітини крові людини та навіть інші види кишкових бактерій. Такий руйнівний стиль життя у поєднанні з надзвичайною стійкістю до антибіотиків робить ВРЕ по-справжньому грізним. «Порівняно зі звичайними ентерококами, які ми всі носимо в кишечниках, внутрішньолікарняні штами, що виробляють цитолізини, приблизно в сто разів смертоносніші», – каже Ґілмор.

Як і стафілокок, ВРЕ не розгортає свою зброю з доброго дива. Ґілмор зі співробітниками виявили, що цитолізини ВРЕ працюють ще і як свого роду хімічний радар, який говорить мікробу, коли той наближається до своєї жертви. ВРЕ постійно виділяє свої цитолізини, зазвичай на низькому рівні і завжди двома частинами: довгу молекулу і коротку, обидві з яких мають прив’язатися до людської клітини для її знищення. «Тож ось вам елегантний трюк, – каже Ґілмор про своє відкриття. – Коли вони не знаходять собі поблизу клітини-мішені, ці дві субодиниці прив’язуються одна до одної. А коли мішень є, то довга субодиниця прив’язується до неї значно швидше за коротку». Тому раптове збільшення обсягу «короткого» цитолізину ефективно говорить ВРЕ, що його жертва якраз у межах досяжності. У відповідь він негайно збільшує виробництво своїх токсинів більш ніж у сто разів.

Хоча такий розумний поворот і дозволяє ВРЕ законсервувати його зброю, доки вона не знадобиться, він також надає Ґілмору ідеальну мішень для препарату блокування вірулентності. «Коротка одиниця, – каже він, – необхідна як для вбивства людських клітин, так і для подання сигналу E. faecalis увімкнути виробництво цитолізину на повну потужність». Разом з колегами він розробив хімічні інгібітори, що міцно та швидко прив’язуються до цього надзвичайно важливого пептиду з метою зробити ВРЕ сліпим до людських клітин, які б він інакше вбивав. Як і АІП Новика, що фіксує у вимкненому положенні перемикач стафілококу, препарат Ґілмора не вбиває свою мішень. Він просто заважає використанню її найбільш небезпечної зброї. Це особливо важливо, враховуючи велику кількість нешкідливих та потенційно захисних штамів і видів ентерококу, що мешкають у кишечнику пацієнта. «Сьогодні ми просто знищуємо все антибіотиками, – каже він, – а це сприяє появі резистентних та вірулентних штамів».

Третьою важливою мішенню нелетального підходу до боротьби з інфекцією є стрептококові бактерії. Педіатр Віктор Нізет із Каліфорнійського університету в Сан-Дієго виявив декілька цікавих мішеней для блокування вірулентності як Streptococcus agalactiae (стрептококу групи B, що викликає смертоносні інфекції серед новонароджених), так і Streptococcus pyogenes (бактерії, що викликає стрептококове запалення горла та некротичний фасцит). Працюючи зі стрептококом групи B, Нізет зосередився на єдиному гені, робота якого породжує те, що він називає «щитом і мечем» стрептококу. Щит складається з пігменту, який захищає бактерію від знищення, коли та опиняється всередині імунної клітини, що пожирає мікроби. Меч – токсин, який руйнує ті самі клітини-солдатів, дірявлячи їх.

У випадку Streptococcus pyogenes Нізет зі своїми студентами розшифрував біохімічні кроки, які бактерія використовує для вироблення стрептолізину – характерного для неї токсину. Дослідники також виявили, що вона виробляє новітній фермент, який дозволяє їй прорізати собі шлях із тенет, що їх деякі імунні клітини накидають на свою жертву. Ці та інші чинники вірулентності сьогодні є головними мішенями дослідницьких зусиль Нізета, і він сподівається, що вони стануть прототипами нового покоління антибіотиків.

Хоча більшість досліджень у сфері «знешкодження» бактерій поки що залишаються на лабораторних столах, массачусетська біотехнологічна компанія Genzyme, можливо, близька до виведення першого такого препарату на ринок. Її толевамер являє собою клейку речовину, що прив’язується до руйнівних для кишечника токсинів, які виробляються одним із найбільш небезпечних сьогодні супермікробів, гіперсмертоносним новим штамом Clostridium difficile. Як тільки лікарі отримають змогу блокувати ці токсини, можна буде безпечно припинити виписувати антибіотики, які вони зазвичай використовують, аби змусити C. difficile сховатися в його стійкі до лікарських засобів спори. А це вже дозволить нормальній кишковій мікрофлорі пацієнта відновлюватися до рівнів, здатних витісняти проблемний мікроб на постійній основі.

Такого роду токсин-зв’язувальний препарат має давню традицію в лікуванні шлунково-кишкових інфекцій, аж до активованого вугілля та вісмуту (активної речовини пепто-бісмолу). По суті, толевамер є більш потужною та цільовою версією таких безрецептурних ліків. Він також пропонує величезну перевагу перед стандартним сьогодні підходом боротьби з зараженням C. difficile за допомогою згубних для мікрофлори антибіотиків – що зрештою й запускає в дію більшість заражень C. difficile.

На початок 2007 року низькі дози толевамеру на експериментальній основі використовували понад шістдесят медичних центрів. У перших випробуваннях цей препарат показав себе аналогічним антибіотику ванкоміцину в полегшенні викликаних C. difficile діареї та коліту і трохи кращим з точки зору більш тривалого лікувального ефекту, тобто запобігання рецидивним інфекціям. Після того як ці перші випробування продемонстрували безпеку препарату, залучені в них медичні центри сьогодні використовують толевамер у вищих дозах зі сподіванням на кращі результати.

Вакцини: попереджений – значить озброєний

Так само як препарати, що зв’язують токсини, здатні роззброювати бактерії, правильно дібрана вакцина може підштовхнути імунну систему до виробництва антитіл з аналогічною дією. Саме в такий спосіб на вірулентність впливають деякі з найдавніших та найефективніших медичних вакцин. Вакцина від правцю, наприклад, стимулює вироблення антитіл, що нейтралізують потужний токсин м’язових скорочень тетаноспазмін. Вакцина від дифтерії захищає проти бактеріальної отрути, такої смертоносної, що вісім мільйонних грама можуть убити дорослого чоловіка. За умови широкого застосування противірулентні вакцини можуть принести додаткову перевагу, сприяючи появі «слабших» штамів бактерій, що не марнують своєї енергії на виробництво зброї, до якої їхні господарі вже набули імунітету. Саме так, наприклад, відбувалося в усіх країнах, де запровадили майже поголовну імунізацію вакциною від дифтерії.

Окрім способу знешкодити бактерії, вакцини, можливо, є нашою найбільшою надією на зменшення як життєвого тягаря хвороботворних запалень, так і безперервного використання антибіотиків. Виявилося, що вакцини значно рідше, ніж антибіотики, сприяють виробленню стійкості, оскільки вони не націлені на якусь конкретну структуру (на кшталт клітинної стінки) чи молекулу (на кшталт рибосомальної РНК), а готують імунну систему до швидкого знищення конкретного мікроба атакою з багатьох боків.

На сьогодні до переліку хвороб, яким можна запобігти вакциною, належать ті, що спричиняються понад десятком вірусів та півдесятком бактерій. Серед останніх – правець, дифтерія, кашлюк та бактеріальний менінгіт. Серед найновіших запроваджена в 2000 році вакцина від Streptococcus pneumoniae знизила поширеність пневмококової пневмонії та менінгіту в Сполучених Штатах із понад 60 тисяч випадків на рік у 1990-х до 37 тисяч на рік (причому ця кількість дедалі меншає) в 2002-му. Як додатковий бонус, ця вакцина привела до різкого зниження стійкості до лікарських засобів з боку пневмококових інфекцій, яким вона не змогла запобігти. Це тому, що п’ять із семи штамів Streptococcus pneumoniae, на які націлена вакцина, відповідали за 80 % стійких до лікарських засобів інфекцій.

Зрозуміло, що ми далекі від отримання вакцини від усіх бактеріальних захворювань, на які страждаємо. «Усі прості ми вже давно розробили», – каже Генрі Шайнфілд, робота якого з подолання стафілококу в лікарняних палатах для новонароджених у 1950-х роках привела до кар’єри у сфері дослідження вакцин. Деякі ж бактерії не дають себе легко підловити вакциною, пояснює він, бо мають безліч штамів, що демонструють імунній системі різні «обличчя». Інші бактерії якимось чином уникають провокування тривалого імунітету навіть після активної інфекції. Це особливо стосується бактерій, що ховають свої поверхневі білки від імунної системи всередині капсули з полісахаридів. Адже білки провокують значно сильніші й триваліші типи імунних відповідей.

Усі ці та інші фактори продовжують збивати з пантелику шукачів імунологічного «Святого Ґраалю» – ефективної вакцини від стафілококу. Після десятиліть узгоджених зусиль Шайнфілд зі своїми колегами з Центру вивчення вакцин Kaiser Permanente в Окленді, штат Каліфорнія, зуміли підійти до нього найближче. У 1990-х роках вони розробили вакцину «Стафвакс», що поєднала частинки полісахаридної захисної капсули стафілококу з білками, завданням яких було викликати сильну імунну відповідь. 2002 року ці вчені оголосили результати випробування «Стафваксу», що охоплювало понад тисячу вісімсот діалізних пацієнтів – групу з високим ризиком смертоносних стафілококових заражень крові. Ця вакцина знизила ризик розвитку в пацієнтів стафілококових інфекцій удвічі, але частковий імунітет тривав лише дев’ять місяців, після чого захист швидко пішов на спад. У групі з таким високим ризиком, як діалізні пацієнти, подібний рівень захисту цілком може бути вартим уколів раз або двічі на рік. Але це все ще не дає практичної вакцини від стафілококу для решти з нас.

Нову надію пропонують успіхи XXI століття в імунології та генній технології. Зокрема, секвенування генів потенційно шкідливих бактерій відкриває новий шлях для пошуку ідеальних речовин, щоб включити їх до вакцини з метою максимізації захисту. У Чиказькому університеті, наприклад, мікробіолог Олаф Шнеевінд та аспірантка Юкіко Стренджер-Джонс використовують техніку під назвою зворотна вакцинологія у своїй спробі створити вакцину проти найнебезпечніших та найпоширеніших у Північній Америці штамів метицилін-резистентного золотистого стафілококу (МРЗС).

Під час традиційної розробки вакцини дослідники проводять біохімічний розтин мікроба, а потім поєднують різноманітні частинки, намагаючись знайти ті, що викликають найбільшу захисну імунну відповідь у лабораторних тварин. Натомість зворотна вакцинологія запускає пошук мішеней за допомогою комп’ютерної програми. Стренджер-Джонс скористалася нею для скринінгу геномів восьми різних штамів МРЗС з метою знайти спільні для них мотиви. Відштовхуючись від них, вона ідентифікувала дев’ятнадцять потенційних мішеней вакцини – генів, що кодують спільні поверхневі білки. Після виділення цих білків вона протестувала їх індивідуально, вводячи кожен білок мишам, щоб побачити, наскільки добре їхній вплив захищає тварин від подальшого зараження живими бактеріями стафілококу. До четвірки найкращих увійшли два білки, що допомагають стафілококу вловлювати необхідне йому залізо (з червоних кров’яних клітин), і два, які, ймовірно, допомагають мікробу кріпитися до людських тканин. Кожен окремо ці білки давали лабораторним мишам лише слабкий захист. Однак коли Юкіко ввела мишам усі чотири, то зробила тварин повністю імунними до двох штамів смертоносного МРЗС і викликала частковий імунітет до трьох інших штамів. «І це лише початок», – каже вона. На початку 2007 року Стренджер-Джонс знов занурилась у геноми стафілококу, щоб знайти інші спільні мішені для збільшення потужності її вакцини.

Узявши на себе інше завдання, дослідники з каліфорнійської фармацевтичної компанії Cerus наповнюють свої вакцини живими бактеріями, здатними інфікувати клітини, але не розмножуватися всередині них. Така тактика може виявитись проривом у боротьбі з хворобами на кшталт туберкульозу, тифу, хламідіозу, бруцельозу та лістеріозу, що їх викликають бактерії, приховані всередині людських клітин. Для подолання цих внутрішньоклітинних інфекцій імунна система має виробляти антитіла не до бактерій як таких, а до клітин, які вони інфікують. Скомпрометовані клітини допомагають цим зусиллям, позначаючи себе для знищення – використовуючи частинки бактеріальних білків, розміщуваних на їхній поверхні. З цієї причини вакцини з умістом ослаблених, але все ще заразних бактерій працюють проти внутрішньоклітинних мікробів значно краще, аніж вакцини з умістом мертвих бактерій або їхніх складників, що залишаються за межами клітин. На жаль, живі вакцини пов’язані з ризиком, особливо для пацієнтів з імунодефіцитом, навіть якщо вони не отримують вакцину самі, а лише контактують із такими людьми. Мікробіолог компанії Cerus Том Дубенскі запропонував розв’язання проблеми ефективної нейтралізації внутрішньоклітинного патогену – у цьому випадку збудника харчових отруєнь Listeria monocytogenes. Він зробив це, вимикаючи кілька генів бактерії, необхідних для відновлення ДНК. Після цього він опромінював бактерії ультрафіолетовим світлом. Результатом стали клітини лістерії, здатні практично на все те саме, що й нормальний мікроб, окрім розмноження.

Ці та інші нові підходи відроджують сподівання, що одного дня вакцини все ж зможуть принести перемогу в боротьбі проти інфекційних хвороб, яку багато хто вважав близькою ще з часів відкриття антибіотиків. Але Стюарт Леві з Університету Тафтса попереджає, що просто вивести нову вакцину на ринок ще недостатньо. Безумовно, вакцини рідко спричиняють таку ж стійкість, як антибіотики, сприяючи мутаціям або набуттю генів, що роблять вакцини неефективними. Однак вакцини, націлені на антигени, виявлені в деяких, але не в усіх штамів бактерій, можуть сприяти появі штамів, не охоплених вакцинами. Так сталося, наприклад, із пневмококовою вакциною, впровадженою в 2000 році й націленою на сім найпоширеніших із сотень штамів Streptococcus pneumoniae. Щоб вести перед у цій грі, за словами Леві, потрібне зобов’язання національних та міжнародних служб охорони здоров’я постійно моніторити, які бактеріальні штами активні в їхніх країнах та громадах, а також зобов’язання виробників вакцин періодично перекомбіновувати їхні препарати для відображення змін.

З перетворенням хвороб, яким можна запобігти вакцинами, зі звичайних на рідкісні посадовцям закладів охорони здоров’я потрібно буде також коригувати їхні рекомендації щодо повторної вакцинації, з метою компенсувати природний ревакцинаторний ефект, який раніше забезпечував контакт з інфікованими рідними та друзями. Нещодавнє повернення кашлюку, наприклад, почасти стало результатом загасання імунітету в дорослих людей, що стикалися з мікробом лише під час власної імунізації в дитинстві. Сьогодні вже зрозуміло, що тривалий імунітет до кашлюку вимагає повторної вакцинації наприкінці підліткового віку і, мабуть, ще однієї в середньому віці чи ближче до літнього.

Нарешті, попереджає Леві, мікробіологи повинні не втрачати пильності, моніторячи ефекти будь-якої вакцини, націленої на того чи іншого представника нормальної мікрофлори тіла. «Щоразу як ми вибиваємо один організм із його ніші, ми маємо пам’ятати, що його місце займе щось інше», – пояснює він. Як головний приклад він наводить вакцину проти Haemophilus influenzae типу b (Hib), частого мешканця носа та горла. До впровадження ефективних вакцин (для дітей, які тільки вчаться ходити, у 1987-му та дітей до семи років у 1990-му) Hib був головним збудником бактеріального менінгіту, викликаючи в Сполучених Штатах десь із двадцять тисяч інфекцій та майже тисячу смертей на рік. Вакцини від Hib знизили ці рівні інфекцій та смертей на понад 80 %.

Радіючи цій новині, кілька обачливих мікробіологів на кшталт Леві чекали побачити, хто займе місце Hib. Серед найменш привабливих варіантів були Streptococcus pneumoniae та Staphylococcus aureus. Але на зміну Hib прийшов набір гемофільних бактерій типу b, що подекуди викликають синусит, переважно в дорослих. «Виходить, ми поміняли небезпечну для життя хворобу на неприємну для життя, – каже Леві. – Що ж, непоганий обмін, але іншим разом нам може пощастити менше».

Приручай і використовуй

Замість того щоб залишати результат на волю випадку, Леві та багато інших цікавляться можливістю проактивної заміни схильних до проблем бактерій тіла штамами та видами на наш вибір, ба навіть нашого власного виробництва.

Називайте це пробіотиками, конкурентним виключенням або бактеріально-замісною терапією – поняття умисного покращення якості наших мікробних мешканців сягає ще часів Іллі Мечникова, того самого мікробіолога XIX століття, який помилково вважав нашу кишкову мікрофлору паразитами в чистому вигляді. Можливо, Мечников і став на хибний шлях у бажанні хірургічно видаляти нашу товсту кишку (лише щоб позбавити нас від її шкідливих бактерій), але він, схоже, був на правильному шляху у відстоюванні щоденного споживання ферментованих напоїв та сирів з умістом молочнокислих бактерій. Мечников вірив, що ці «хороші» бактерії ведуть битву з нашою природною мікрофлорою. Сьогодні ж ми знаємо, що вони якраз співпрацюють із бактеріями нашого шлунково-кишкового тракту для відлякування потенційних агресорів, таких як ротавіруси, лістерія, сальмонела та інші.

Найретельніше вивченим пробіотиком сьогодення є харчова добавка на основі надзвичайно живучого штаму бактерії Lactobacillus rhamnosus, яку її розробники з Університету Тафтса Шервуд Ґорбач та Баррі Ґолдін на честь самих себе назвали Lactobacillus GG. З початку 1960-х років Ґорбач працював із молочною промисловістю, щоб визначити найкорисніші види бактерій для перетравлення молока. Зокрема, він цікавився пошуками штамів та видів, здатних витримати тривале проживання в товстому кишечнику людини. Проте за двадцять років досліджень йому так і не вдалося знайти щось хоча б віддалено живуче серед бактерій американських, європейських або азійських молочних культур. Хоча більшість живих харчових мікробів гинуть у кислотній ванні шлунка, багато з цих молочнокислих бактерій досягали товстого кишечника неушкодженими. Проте за день чи два вони також зникали.

А потім у 1983 році до лабораторної команди Ґорбача приєднався Ґолдін, і ці двоє вчених вирішили облишити дослідження молочних бактерій, натомість пошукати корисні лактобацили в травному тракті людини. Їхній новий курс потребував співпраці колег-учених, рідних та друзів, у яких Ґолдін випрошував пожертви у вигляді зразків випорожнень.

Почавши досліджувати цей урожай, Горбач та Ґолдін склали перелік бажаних властивостей. Вони вирішили, що ідеальний кандидат для пробіотичної харчової добавки має стабільно виживати у ванні шлункової кислоти та кишкової жовчі, міцно прикріплюватись до вирощених у лабораторії клітин кишечника та бути здатним пробити собі шлях у чашці Петрі, повній нормальних кишкових бактерій, таких як E. coli, а також більш небезпечних шлунково-кишкових мікробів, на кшталт сальмонели.

Навесні 1985 року вони виділили бактерію, що показала доволі непогані результати в усіх трьох тестах: Lactobacillus GG, яка сьогодні продається як харчова добавка «Культуреле». За два десятиліття з часу відкриття цього штаму Ґорбач, Ґолдін та багато інших опублікували понад сотню наукових статей, демонструючи його корисні якості, а найбільше – здатність допомогти в запобіганні та полегшенні гастроентериту, подразнення й запалення кишечника, що може виникати в результаті зараження шлунково-кишковим мікробом або порушення мікрофлори антибіотиками.

За межами кишкового тракту (хай і недалеко) пробіотики також виявилися здатними захищати від поширених вагінальних та сечостатевих інфекцій, знижуючи ризик захворювань, що передаються статевим шляхом. На початку 1970-х років канадський уролог Ендрю Брюс показав, що жінки з рецидивними вагінальними та сечостатевими інфекціями зазвичай мають у піхвах заблукалу E. coli, тоді як вагінальна мікрофлора жінок, що рідко (або й ніколи) мають ці інфекції, складається з обраної групи лактобацил. Ці лактобацили, схоже, агресивно відбивають вторгнення незваних гостей із розташованого поблизу шлунково-кишкового тракту. Велика кількість подальших досліджень підтвердила, що здорова піхва – та, де домінують лактобацили.

У 1980-х роках Ґреґор Рейд з Університету Західного Онтаріо продовжив роботу Брюса пошуком вагінального еквівалента Lactobacillus GG. Як і Ґорбач та Ґолдін, Рейд виявив, що молочні лактобацили, такі як L. acidophilus, не мають потрібних якостей для виживання там, де він цього хотів. Не має їх і Lactobacillus GG. Він почав збирати бактеріальні мазки з піхв жінок, у яких не було вагінальних або сечостатевих інфекцій упродовж кількох років. Із сотень можливих кандидатів він ідентифікував два штами, що потужно відлякували кишкові бактерії в лабораторних умовах. Lactobacillus rhamnosus G-1 та L. fermentum RC-14 відбивають атаки потенційних конкурентів за допомогою великої кількості перекису водню та розмаїттю біосурфактантів (слизьких речовин, що заважають зачепитись іншим бактеріям). Ці дві лактобацили мали й додаткову перевагу несприйнятливості до сперміцидів, що мають підлу звичку знищувати вагінальні бактерії, а отже, відкривати шлях для інфекцій.

Тестуючи свій пробіотик, Рейд слідкував за здоров’ям понад ста жінок, які або ковтали капсулу цієї харчової добавки, або вставляли її у вигляді вагінальної свічки. В обох випадках бактерії пробіотика потрапляли до сечостатевих шляхів жінки, ставали там основними мешканцями і так відновлювали різновид лактобацильної мікрофлори, пов’язаний зі стійкістю до інфекцій. У дослідженні за участі сорока жінок, що страждали на бактеріальний вагіноз, цей пробіотик показав себе більш ефективним засобом, аніж стандартне лікування антибіотичним гелем метронідазолом. Вагінальна мікрофлора повернулась до норми у вісімнадцяти з двадцяти жінок, які приймали пробіотик, а отже, показник ефективності лікування склав 90 %. Для порівняння, метронідазол вилікував лише трохи більш ніж половину – одинадцять із двадцяти жінок. Результати цього невеликого клінічного випробування Рейд опублікував 2006-го, того самого року, коли його пробіотик уперше з’явився в американських та канадських магазинах здорового харчування під назвою «Фемдофілус».

На жаль, на кожен науково протестований пробіотик, що стоїть на полицях вітамінних крамниць та аптек, знайдуться десятки аналогічних на перший погляд продуктів, повних мікроорганізмів сумнівної користі, а іноді й без відповідного маркування. Більшість із них, мабуть, нешкідливі. Але деякі містять стійкі до антибіотиків бактерії, що надзвичайно турбує мікробіологів, які розуміють, наскільки легко гени резистентності можуть поширитись від пробіотика до кишкової мікрофлори людини, а звідти й до хвороботворних організмів. Деякі виробники пробіотиків навіть розхвалюють стійкість своїх продуктів до антибіотиків.

Рецептурні пробіотики

Бувши на початку 1980-х років ще молодим лікарем, Крістіан Роос часто замислювався над упертими рецидивами стрептококових запалень горла, що мучили багатьох пацієнтів лікарні Ґетеборзького університету в Швеції. Деякі пацієнти звертались до його клініки кілька разів на рік із вогненно-червоними мигдалинами та поцяткованим білими плямами горлом. Роос знав, що приблизно чверть із нас продовжує носити в горлі Streptococcus pyogenes навіть після того, як лікування антибіотиками знизить його чисельність достатньо, щоб зупинити активне зараження. Така живучість частково пояснювала, чому деякі люди залишаються схильними до рецидивного зараження. Але не пояснювала, чому постійними носіями мікроба стають одні, а не інші.

Чи не могло бути так, що в горлі чутливих до запалення пацієнтів Streptococcus pyogenes стикався з меншою конкуренцією, ніж у тих, що залишалися здоровими? 1985 року Роос став керівником Клініки отоларингології ґетеборзької лікарні Лундбю, де мав кращі шанси знайти відповідь на це запитання. У Лундбю Роос сподівався детальніше вивчити ці повторювані інфекції, що його зацікавили. Не менш важливо, що регулярний розклад перевірок стану здоров’я людей у цій клініці давав йому можливість брати мазки із зіва не лише хворих, але й здорових.

І дійсно, Роос виявив, що, хоча більшість людей мають у горлі велику кількість нешкідливих альфа-стрептококів, ті, що переносять Streptococcus pyogenes, зазвичай їх майже або й зовсім не мають. Можливо, «хороші» стрептококи в буквальному сенсі якраз і тримають свого проблемного родича під контролем. Передчуття Рооса підтвердив досвід однієї родини. Після того як у найменшої дитини розвинулася викликана Streptococcus pyogenes хронічна шкірна інфекція, її мати почала страждати від рецидивного стрептококового тонзиліту. Аналіз показав, що їх обох заразив один і той самий підштам, але у хлопчика тонзиліту ніколи не було. Як виявив Роос, різниця між ними полягала в тому, що в горлі хлопчика містилась велика кількість альфа-стрептококів, тоді як його мати зовсім їх не мала.

Разом із кількома колегами Роос почав вивчати численні різновиди стрептококових бактерій, що ростуть у горлі здорових людей. До 1995 року вони розробили на базі декількох із цих мікробів лікувальний спрей для горла. У межах попереднього дослідження пацієнти, що лікувалися від стрептококового запалення горла, отримували або цю пробіотичну суміш, або просто спрей із солоної води для щоденного використання впродовж тижня після закінчення прийняття їхніх антибіотиків. За наступні дев’ять тижнів рецидивне стрептококове запалення мав лише один із 51 користувача пробіотиків, у порівнянні з 14 зі 61 пацієнта, які використовували плацебо, – а це десятикратна різниця в тривалості лікувального ефекту. У більш масштабному дослідженні за участі 342 пацієнтів, за якими слідкували впродовж десяти тижнів, різниця виявилась менш разючою, але все ж доволі суттєвою: стрептококове запалення горла повернулось у менше ніж 20 % тих, хто прискав у горло живі альфа-стрептококові бактерії, у порівнянні з 30 % тих, хто отримував просто сольовий спрей. Під кінець дослідження серед тих, хто використовував пробіотик, залишилося також удвічі менше прихованих носіїв Streptococcus pyogenes у горлі, ніж серед тих, хто отримував плацебо.

Поки Роос сподівався й очікував, що його пробіотичний спрей для горла почне виробляти якась фармацевтична компанія, він зацікавився питанням, а чи не може так само однією з причин рецидивних вушних інфекцій, що мучать багатьох маленьких дітей, бути брак захисних бактерій. Заблукалі горлові бактерії викликають ці інфекції, коли випадково застрягають у камері середнього вуха дитини. Знаючи, що одні горлові бактерії викликають більше вушних проблем, ніж інші, Роос почав дивитись на те, що живе у верхній частині горла здорових дітей. У процесі його дослідницька команда зібрала колекцію десь із шестисот видів альфа-стрептококів, яких вони протестували та розставили по порядку, згідно з їхньою здатністю пригнічувати чотири види бактерій, що найчастіше опиняються в інфікованих вухах дітей: Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae і, меншою мірою, Streptococcus pyogenes і Moraxella catarrhalis.

1996 року Роос розробив на основі п’яти найбільш вухозахисних бактерій спрей для носа, який він давав батькам дітей, що тільки вчаться ходити, з тривалою історією хронічних інфекцій. У дослідженні за участі 108 дітей половина отримувала пробіотичний спрей раз на день упродовж десяти днів, а половині впорскувалась просто солона вода. Під кінець трьох місяців майже половина з тих, що отримували пробіотик, залишалися вільними від вушних інфекцій. А з тих, хто отримував порожній спрей, те саме можна було сказати про менш ніж чверть дітей.

Хоча мало хто за межами скандинавських країн узагалі чув про дослідження стрептококового запалення горла від Рооса, поява вперто стійких до лікарських засобів вушних інфекцій зумовила потрапляння його «мікробного спрею» для носа в міжнародні заголовки, коли в січні 2001 року отримані ним результати опублікував British Medical Journal. За рік до того Американська академія педіатрії здебільшого визнала свою поразку у використанні антибіотиків для лікування вушних інфекцій. На той час дослідження вже підтверджували, що ці препарати допомагали не дуже, однак явно робили немовлят і маленьких дітей схильними до стійких до антибіотиків респіраторних та кишкових інфекцій.

Проте фармацевтичні компанії особливо не зацікавилися розробкою вухозахисного пробіотика від Рооса. За його визнанням, проблема тут може полягати в прибутковості. На відміну від «Культуреле» або «Фемдофілусу», що представлені на ринку як «харчові добавки», пробіотичні спреї, призначені для медичного застосування, мали би пройти низку дороговартісних клінічних випробувань, аби довести їхню безпеку та ефективність. Для такого роду капіталовкладення на багато мільйонів доларів інвестори хотіли б точно знати, що володіють ексклюзивними правами на цей засіб лікування. «Але, хоча ми можемо запатентувати нашу конкретну суміш організмів, – каже Роос, – хтось іще міг би дуже просто взяти й поєднати разом щось трохи інше з сотень захисних штамів, виявлених у людському горлі».

На ще одному фронті останні кілька років принесли крутий поворот у використанні пробіотиків для профілактики та лікування коліту з вини Clostridium difficile. Попри їх дедалі ширше застосування в Європі та Австралії, американські гастроентерологи продовжували відкидати такі засоби лікування як шарлатанство ще в 2001 році. А потім почалося поширення гіперсмертоносного C. difficile. Повторний аналіз понад тридцяти плацебо-контрольованих клінічних випробувань 2006-го, серед яких було багато європейських, підтвердив, що як мінімум два доступні в продажу пробіотики (Lactobacillus GG та «хлібопекарські дріжджі» Saccharomyces boulardii) допомагають запобігти зараженню C. difficile під час та відразу після курсу антибіотиків. Дріжджові грибки також виявились ефективними в лікуванні пацієнтів, що вже страждали від викликаної C. difficile хвороби, майже вдвічі знижуючи рівень рецидивності після стандартного лікування антибіотиком метронідазолом або ванкоміцином.

Більш ефективні пробіотичні ліки від коліту з вини Clostridium difficile можуть бути випущені після успішного тестування на тваринах кількох нетоксичних штамів цього ж мікроба. Нешкідливі C. difficile походять із понад п’ятитисячної колекції штамів мікробіолога Північно-Західного університету Дейла Ґердінга, який у 2005 році ідентифікував гіперсмертоносний новий штам, що вбивав лікарняних пацієнтів по всій Північній Америці та Великій Британії. Ґердінг відібрав зі своєї колекції три нетоксичні штами на основі їх частого виявлення у випорожненнях пацієнтів, у котрих не розвивалась діарея чи коліт, від яких страждали інші. У 2002-му Ґердінг показав, що щеплення будь-яким із цих трьох нешкідливих штамів хом’яків захищало понад 90 % тварин від подальшого зараження токсичними штамами. Оскільки C. difficile не приживається в кишечнику надовго, малоймовірно, що його нешкідливі штами конкурують із токсичними. Скоріше, на думку Ґердінга, вони можуть відігравати роль живої вакцини, що підвищує рівень захисних антитіл проти подальших інфекцій. Починаючи з 2006-го він співпрацює з біофармацевтичною компанією ViroPharma (Екстон, штат Пенсильванія) для тестування його захисних штамів на пацієнтах.

Клин клином вибивають

Коли в 1950-х роках Гайнц Айхенвальд та Генрі Шайнфілд відкрили суперечливе поле «конкурентного виключення», вони насмілились умисно заражати дітей Staphylococcus aureus, відносно нешкідливим штамом цього сумновідомого мікроба. Сьогодні немає жодних сумнівів, що їхній штам стафілококу 502A врятував життя десятків, а то й сотень новонароджених, навіть якщо лише через вірулентність і стійкість до лікарських засобів штаму стафілококу 80/81, що лютував тоді в пологових відділеннях.

І ще на початку 1990-х років як мінімум один лікар продовжував використовувати 502A для боротьби зі стійкими й вірулентними стафілококовими інфекціями. Невдовзі після прибуття в 1978 році до Медичної школи Арканзаського університету в місті Літл-Рок цей штам заново відкрив імунолог Расселл Стіл. «У ті дні імунолог був кимось на кшталт рідкісного птаха, – згадує він. – Вважалося, що хто, як не ти, має знати, чому люди захворіли. Тож місцеві дерматологи й почали відправляти до мене свої найтяжчі випадки». Серед цих випадків траплялися цілі родини, що місяцями, а то й роками страждали від жовтих чиряків та криваво-червоних гнійників стафілококових шкірних інфекцій. Пошуки підказок у медичній літературі привели Стіла до Шайнфілда, який заохотив його замовити флакон штаму стафілококу 502A з національного сховища Американської колекції типових культур у Роквіллі, штат Меріленд.

На відміну від «незайманої території» новонароджених Шайнфілда, пацієнти Стіла були вже міцно заселені стафілококом. Тому він почав своє лікування з артобстрілу пероральними антибіотиками, рецептурними мазями та душем із потужним дезінфектантом гексахлорофеном двічі на день. Після цього він упорскував у ніздрі кожного пацієнта дозу розчину штаму 502A. Щоб оцінити ефективність лікування, Стіл порівнював результати двадцятьох пацієнтів, які отримували спрей для носа з умістом 502A, з даними двадцятьох інших, що проходили такі самі процедури знезараження, а потім отримували впорскування просто стерилізованої води. Через шість місяців учасниками дослідження залишалися тридцять дві родини (деякі переїхали, а деякі почали приймати додаткові антибіотики у зв’язку з іншими обставинами). У п’ятнадцяти з сімнадцяти родин, щеплених 502A, цей штам усе ще міцно сидів на місці, і ніхто з них не мав жодного рецидиву чиряків, висипок чи гнійників. Натомість до одинадцяти з п’ятнадцяти родин контрольної групи стафілококові шкірні інфекції повернулися на повну силу.

1992 року дерматологи Літл-Рока втратили свого обізнаного помічника та його незвичайний засіб лікування, коли Стіл поїхав звідти, щоб приєднатись до викладачів медичного факультету Університету штату Луїзіана та попрактикуватись у її дитячій лікарні в Новому Орлеані. Через кілька років дерматологи знов постукали в його двері, цього разу в пошуках допомоги з підступними інфекціями МРЗС у школярів узагалі та членів шкільних спортивних команд зокрема. Коли Стіл потішив їх розповідями про штам 502A, вони нібито зацікавились. Але чутки про це швидко дійшли до лікарняних юристів. «Не встиг я й оком змигнути, як адміністрація заявила, що цим я поставлю медичний центр у небезпечне становище», – згадує він.

Слід визнати, що умисне зараження когось Staphylococcus aureus, навіть нешкідливим штамом, турбує не лише юристів. «Не думаю, що на цій планеті існує хоча б один штам стафілококу, який я міг би спокійно призначати пацієнтам», – каже мікробіолог із Колумбійського університету Френк Лові, один із провідних у світі фахівців з питань того, що робить цю бактерію такою небезпечною. «Слід пам’ятати, що стафілокок має у своєму розпорядженні надто багато потенційної зброї. Навіть штам 502A показав, що він здатний викликати хворобу». Більш безпечний підхід, на думку Лові, може полягати в пошуку потенційного конкурента серед менш небезпечних видів стафілококу, на кшталт всюдисущих мешканців шкіри Staphylococcus epidermidis та Staphylococcus warneri.

Приблизно в той самий час, коли лікарняні юристи в Новому Орлеані руйнували плани Стіла впорскувати стафілокок у носи пацієнтів, мікробіолог Річард Галл із Г’юстонського медичного коледжу Бейлора ніяк не міг повірити в реакцію на його божевільну ідею вводити E. coli пацієнтам у сечові міхури. До коледжу Бейлора якраз завітала гостя з Національних інститутів охорони здоров’я, зацікавлена у фінансуванні дослідницьких проектів, що могли б піти на користь американцям з обмеженими можливостями. Галл подумав про пацієнтів із травмами спинного мозку з сусіднього Інституту реабілітації та досліджень, де він консультував. Багато (якщо не більшість) із них, паралізованих нижче пояса, страждали від частих інфекцій сечового міхура та нирок, декотрі з них були небезпечні для їхнього життя. Проблема полягала в постійних катетерах, які вони мусили використовувати, бо ці пристрої заносили в їхні сечовивідні шляхи бактерії. Ситуацію погіршувало те, що довготривале використання антибіотиків для лікування цих інфекцій рано чи пізно викликало резистентність до багатьох ліків.

Галл почав думати, як можна завадити розвиткові таких інфекцій. Він пригадав, що, хоча в нормі сечовий міхур є стерильним, деякі люди спокійно носять у своїх міхурах бактерії, ніколи не хворіючи, причому присутність цих нешкідливих бактерій, схоже, блокує здатність інших організмів потрапляти всередину. А тому дослідник висунув ідею пошуку відносно безпечного організму, який можна було б умисно вводити в сечові міхури паралізованих. «Вона спитала мене: “А мінуси?” – згадує Галл свою бесіду з розпорядницею грантів НІОЗ. – Я сказав: “Ну, у рідкісних випадках це може викликати серйозне зараження, навіть смерть”. На цьому, я думав, і кінець». Натомість, на превеликий подив Галла, вона відповіла: «Гаразд, ми можемо з цим попрацювати». Ось якою нагальною була потреба розв’язати проблему інфекцій паралізованих пацієнтів із високою стійкістю до лікарських засобів.

Для розроблення своїх пробіотичних ліків Галл планував використати конкретного мікроба. Починаючи з 1980-х років він листувався з Катариною Сванборґ, гінекологом зі Швеції. Сванборґ виділила штам E. coli, який рік за роком знаходили в сечі маленької дівчинки, чиї сечовивідні шляхи та нирки залишались ідеально здоровими. «У Сполучених Штатах лікар ніколи не здогадається про наявність там бактерії, якщо вона не викликає інфекцію, – пояснює Галл. – Але у Швеції проведення щомісячного аналізу сечі є звичайною частиною профілактичних заходів».

Галл вивчив цього мікроба, названого E. coli 83972, у лабораторних культурах і прочесав його гени, щоб переконатися, що той не споряджений свого роду молекулярними абордажними гаками, які дозволяють деяким штамам E. coli спричиняти серйозне ушкодження сечового міхура. Після цього у двох пілотних дослідженнях наприкінці 1990-х років урологи з г’юстонського реабілітаційного центру вводили E. coli 83972 в сечові міхури п’ятдесятьом сімом паралізованим дорослим під їхнім наглядом. До початку пробіотичного лікування всі пацієнти мали рецидивні інфекції сечовивідних шляхів. Через рік усі вони, крім двох, залишалися вільними від інфекцій. Причому в обох винятках у пацієнтів спостерігалась одна й та сама легковиліковна інфекція сечовивідних шляхів, викликана іншим мікроорганізмом, ніж їхня пробіотична E. coli.

Два г’юстонські медичні центри продовжують використовувати пробіотик Галла за експериментальним протоколом. Тим часом він зі своїми студентами розпочав тестування потенційно більш ефективного підходу, поміщаючи сечовивідні катетери в розчин пробіотика та дозволяючи утворитися навколо них перед використанням у пацієнтів захисній біоплівці. Однак ще більш амбітний задум Галла полягає в тому, щоб почати використовувати генномодифіковану версію E. coli 83972, яку він створив для усунення будь-якої латентної здатності викликати проблеми. Зокрема, він вивів ген, здатний потенційно допомогти бактерії прикріпитися до тканини нирок, а також іще один, що дозволяє їй приліплятися до вистилки сечового міхура. По суті, Галл вірить, що такі делеції (вирізання ділянки ДНК) гарантуватимуть, що мікроб ніколи не «приліпиться» там, де він зайвий, без погіршення його здатності залишатися в сечовому міхурі у стані вільного плавання.

Працюючи зі своїм творінням у лабораторії, команда Галла не могла встояти перед спокусою зробити ще один крок – впровадити уризану, плазміду резистентності, що не передається. Ця петля генів резистентності мала дозволити їхньому пробіотику переносити лікування антибіотиками, які паралізовані часто приймають від інших інфекцій. Галл ще не випробовував своїх генетично вдосконалених штамів на пацієнтах – ця пропозиція все ще надто смілива для його кураторів. Але він далеко не єдиний у своєму прагненні створити кращих мікробів за допомогою генної інженерії.

Супергерой для рота

Улітку 1976 року новим співробітником Бостонського інституту Форсайта став стоматологічний мікробіолог Джеффрі Гіллман, що лише два місяці як закінчив аспірантуру. Одного ранку того літа він глянув униз на чашки Петрі, які наповнив бактеріями зубного нальоту, і побачив у морі білого дві плямки червоного. Наповнені агаром чашки містили індикатор pH, що ставав яскраво-білим у присутності кислоти – у цьому випадку молочної, яку виробляв Streptococcus mutans, головний винуватець карієсу. Червоні ж плямки були колоніями, що зазнали ушкодження одного з генів, який контролює виробництво цієї руйнівної для емалі зубів хімічної речовини. При цьому така мутація жодним чином не сповільнювала їхнє зростання. Це стало обнадійливою новиною для Гіллмана, який пішов далі, продемонструвавши, що його безкислотні мутанти чудово почуваються на штучних зубах, зроблених із біомінерального гідроксіапатиту, ніякого карієсу не викликаючи.

«На той час науковці всього світу вивчали, як саме люди заражаються Streptococcus mutans, – згадує Гіллман, – і чи можна замінити цей штам у чиємусь роті якимось іншим». Дослідження показували, наприклад, що більшість із нас успадковують Streptococcus mutans від наших матерів і що деякі штами виробляють значно більше каріозної кислоти, ніж інші. Крім того, варто поселитися в роті одному штаму Streptococcus mutans, як його виявляється надзвичайно важко посунути, щоб звільнити місце для іншого. «Ми випробовували ледь не всі божевільні речі, які тільки можливі», – каже Гіллман про тактику, яку він з колегами використовував, щоб прибрати Streptococcus mutans з рота добровольців, перш ніж прищепити їх експериментальними штамами. «Певний час ми фарбували їм зуби йодом. Потім спробували спорядити їхні зуби спеціальними ємностями з антибіотиками». Але хоч як Гіллман із колегами проганяли природний Streptococcus mutans людини або швидко перезаселяли зуби своєю безкислотною версією, такий перехід ніколи не зберігався довше ніж місяць-два. «Повільно, але впевнено природний штам людини завжди повертався», – каже Гіллман.

До 1982 року в Гіллмана з’явилося відчуття, що він уже вичерпав усі можливі хитрощі. Отоді його й осяяла ідея пошукати бактерію, здатну зробити брудну роботу за нього. Знайшовши такий суперагресивний штам, міркував він, з нього можна буде прибрати ген, що зумовлює вироблення кислоти. Разом із двома співробітниками своєї лабораторії Гіллман витратив рік, збираючи зразки слини студентів та викладачів Інституту Форсайта, й отримав у результаті сотні дещо різних підвидів Streptococcus mutans. Учені перевірили кожен мікроб на його здатність убивати інші штами, вирощуючи їх «пліч-пліч» у чашках Петрі. Вони зрозуміли, що знайшли свого досконалого кандидата, коли побачили одну дрібнесеньку колонію, яка розчистила навколо себе просто ідеальне коло на полі іншого Streptococcus mutans. Аналіз показав, що цей штам виробляє велику кількість нової речовини бактеріоцину (природного антибіотика).

1985 року Гіллман та двоє його співробітників стали першими «піддослідними кроликами», наносячи цей суперштам ватними паличками на власні зуби. Той одразу ж став постійним мешканцем ротової порожнини всіх трьох, виганяючи в процесі їхні власні Streptococcus mutans. Кілька досліджень на щурах підтвердили результати: одразу після введення цей мікроб послідовно виштовхує природні Streptococcus mutans тварин. Однак план Гіллмана просто вибити здатність мікроба виробляти кислоту наштовхнувся на перепону, коли ця мутація виявилася смертельною. Деякі штами Streptococcus mutans – і цей також – використовують молочну кислоту як спосіб утилізувати відходи обміну речовин, що інакше накопичувалися б до токсичних рівнів.

Гіллман розв’язав проблему, додавши зайву копію гена виробництва спирту, бо це дозволяло мікробу переспрямувати його відходи обміну речовин. «Штам, який ми отримали в результаті, майже нічим не відрізнявся від оригінального, за винятком двох генетичних модифікацій, які ми могли назвати літера за літерою», – каже Гіллман. Дослідження на щурах показало, що новітній Streptococcus mutans зберігав зуби практично безкарієсними під час дієти з високим умістом цукру, що за нормальних умов їх би зруйнувала. З огляду на потенційні міркування безпеки, Гіллман продемонстрував, що оригінальний штам, який мешкає в роті його самого та його партнерів, не поширювався на жодного їхнього родича понад десятиліття.

1998 року Гіллман зібрав результати своїх досліджень і звернувся до Управління з контролю за якістю харчових продуктів та медикаментів по дозвіл на випробування генномодифікованого Streptococcus mutans у добровольців. «На щастя, я й гадки не мав, що на мене очікує», – каже він. По-перше, регулятори Управління попросили Гіллмана скалічити його мікроб, щоб гарантувати можливість його прибрати, якщо він раптом почне викликати проблеми. «Коли ми спитали їх, якого роду проблеми, вони нічого не змогли до пуття назвати, – згадує він. – Думаю, ми тоді створювали прецедент для оцінки генетично змінених організмів».

Гіллман вибив ще гени, цього разу роблячи свого мікроба нездатним вижити без постачання двічі на день амінокислоти, яку рідко можна знайти в їжі. Для підтримки життя бактерії учасники дослідження мали регулярно користуватись ополіскувачем для рота з умістом цієї поживної речовини. «Плекаю надію, що, коли ми доведемо його безпеку, вони дозволять нам використовувати повністю функціональний організм», – каже він.

Упевнений, що задовольнив усі можливі міркування безпеки, у березні 2004 року Гіллман знов зустрівся зі своїми кураторами з Управління, організувавши перед тим біотехнологічну компанію Oragenics для фінансування необхідних клінічних випробувань. На свій подив, він дізнався, що його Streptococcus mutans віднесено до тієї самої категорії, що й потенційну біозброю. Спостережний комітет висунув такі вимоги: Гіллман може почати з невеликого випробування безпеки на десятьох людях, але вони всі мають бути беззубими, тобто носити повні зубні протези, які можна буде занурити в спеціальний розчин для знищення цього мікроорганізму після тижневого тестування. А коли вже почався набір добровільних учасників дослідження, Управління з контролю за якістю харчових продуктів та медикаментів додало ще кілька правил: ці добровольці не можуть мати в себе вдома дітей, їхні чоловіки чи дружини мають також носити повні зубні протези, подружжя повинне мати міцне здоров’я й бути не старшим за п’ятдесять п’ять років. «Ми просіяли понад тисячу потенційних добровольців і знайшли лише двох, що відповідали всім вимогам», – каже Гіллман. Нарешті, 2006 року це міні-дослідження на двох людях відбулося без жодних проблем і побічних ефектів, зате з повним знищенням мікроорганізму по закінченні семи днів.

За даними на середину 2007-го, Гіллман ще очікував дозволу на дослідження за участі людей, які мають власні зуби. А тим часом, поки Управління з контролю за якістю харчових продуктів та медикаментів вставляє палиці в колеса першого дослідника, що береться створити «дизайнерську мікрофлору» для використання в людей, наукові журнали повняться першими експериментами тих, хто прагне зайти ще далі. Змішуючи та поєднуючи гени різних організмів, мікробіологи всього світу сьогодні створюють трансгенних лабораторних мікробів із потенціалом до значно більшого, аніж просто витіснення їхніх проблемних колег у людському організмі. Одна європейська група вже провела перевірку безпеки їхньої трансгенної бактерії на десятьох пацієнтах, помістивши їх у лікарняний ізолятор, де з метою запобігти її випадковому витоку підтримувався тиск, нижчий за атмосферний.

Трансгенні пробіотики

Сорокатрирічний голландський фермер уже був пакував сумку, щоб залишити лікарню, коли його перехопили медсестри. «Після трьох днів він почувався настільки краще, що збирався додому, – згадує Майкел Пеппеленбош, бельгійський молекулярний біолог, який працює в Університетському медичному центрі Гронінгена в Нідерландах. – Довелося пояснити йому, що він поки не може просто піти, хоч як чудово почувається». Адже трьома днями раніше, весняного ранку 2003 року, цей фермер середнього віку проковтнув свою першу з двох щоденних порцій із десяти дрібних капсул, кожна з яких містила приблизно 10 мільярдів клітин використовуваної у виробництві сиру бактерії Lactococcus lactis. Цим непримітним актом голландець вписав своє ім’я в підручники історії, ставши першою людиною у світі, організм якої був умисно заселений трансгенними бактеріями. Живі мікроби, яких він проковтнув, несли в собі та активно проявляли людський ген імунозаспокійливого цитокіну інтерлейкін-10.

Дослідники давно знали, що в лабораторних тварин, нездатних виробляти інтерлейкін-10, розвиваються тяжкі форми запальних кишкових розладів, аналогічні хворобі Крона, що знесилювала цього голландського фермера вже понад двадцять років. Подібно до пацієнта з хворобою Крона, імунна система миші з дефіцитом інтерлейкіну-10 втрачає толерантність до нормальної мікрофлори травного тракту. Результатом цього стають нестерпні, а іноді й небезпечні для життя запалення та кишкові виразки. Але спроби вводити інтерлейкін-10 як лікарський препарат наражаються на багато проблем. Складно ввести достатньо імунозаспокійливої речовини в кишечник, де вона необхідна, однак ще складніше не дати їй потрапити в інші частини тіла, де її надлишок може викликати небезпечне пригнічення імунітету.

1999 року бельгійський молекулярний біолог Лотар Стейдлер запропонував нове рішення. Він узяв людський ген виробництва інтерлейкіну-10 і ввів його в хромосому L. lactis, бактерії живої культури, що зберігається в травному тракті людини від дванадцяти до двадцяти чотирьох годин, перш ніж бути виведеною з випорожнень. Це достатньо довго, щоб прийом харчової добавки двічі на день доправляв заспокійливий цитокін до кишкових тканин без ризику пригнічення імунітету по всьому організму.

Того ж року Стейдлер також досяг успіху в застосуванні свого трансгена для лікування мишей від еквівалента хвороби Крона. Але на той час він був лише одним із багатьох молодих учених, які вигадували лабораторні штами трансгенних бактерій у надії, що одного дня ці мікроби зможуть доправляти лікарські засоби або антигени вакцин до організму людей. Міркування безпеки вимагали, щоб усі ці дослідники тримали своїх генномодифікованих «франкенмікробів» в умовах жорсткої біологічної ізоляції, як і заселених ними лабораторних тварин. Подібно до Управління з контролю за якістю харчових продуктів та медикаментів, європейські органи охорони здоров’я лише почали розбиратися з потенційними наслідками використання генетично модифікованих організмів у людей. Бактерія, що виробляла потужний імунодепресант на кшталт інтерлейкіну-10, становила особливу небезпеку. Навіть якщо сам трансген виявлявся нешкідливим, катастрофу могло спричинити перенесення його нового гена хвороботворним мікробам, що дало б їм силу вимикати будь-яку протизапальну імунну відповідь.

Однак Стейдлер знову виявився розумнішим за більшість дослідників. Наділивши свій пробіотик L. lactis здатністю виробляти інтерлейкін-10, він ввів людський ген у самісінький центр наявного гена, необхідного бактерії для вироблення поживної речовини тимідину. Тому в результаті Стейдлер, як і Гіллман, отримав дизайнерський мікроб, нездатний довго прожити без спеціального підгодовування. На боці Стейдлера було також те, що L. lactis не входив до нормальної мікрофлори тіла. Споживаний у складі молочних продуктів, звичайний L. lactis зникає з кишкового тракту людини впродовж одного-двох днів. Нарешті, генна інженерія Стейдлера гарантувала, що, навіть якщо трансгенний L. lactis поділиться своїм геном інтерлейкіну-10 з іншими мікробами, одержувачі зможуть вставити нову ДНК виключно серед їхніх генів виробництва тимідину. А це означає, що вони теж стануть неповноцінними в плані харчування.

Одним із тих, кого найбільше вразив генетичний фокус Стейдлера, був Пеппеленбош. Ці двоє молодих бельгійців працювали за одним лабораторним столом, закінчуючи свої окремі дослідницькі проекти під час практики після докторантури у Фламандському інституті біотехнологій у Ґенті. Згодом Стейдлер переїхав до Ірландії, де став професором Університетського коледжу Корка. Пеппеленбош опинився в Нідерландах, де очолив власну лабораторію в Університетському медичному центрі Гронінгена. «Коли я дізнався, що Лотар не просунувся зі своїми клінічними випробуваннями в Ірландії, то запропонував йому спробувати попрацювати в цьому напрямі з голландськими регуляторними органами», – каже Пеппеленбош.

«На щастя, Лотар дуже добре спроектував цю бактерію, – додає він. – Отримання регуляторного дозволу було процесом тривалим, але ми не почули жодної офіційної скарги». Менш ніж через вісім місяців після звернення до голландських органів охорони здоров’я Пеппеленбош отримав дозвіл на проведення випробувань безпеки на десятьох пацієнтах із хворобою Крона, жоден із яких не реагував на традиційні засоби лікування на кшталт стероїдів. «То були пацієнти, для яких залишався один варіант – видалення кишки», – каже він. Фінансування цього історичного дослідження Пеппеленбоша частково надійшло зі Сполучених Штатів, а частково як приватний дослідницький грант від мільярдера-бізнесмена Ілая Броуда, син якого давно страждав на цю хворобу.

І ось упродовж двох з половиною років лікарі з амстердамського Академічного медичного центру циклами пропустили цих десятьох пацієнтів через свій однокімнатний, біологічно захищений ізолятор. За словами Пеппеленбоша, як і 43-річний фермер, котрий започаткував це дослідження, більшість пацієнтів повідомляли про різке зменшення симптомів. «Однак метою було показати не ефективність препарату, а лише безпеку, – швидко додає він. – Ми навіть не використовували плацебо для порівняння». Дослідники вирішили, що буде нечесно просити відчайдушно хворих добровольців ризикувати, отримуючи ще й фіктивне лікування на додачу до тяжкості життя в ізоляції впродовж дванадцяти днів.

Проте як перевірка на безпеку це дослідження виявилося цілком успішним. Трансгенний L. lactis не викликав жодних негативних наслідків і повністю зник із випорожнень добровольців упродовж доби після того, як вони проковтнули останню капсулу свого тижневого курсу. Як і очікувалося, протягом кількох тижнів після повернення добровольців додому їхні симптоми повернулися, спонукавши кількох просити продовження цього нетрадиційного лікування. «Ми, звісно, не могли цього зробити, – пояснює Пеппеленбош. – Регуляторні органи мають рацію: ми повинні бути обережними». І все ж він сповнений надій, що цим десятьом пацієнтам, як і п’ятдесятьом іншим, буде дозволено взяти участь у запланованому подальшому дослідженні. «Тепер, коли випробування безпеки показало, що біологічна ізоляція працює, – каже він, – ми очікуємо, що урядові регулятори дозволять нам провести наступне дослідження на базі амбулаторних хворих».

Тим часом Стейдлер та Пеппеленбош працюють над іще більш цільовим застосуванням трансгенних пробіотиків. Їхня ідея полягає в тому, щоб надати різноманітним типам бактерій, які виробляють лікарські засоби, додаткові гени виробництва антитіл, що спричинять прикріплення генномодифікованих мікробів до конкретних тканин тіла. Наприклад, пробіотик для боротьби з раком можна наділити геном виробництва антитіл, які дозволять йому приліпитися до поверхні клітин новоутворень.

Водночас у лабораторіях усього світу вчені тестують десятки інших трансгенних пробіотиків на тваринах. Є серед них і декілька різних видів вагінальних бактерій, що виділяють речовини, смертельні для ВІЛ. Наприклад, канадець Ґреґор Рейд створив команду дослідників зі Сполучених Штатів та Австралії з метою вдосконалити свій вагінальний пробіотик Lactobacillus reuteri людськими та рекомбінантними генами для виробництва коктейлю з трьох білків, що блокують здатність вірусу СНІДу прив’язуватись до імунних клітин, які той зазвичай руйнує, зливатися з ними та проникати всередину. Однак ближче до клінічних випробувань сьогодні підійшла лактобацила для боротьби з ВІЛ, що розробляється біотерапевтичною компанією Osel у Санта-Кларі, штат Каліфорнія. Ідея, що стоїть за її створенням, виникла в середині 1990-х років у хвилину перепочинку в лабораторії лікаря-науковця Стенфордського університету Пітера Лі. Він згадує, як усі сиділи й мріяли про способи унеможливити проникнення вірусів у людський організм. «І тоді я, – каже він, – запропонував спробувати залучити до цього бактерії, що живуть на наших слизових оболонках». Адже віруси майже завжди потрапляють в організм через ці вологі, напівпористі кордони.

Майже рік Лі студіював наукову літературу та розпитував колег, намагаючись знайти схожі дослідження. На його подив, каже він, не знайшлося жодного. «Але чим більше я про це думав, тим більше розумів, що до чого. Якщо наші резидентні бактерії вже й так формують захисний бар’єр, то чому б не модифікувати їх для ще більш ефективної боротьби з вірусами?»

Що Лі таки зумів знайти, то це публікацію про дослідницьку роботу гінеколога Шерон Гільє з Піттсбурзького університету. Гільє працювала з колегами в Африці над розробкою недорогих засобів, якими жінки могли б захистити себе від ВІЛ у місцях, де презервативи надто дорогі або неприйнятні з точки зору традицій. Для початку вона виявила, що жінки зі здоровою вагінальною мікрофлорою – тобто великою кількістю лактобацил – заражалися ВІЛ удвічі рідше, ніж ті, у яких цих захисних бактерій бракувало. Вона також почала перевіряти штами та види лактобацил, аби знайти ті, що могли би показати себе якнайбільш ефективними. Найкращими кандидатами виявились ті, що водночас виробляли велику кількість вірусопригнічувального перекису водню та формували природну біоплівку, яка «приклеювала» їхні клітини до поверхні піхви.

Лі почав обговорювати з Гільє ідею вдосконалення вагінальних мікробів для боротьби з ВІЛ методами генної інженерії. А 1998 року він заснував для втілення своєї мрії компанію Osel. Наукова команда Лі в Osel удосконалила вагінальну бактерію Lactobacillus jensenii людським геном клітинного білку CD4 – молекулярної мішені ВІЛ. Змішуючись із культурами людських клітин, цей трансгенний мікроб повністю блокував зараження лабораторним штамом ВІЛ і вдвічі зменшував заразність штаму, виділеного в пацієнта. 2006 року члени команди оголосили про створення того, що, на їхню думку, мало стати ще сильнішим засобом проти ВІЛ, – трансгенного мікроба L. jensenii, який виробляв руйнівний для вірусу білок, відомий своїм запобіганням зараженню ВІЛ у мавп. Ген цього білка (ціановірину N) був узятий у яскраво-блакитної ціанобактерії Nostoc ellipsosporum. На початку 2007 року наукова команда Osel перейшла до тестування здатності їхнього нового мікроба блокувати зараження ВІЛ у тварин. Лі продовжує розподіляти свій час між Osel і дослідницькою роботою в Стенфордському університеті, де сьогодні мріє створити мікробів, що блокуватимуть віруси, які викликають лейкемію.

А поки Гіллман та Лі працюють на передньому краї спроб генетичного вдосконалення нашої природної мікрофлори, інші вчені досліджують можливість створити живі трансгенні вакцини. Ці футуристичні вакцини мають складатися з нешкідливих представників нашої мікрофлори, модифікованих для експресії антигенів (молекулярних маркерів) небезпечних патогенів. У теорії, щойно такий мікроб оселиться в нашому тілі, він спонукатиме нашу імунну систему виробляти антитіла проти «поганця», чий «чорний капелюх» він носить.

Одним із перших, хто запропонував дієвий зразок такої живої трансгенної вакцини, був Вінсент Фіскетті з Рокфеллерівського університету. 1995 року він створив штам бактерії ротової порожнини Streptococcus gordonii, поверхня якого всіяна характерними антигенами Streptococcus pyogenes. Аналогічно біологи з Університету штату Нью-Йорк створили трансгенний штам Streptococcus gordonii, що носить антигени Porphyromonas gingivalis, винуватця руйнівних для кісток захворювань пародонту. А у французькому Інституті Пастера імунологи створили цілу низку живих вакцин із бактерії йогурту Lactobacillus plantarum, серед них ту, що виробляє сегмент токсину правця, і ще одну, яка вакцинує проти Helicobacter pylori, збудника виразки шлунка. Інші вчені також створили трансгенні бактерії, що підвищують імунітет до сальмонели, шигели, лістерії, збудників холери, туберкульозу, чуми, сибірської виразки, навіть ракових пухлин – усі з них показали доволі непогані результати в тестуванні на лабораторних тваринах.

Паралельно інші дослідники створюють трансгенні бактерії, що спонукають імунну систему виробляти антитіла проти проблемних хімічних речовин власного виробництва нашого організму. Швейцарські вчені, наприклад, розробили трансгенну версію бактерії йогурту Lactobacillus johnsonii, що носить на своїй поверхні людський варіант алергійного антитіла IgE. Коли тваринам вводили цього мікроба, це спонукало їхні імунні системи виробляти інший різновид антитіла (IgG), що знищує проблемні IgE.

«Використання живих бактерій-носіїв дає нам потужний інструмент для ефективної доставки антигенів вакцини, – писала в огляді цієї нової, швидкої в зростанні галузі 2001 року німецький імунолог Єва Медіна. – Для експлуатації цієї системи пропонуються майже необмежені можливості».

Щоправда, не всі настільки сповнені ентузіазму. «Перспектива того, що генні модифікації можуть удосконалити пробіотичних мікробів, серйозно врівноважується потенціалом перетворення нешкідливих, корисних мікробів на небезпечні патогени», – стверджує генетик Джо Каммінс, який нещодавно вийшов на пенсію з Університету Західного Онтаріо. За словами Каммінса, однією з найбільших небезпек є те, що бактерії, введені одній людині, можуть легко перейти до іншої. Коли доходить до вакцинації від небезпечних бактерій, таке незалежне поширення може виявитись навіть дуже корисним. Але воно сильно ускладнює гарантування безпеки, бо живі вакцини потраплятимуть до організму не лише людей із послабленим імунітетом, але й цілком здорових.

Каммінс наголошує на ще одній небезпеці: жива вакцина, що оселяється на постійній основі в роті, горлі чи кишечнику, може мати непередбачений ефект, сприяючи імунній толерантності, а не відповіді, спрямованій на боротьбу з хворобою. «Коли якась бактерія стає постійною частиною екології тіла, імунна система, ймовірно, починає розпізнавати її як саму себе, – стверджує він, – і в цьому стані вона більше не сприяє виробленню антитіл проти хвороботворних бактерій». Каммінс посилається на нещодавні відкриття імунологів, які показали, що повторна подача майже будь-якого антигену вимикає імунну відповідь тіла, принаймні якщо вона відбувається за відсутності сигналів про небезпеку на кшталт ушкодження тканин. Імовірно, саме так наш організм виробляє толерантність до антигенів у їжі, а також мікрофлори нашого травного тракту та верхніх дихальних шляхів.

Каммінс розглядає конкретний момент, пов’язаний із живими вакцинами, націленими на власні сигнальні молекули та антитіла імунної системи. «Досвід говорить нам, що втручання в імунну систему може призвести до неприємних сюрпризів», – попереджає він. Як приклад він наводить нещодавній випадок із нешкідливим вірусом мишачої віспи, що неочікувано став смертельним, коли австралійські дослідники додали йому ген білка, виявленого на поверхні яйцеклітин миші. Вчені намагалися створити мишачий контрацептив, але вакцинація мишей цим рекомбінантним вірусом просто змела цілу гілку імунної системи.

Пробіотики для худоби

Крім того що нове покоління вакцин та пробіотиків може повести людську медицину в новому напрямі, воно ще й пропонує спосіб зняти нашу худобу з «бігової доріжки» антибіотиків. Навесні 1998 року команді Служби сільськогосподарських досліджень Міністерства сільського господарства США «Їжа та корм» із міста Коледж-Стейшн, штат Техас, схоже, вдалося досягти значного успіху в цій справі. Співробітники цієї лабораторії виготовили простий у застосуванні пробіотичний спрей, що запобігав заселенню щойно вилуплених курчат сальмонелою, небезпечною харчовою бактерією, яка часто робить заразними недоготовані яйця та курятину. Цей спрей, який фермери могли за лічені хвилини розпилювати над сотнями курчат, містив суміш із двадцяти дев’яти видів нешкідливих та живучих бактерій, виділених Девідом Нісбетом і його колегами з травного тракту здорових курей. Одна-єдина обробка давала довічний захист від сальмонели понад 99 % курчат, і в справі прискорення набирання ними ваги її можна було порівняти з антибіотиками сприяння росту.

Дослідники назвали свій препарат «Преемпт», а його схвалення Управлінням з контролю за якістю харчових продуктів та медикаментів у березні 1998 року посприяло появі по всій країні заголовків новин типу «Бактерії проганяють пташиних мікробів» і відеосюжетів про те, як фермери радісно обприскують зграї гарненьких жовтеньких курчат. У прес-релізах компанія MSBioscience, постачальник птиці з ліцензією на ринковий продаж «Преемпту», описувала його як «перший із нового покоління мікробних препаратів, розроблених з метою вдосконалити захисні властивості організму проти хвороб». Виступаючи перед журналістами, один із розробників препарату Джон Делоач додав, що одного дня поширення цього спрею зуміє зменшити кількість небезпечних патогенів у яйцях та сирій курятині до рівня «настільки низького, що це не матиме значення».

Проте святкування в медіа появи «Преемпту» скоро вщухло, і первинний наплив попиту на нього зменшився до небагатьох довготривалих замовлень від органічних фермерських господарств. 2002 року компанія MSBioscience тихенько вивела свій препарат із північноамериканського ринку. Що ж сталося? Мікробіолог Тодд Келлевей, який приєднався до команди пробіотиків Служби сільськогосподарських досліджень у 1999-му, каже: «Цей препарат був успішним, але просто не коштував так дешево, як антибіотики. Використання “Преемпту” обходилось приблизно в цент на кожного птаха, тоді як за допомогою антибіотиків фермери могли отримати той самий ефект стимуляції росту за третину цента». Що ж до користі «Преемпту» в боротьбі з сальмонелою, то кури не страждають від неї так, як люди, а тому ніхто не був готовий більше платити фермерам, що використовують «Преемпт», за постачання курятини і яєць без цього небезпечного харчового патогену.

Далека від розчарування, команда Служби сільськогосподарських досліджень повернулася на ринок зі свинячою версією «Преемпту», що обіцяла знизити зараження сальмонелою та іншими небезпечними людськими патогенами у свинині. Але цього разу дослідники націлились уже на препарат, що насамперед мав приносити фермерам гроші, зі зниженням рівня заразних для людей бактерій як «безкоштовним» бонусом для споживачів. Вони запропонували пробіотик, що захищає від, можливо, найбільшого прокляття сучасного свинарства – проносу, діарейної інфекції, яка спричиняється понад десятком штамів токсичної кишкової палички. Ці штами E. coli, що викликають пронос у свиней, не становлять жодної небезпеки для споживачів, але вбивають мільйони поросят щороку. У молодих тварин інфекція часто розвивається під час стресу зразу після того, як їх відлучають від матерів і збирають разом у переповнених загорожах.

«На це сумно дивитись, – каже Френсіс Форст, який наглядає за вирощуванням десь чверті мільйона свиней на рік у спеціалізованому Центрі свинарства в місті Ламар, штат Міссурі. – Поросята з проносом погано їдять, не ростуть, вони просто лежать собі там бліді, як крейда, зі здибленою щетиною та червоними й запаленими сідничками, немов у дітей із найгіршим різновидом пелюшкового дерматиту». Під час спалахів цієї недуги фермери нерідко втрачають близько 20 % поросят, пояснює Форст, а ті, що виживають, ростуть зазвичай повільно й уже ніколи не досягають повноцінної ваги. «Проти цього як слід не допомагає жоден антибіотик», – додає він. По суті, антибіотики часто роблять зараження токсичною E. coli тільки ще більш смертельним.

Прагнучи взяти участь у польовому випробуванні Служби сільськогосподарських досліджень, Форст виявив, що його працівники можуть легко прищеплювати понад 750 нещодавно відлучених від матерів поросят на день, упорскуючи пробіотик у рот тварин зі спеціального розпилювача з дозатором. Окрім запобігання проносу, каже він, ця суміш вилікувала багато з його вже інфікованих поросят. «Зміна була разюча, – згадує він. – Просто на очах ці свині з білих, мов крейда, ставали знову гарного рожевого кольору, здіймалися на ноги, починали стрибати навколо, добре їсти й гладшати».

Урешті користю для Центру свинарства в Міссурі стало зменшення смертності тварин на 2,5 %. Може здатися, що цифра не надто велика, але Форст множить її на додаткові 50 доларів, які його операція приносить на кожну додаткову свиню, постачену на ринок. Так от, упродовж року, коли він брав участь у польовому дослідженні пробіотика, загальна сума прибутку склала близько 312 тисяч доларів.

Далі команда Служби сільськогосподарських досліджень сподівається протестувати пробіотики на новонароджених поросятах, багато з яких так само страждають від проносу. «Щеплення свиней упродовж першої доби життя збільшує також наші шанси назавжди заселити їх правильними видами бактерій», – каже керівник дослідження Роджер Гарві. Свинарям на кшталт Форста подобається ця ідея, бо пробіотик можна легко додати до розкладу «дитячих уколів» та мінеральних харчових добавок, які отримують новонароджені поросята. «Ми вже й так їх добираємо, – каже Форст. – Було би просто додати туди впорскування препарату Роджера».

Тим часом компанія MSBioscience знаходить новий інтерес до «Преемпту» в Європі, де заборонено сільськогосподарські антибіотики. «Працюєте ви з курчатами, поросятами чи телятами, вам завжди вигідно мати на місці хороших мікробів, перш ніж там поселяться погані, – робить висновок Келлевей. – Але, доки фермер має доступний антибіотик, здатний допомогти довести тварину до ринкових кондицій за менші гроші, його не можна винуватити за вибір дешевшого засобу».

Друга неолітична революція

Відтоді як Земмельвайс і Лістер почали стерилізувати свої руки та хірургічні інструменти, мікроби, що нас оточують, майже одностайно вважалися загрозою для нашого здоров’я. Сьогодні ми маємо хлор у питній воді та бактерициди в мийних засобах. Просте приготування їжі перетворилося на вправу зі стерилізації харчів та кухонних поверхонь. Окрім позбавлення нас імунозаспокійливих переваг нешкідливих бактерій, зусилля з дезінфекції нашого життя привели лише до часткової перемоги в боротьбі проти інфекційних хвороб.

«Щоразу коли ви робите якусь поверхню стерильною, ви стаєте жертвою того, що на неї падає, – стверджує мікробіолог Рокфеллерівського університету Девід Талер. – Це як орати поле й не висаджувати нічого, а намагатись прохарчуватися всілякими бур’янами, що там раптом з’являться».

Талер найбільше відомий у науковій спільноті своїми ідеями про генетичні зміни, залучені до процесу розвитку клітин та еволюції видів. Однак в останні роки його інтелектуальні дослідження зосередились на тому, у чому він вбачає наступний великий стрибок для нашого власного виду, – перегляді наших відносин зі світом бактерій. Він називає це зорею «мікробної неолітичної революції». Так само як мисливці й збирачі кам’яної доби поступово перетворилися на сучасних людей, які вирощують собі їжу, Талер вважає, що з настанням другої неолітичної революції наші способи полювання на мікробів перетворяться на методи приручення бактерій та умисного засівання нашого довкілля ретельно дібраними штамами та видами.

«У цьому майбутньому ми не будемо стерилізувати зовнішні поверхні, такі як шкіра, повітря та дверні ручки, – каже Талер. – Дурість цього вважатиметься не меншою, ніж стерилізація кишечника в наші дні». Метою «чистоти» більше не буде «уникнути 99,9 % мікробів», додає він. Натомість вона полягатиме в досягненні ідеального балансу корисних мікробів. Ми більше не будемо драїти свої руки, обличчя й тіла антибактеріальним милом, а митимемо їх спеціальними пробіотичними сумішами, призначеними для покращення здоров’я. Пральні порошки міститимуть спорульовані або виморожені бактерії, що «пробуджуються», підтримуючи свіжість речей. Ми купуватимемо устілки для взуття, наповнені організмами, виділеними з ніг із найсвіжішим у світі запахом. Замість марних спроб дезінфікувати громадські туалети прибиральники обприскуватимуть унітази та дверні ручки локальними «хорошими» мікробами. Пасажири в громадському транспорті триматимуться за ремені, просякнуті бактеріями, що в разі контакту вбивають віруси застуди та грипу. Лікарні нарешті позбудуться свого прокляття – смертоносних, стійких до лікарських засобів мікробів – за допомогою штамів бактерій, які покращують імунну систему їхніх пацієнтів та допомагають їм боротися з хворобами.

Але щоб перейти з нашого теперішнього до уявного майбутнього Талера, потрібні величезні наукові зусилля. «Для початку нам знадобляться методи інвентаризації нашого мікробіологічного довкілля, як безпосереднього, так і глобального», – каже він. Зовнішнім поштовхом до такого майбутнього стало останнє десятиліття, що принесло багато чудових успіхів. Ми розробили більш повний перепис нормальної мікрофлори нашого тіла й поглибили розуміння ключових характерних відмінностей між нашими найвихованішими мешканцями і невеличкою жменькою хронічних порушників спокою. Ми також почали розуміти, що дозволяє одному штаму чи виду бактерій витісняти своїх конкурентів.

Але здебільшого ми вивчали своїх бактеріальних друзів та ворогів лише по одному чи по два за раз, а не як динамічні та різноманітні спільноти, що є їхнім природним станом. Тепер ми знаємо, наприклад, яка суміш бактерій домінує в роті з приємним запахом, стійкому до хвороб горлі й травному тракті здорової людини, свині чи курки. А чи готові ми зробити наступний крок – визначати ідеальний мікробний склад, щоб зробити, скажімо, медичну пов’язку несприйнятливою до Staphylococcus aureus або кухонну дошку негостинною для сальмонели?

Навіть після того, як ми схарактеризуємо широту нашого мікробного довкілля, завдання ще не буде виконано. Як і будь-яка екосистема, мікробні спільноти еволюціонують і страждають від різного роду згубних впливів. Талер малює перед нами майбутнє, у якому ми постійно будемо моніторити цю невидиму динаміку. У зовнішньому середовищі такий моніторинг може бути розширенням технології, що вже розробляється для виявлення біотерористичних загроз. На більш особистому ж рівні Талер передбачає, що лікарі підходитимуть до медичних оглядів з еквівалентом високопотужного мікроскопа, перевіряючи, щоб усі правильні мікроби були в потрібному місці та в оптимальній рівновазі. Варто також задуматись, каже він, що потрібне для розпізнавання та плекання людей, які не лише отримують користь від своєї здорової мікрофлори самі, але й поширюють її на інших.

Повертаючись до харчів та напоїв, де ми, люди, робимо перші дитячі кроки з приручення мікробів: науковці давно ставлять собі питання, чи не час вийти за межі культивованих йогуртів та сирів, повернувши назад представників мікробного життя, що колись насичували м’ясо, яке звисало з наших крокв, а також городину й зерно, які ми примітивно зберігали в льохах і коморах.

«Ідея умисного повернення бактерій у м’ясо чи городину змушує працівників Служби безпеки та перевірки харчових продуктів нажахано закочувати очі, – каже мікробіолог Служби сільськогосподарських досліджень Тодд Келлевей. – Але насправді не можна казати, що природа не терпить порожнечі – вона її любить. Вона дає “поганцям” шанс щось зробити». Якщо його колеги зуміють переступити через свої табу, каже Келлевей, цілком може знайтись застосування для таких препаратів, як спреї для м’яса та городини з умістом «протипсувних організмів» на кшталт кислототвірних лактобацил.

«Люди живуть у світі, що також є живим, – робить висновок Талер. – Намагання помістити себе в стерильне середовище не йде нам на користь. Значно краще було б навчитися жити в тісному зв’язку з нерозривним, неперервним світом живого».

Частина. VII. Зміцнення хворого

Арсенали [тіла] для відбивання бактерій є настільки потужними та містять так багато різних захисних механізмів, що від них нам загрожує більша небезпека, ніж від агресорів. Ми живемо серед вибухових пристроїв; ми заміновані.

Льюїс Томас, лікар та імунолог (1978)

Дракон усередині

До сьогодні запах перезрілого гарбуза викликає в Кевіна Трейсі спогади про травневий вечір 1985 року, коли до відділення невідкладної допомоги Нью-Йоркської лікарні надійшла маленька дівчинка з жахливими опіками. На той час Трейсі вже два роки проходив при цій лікарні стажування на нейрохірурга. В 11-місячної Дженіс були обварені понад 75 % тіла. Незадовго до того вона підлізла під ноги своєї бабусі, якраз коли та розвернулася від плити з баняком окропу. Поки Трейсі закінчував огляд тяжко ушкодженої дитини, медсестри змащували тіло Дженіс товстим шаром антибіотичного крему «Сільваден». Його різкий солодкавий запах став для Трейсі постійним нагадуванням про ту ніч і весь наступний неспокійний місяць.

Трейсі розумів, що шанси Дженіс вижити були доволі слабенькими, бо навіть найтовщий шар антибіотичної мазі не міг замінити їй втрачену шкіру – бар’єр тіла від невидимого моря бактерій, що її оточували. Щойно ці бактерії просочуються далі шкіри та слизових оболонок, результатом може бути запалення (сепсис) усього організму, малозрозумілий стан, причиною якого в 1980-х роках вважалися бактеріальні токсини. Сепсис часто стає смертельним, коли набуває хоча б однієї з двох тяжких форм. У Дженіс були обидві.

На четвертий день перебування дитини в лікарні тиск у неї почав стрімко падати до нуля, оскільки її кровоносні судини раптом стали так протікати, що рідина з них порозливалась у навколишні тканини. Маленька дівчинка перебувала в стані септичного шоку. Упродовж дванадцяти годин Трейсі з десятком інших лікарів та медсестер намагалися зберегти дитинці життя судинозвужувальними препаратами та вливаннями великої кількості внутрішньовенної рідини. Весь цей час вони усвідомлювали, що, якщо шок триватиме більш ніж півдня, їхні зусилля виявляться недостатніми, щоб урятувати її органи та кінцівки. Вони просто не знали, коли її стан покращиться і чи станеться це взагалі.

О дев’ятій годині наступного ранку тиск Дженіс підвищився й стабілізувався майже так само швидко, як до того впав. Вона не втратила жодного пальчика, але, ймовірно, перенесла ушкодження легень, нирок та інших органів. У наступні три тижні організм Дженіс поступово відходив від кризи, і на перший день її народження всі рідні зібралися в лікарняній палаті, щоб відсвяткувати цю подію з повітряними кульками та шоколадним тортом.

Наступного ж дня, коли Дженіс закінчувала обідати з пляшечки на руках у медсестри, у неї раптом закотились очі, а кардіомонітор видав рівну лінію. Трейсі згадує цей сюрреалістичний досвід: як він прибіг на крики медсестри, почав робити штучне дихання й допомагати кардіохірургові в безуспішних спробах перезапустити серце дівчинки. Переживши блискавичний удар септичного шоку, маленька Дженіс урешті стала жертвою відмови внутрішніх органів, викликаної його більш прихованим родичем – тяжкою формою сепсису.

Але ж чому так сталось? Ані тоді, ані зараз ніхто поки не зрозумів, чому тяжка форма сепсису або септичного шоку розвивається в одних пацієнтів, але не в інших. Іноді очевидною причиною здавалася присутність у хворого непереборної бактеріальної інфекції. В інших же випадках, на кшталт маленької Дженіс, бактерії, що викликали цей стан, залишалися настільки прихованими, що не виявлялись аналізами крові та сечі або під час розтину.

«Той випадок настільки засмутив і вразив мене, що змінив напрям розвитку моєї кар’єри, – каже Трейсі. – Замість того щоб стати нейрохірургом, я обрав дослідження сепсису». Хоч у свідоцтвах про смерть його згадують рідко, сепсис убиває близько чверті мільйона американців щороку, часто як «ускладнення» тяжких травм, хірургічних операцій або хронічних захворювань. «Щоразу як ви чуєте, що сьогодні, у наш час, хтось помирає від бактеріальної інфекції, – каже Трейсі, – істинною причиною майже завжди є сепсис».

Найбільшому ризику його розвитку піддаються люди з серйозними опіками тіла, імунодефіцитом, діабетики та паралізовані. В останніх двох групах погана циркуляція крові та відкриті ранки підвищують схильність до бактеріального зараження крові. Паралізований актор Крістофер Рів, наприклад, помер від сепсису в результаті інфекції пролежню, поширеної проблеми серед прикутих до ліжка чи інвалідного візка. За оцінками фахівців, мільйони інших людей щороку стають жертвами сепсису на останніх стадіях смертельних недуг, таких як рак чи серцево-судинні захворювання.

І хоча сепсис може запускатись у дію присутністю на заборонених територіях будь-якого роду бактерій, одні види мікробів пов’язані з ним більше за інших. Одним із найбільш сумновідомих є смертоносний штам МРЗС USA300, що вбив 21-річну зірку студентського футболу Рікі Ланнетті в 2003-му та призвів до ампутації ніг у молодих балтиморських жінок, які тієї ж зими лікувалися від спричиненої МРЗС пневмонії в Лікарні Джонса Гопкінса. Усі троє постраждали від септичного шоку. Так само звичкою викликати сепсис відомий стрептокок «токсичного шоку», що в 1990 році вбив творця «Маппет-шоу» Джима Генсона.

Двадцять п’ять років досліджень Трейсі допомогли виявити, що не бактерії дають вихід смертельному ураженню сепсисом, принаймні не безпосередньо. Восени того року, коли померла Дженіс, Трейсі створив команду з імунологами Ентоні Керамі та Брюсом Бетлером із Рокфеллерівського університету (зручно розташованого поруч із опіковим відділенням Нью-Йоркської лікарні). Керамі вже працював із сигнальною речовиною імунної системи (цитокіном), що викликала сильну втрату ваги (виснаження) у пацієнтів з хронічними інфекціями або пізньою стадією раку. Ця речовина стала відома як фактор некрозу пухлини (ФНП), бо була основною зброєю, що її розгортали протиракові імунні клітини, такі як макрофаги. Як виявилось, макрофаги так само розгортали ФНП для знищення бактерій та інфікованих клітин. В одному побічному проекті Бетлер вирішив подивитися, що станеться, якщо ввести мишам ФНП-блокувальні антитіла безпосередньо перед введенням їм шокової дози «ендотоксину» – речовини, виявленої на поверхні клітин 90 % усіх бактерій. Усі миші вижили. Це невелике дослідження порушило важливе наукове питання: а чи не може так бути, що саме ФНП, а не бактеріальний токсин є отрутою в основі смертельного сепсису?

Відповідь була ствердною, і Трейсі надав доказ. Спочатку він показав, що викликати септичний шок може введення лабораторним тваринам самого лише ФНП. Після цього продемонстрував, що цьому шоку можна запобігти, даючи тваринам ФНП-блокувальні антитіла, перш ніж вводити в їхні кровоплини бактерії. Цей висновок перевернув розуміння в медичному світі сепсису з ніг на голову: смертоносний сепсис породжується не бактеріями, а власною імунною системою людини.

Так званий ендотоксин, наприклад, виявився інертною хімічною речовиною ліпополісахаридом. Його присутність на поверхні більшості бактеріальних клітин є свого роду штрих-кодом, що сигналізує імунній системі про їх потрапляння до організму. Сьогодні ми розуміємо, що антибактеріальні імунні клітини, такі як макрофаги та нейтрофіли, реагують на цей червоний сигнал розгортанням ФНП та іншої біохімічної зброї. Проблема виникає, коли бактерії опираються, попри перші спроби імунної системи їх знищити.

Їхня вперта присутність, навіть у незначних кількостях, може підбити імунну систему на крайню, саморуйнівну лють. Те саме запалення, що, якщо придивитись, допомагає прискорити доставку імунних клітин та антитіл до конкретного місця інфекції, стає смертельним, коли лютує по всьому організму, без розбору відкриваючи кровоносні судини, доки циркуляція крові зупиниться, а органи та кінцівки почнуть відмирати від нестачі кисню.

У 1986–1987 роках знакові статті Трейсі з’явилися в провідних наукових журналах Science та Nature. На початку 1990-х біотехнологічні компанії кинулися проводити випробування антиФНП-терапій на пацієнтах. Усі вони показово провалилися. «Намагатися блокувати ФНП після розвитку шоку – це як зачиняти двері стайні після того, як коня вкрали, – каже Трейсі, озираючись у минуле. – Не можна просто взяти й розвернути ураження у зворотному напрямку після того, як воно вже набрало обертів». Ураховуючи складнощі імунної відповіді організму, Трейсі та інші вчені також підозрювали, що в різних пацієнтів і в різних точках швидкого каскаду септичного шоку надзвичайно важливі ролі відіграють іще багато речовин, окрім ФНП. А поки дослідники продовжують розгадувати ці таємниці, крах компаній, новостворених під потенційні ліки від сепсису, посіяв перестороги серед інвесторів, без яких вивести нові засоби лікування на ринок надзвичайно складно.

Зі свого боку Трейсі переключився на вивчення методів лікування менш яскравої форми сепсису, що врешті-решт убила маленьку Дженіс. Він запідозрив, що повільна відмова органів хворого під час тяжкого сепсису спричинена поступовим руйнуванням по всьому організму бар’єрів, необхідних для нормальної роботи. «Коли є тяжкий сепсис, хоч ви й не бачите значного ураження органів, пов’язаного з септичним шоком, із клітин починає витікати рідина, жовч змішується з кров’ю, а кисень у легенях – з водою, – пояснює він. – Можливо, коли ці бар’єри починають падати на клітинному рівні, невдовзі й органи виходять з ладу». Пацієнти та лабораторні тварини з тяжким сепсисом мають у своєму кровоплині відносно нетоксичний об’єм ФНП, додає він, а не високий рівень, характерний для гострого шоку. І лікування тяжкого сепсису препаратами проти ФНП тільки погіршує ситуацію.

1994 року Трейсі почав вивчати тяжкий сепсис усерйоз, ставши старшим науковим співробітником Інституту медичних досліджень Файнштейна в місті Мангассет, штат Нью-Йорк. Разом зі своїми студентами він шукав інші цитокіни, крім ФНП, що можуть вивільнятися під час більш повільного розгортання цього синдрому. Особливий інтерес становив виділений ними білок групи високої мобільності бокс 1 (HMGB1), відомий як амфотерин – здавалося б, поганий кандидат, бо виявити його можна практично в усіх здорових клітинах. Але подальші тести показали, що пацієнти, які помирали від тяжкого сепсису, мали в крові просто шалено високий рівень амфотерину. Дослідницька команда Трейсі також продемонструвала, що блокування амфотерину моноклональними антитілами витягувало лабораторних тварин навіть із пізніх стадій хвороби.

Сьогодні Трейсі й багато інших імунологів вважають тяжкий сепсис та септичний шок двома окремими синдромами, що виникають із того самого «зриву» імунної системи. Коли макрофаги та інші антибактеріальні клітини нездатні знищити бактерії на початку інфекції, вони можуть почати надмірно виявляти свої біохімічні заклики до зброї. Якщо цей надмірний вияв набуває форми ФНП, результатом може бути швидкий розвиток септичного шоку. Якщо ж це амфотерин, імунна система ініціює більш повільне розгортання тяжкого сепсису.

Оскільки тяжкий сепсис розгортається повільніше, ніж септичний шок, антиамфотеринові терапії цілком можуть досягти успіху там, де препарати проти ФНП провалились, каже Трейсі. Хоча сьогодні вже ясно, що препарати проти ФНП треба вводити до початку неконтрольованого розвитку септичного шоку, антитіла до амфотерину рятують лабораторних тварин, якщо вводяться максимум за тридцять шість годин після появи тяжкого сепсису. 2007 року мерілендська біофармацевтична компанія MedImmune та власна компанія Трейсі Critical Therapeutics співпрацювали з метою випробування антитіл до амфотерину на пацієнтах.

2000 року інтерес Трейсі переключився знову, цього разу на вивчення можливості більш раннього втручання, здатного завадити імунній системі стати на шлях обох дисфункцій. Він і його студенти знали, що блукаючий нерв, який контролює життєво необхідні функції, такі як дихання та серцебиття, також модулює запалення. Вони виявили, що шляхом електричної стимуляції цього нерва можна рятувати від септису лабораторних тварин. І що важливо, стимуляція блукаючого нерва не блокує здатність імунної системи боротися з бактеріями. Вона просто не дає тій поринути у вир самознищення. За наступні чотири роки Трейсі з колегами чітко з’ясували, як вивільнення блукаючим нервом ацетилхоліну (того самого нейтротрансмітеру, що регулює функціонування органів) залучає імунні клітини способом, що зупиняє перевиробництво ними запальних цитокінів, таких як ФНП та амфотерин.

«Цілком можливо, що ми здатні розробити для пацієнтів пристрій на кшталт кардіостимулятора, який блокував би ФНП та амфотерин», – каже він про потенційне застосування цього нового розуміння. Аналогічно, колеги Трейсі з Інституту Файнштейна показали, що можуть приборкати сепсис у мишей шляхом стимуляції блукаючого нерва препаратами або імітуючи його нейтротрансмітер ацетилхолін невеликими об’ємами нікотину. До появи терапій на основі цих результатів поки що далеко, особливо враховуючи, що біотехнологічні компанії стали обережно вкладати гроші в будь-якого роду засоби лікування сепсису. Однак імунологи на кшталт Трейсі плекають великі сподівання, що з часом вони такі ліки все ж розроблять. «Слід пам’ятати, що ще на початку 1980-х років тварині з сепсисом було просто нічого дати для порятунку, – зазначає він. – Сьогодні ж маємо багато шляхів рятувати хворих тварин. Історія підтримує в нас віру, що, якщо дійсно зрозуміти, як треба рятувати тварин, рано чи пізно з’явиться можливість рятувати й людей».

Якщо ж дивитися глибше, то, на думку Трейсі, наше нове розуміння причини сепсису допомогло розширити стратегію боротьби з інфекціями за межі лише зосередження уваги на вбивстві мікробів, ввівши до неї засоби лікування, здатні коригувати відповідь організму на вторгнення. «Давні греки мали рацію, – каже він. – Упродовж двох тисяч років їхня теорія медицини фокусувалася на збалансуванні рідин, вірі в те, що відновлення балансу в організмі веде до одужання. Усе це змінилось у XIX столітті з появою мікробної теорії хвороб». Хоча мікробна теорія й дала нам багато рятівних ліків, відкриття, що імунна система сама може ставати токсичною, повернуло центр уваги до відновлення хворого.

Хоча світ чекає на ліки від сепсису, реаніматологи наразі зберігають життя пацієнтів із кризою септичного шоку здебільшого за допомогою успіхів у догляді-підтримці: швидке вливання замісних рідин, кращі судиннозвужувальні препарати, навіть жорсткий контроль рівня глюкози в крові. Сьогодні виживають майже дві третини жертв сепсису – ще якісь двадцять п’ять років тому це була ледве половина. Тривожить те, що цього недостатньо, щоб компенсувати збільшення втрат. За нещодавніми оцінками Центрів з контролю та профілактики захворювань, щорічна поширеність сепсису в Сполучених Штатах зросла з приблизно 164 тисяч випадків у 1979 році до майже 660 тисяч у 2000-му (з 83 до понад 240 випадків на 100 тисяч американців). Крім того, це ще й недооцінені дані, бо враховують лише пацієнтів, лабораторні аналізи яких підтвердили присутність бактерій у крові. Але, як надто добре знають реаніматологи, інфекції в основі сепсису часто залишаються невиявленими.

Дослідження Дерека Анґуса з Піттсбурзького університету показали, що загальна кількість випадків сепсису – незалежно від позитивних аналізів бактеріальних культур – у 1999 році наближалася до мільйона і зростала зі швидкістю понад 6 % на рік. «Безперервне зростання епідемії тяжкого сепсису в країні має стати приводом для серйозної тривоги», – попереджав Анґус. Почасти це збільшення спричинене загальним старінням населення, бо в старих людей ризик сепсису вищий, ніж у тих, кому до вісімдесяти п’яти. Але останні п’ятдесят років принесли також зміну й «типового» людського організму.

Удосконалення біонічної людини

У наш час американські хірурги імплантують десятки мільйонів штучних елементів щороку, від штифтів у зламані кістки та стентів у кровоносні судини до штучних суглобів та механічних серцевих клапанів взамін пошкоджених. І щороку понад 1,5 мільйона з них інфікуються.

На початку історії медичної імплантації хірурги думали, що достатньо лише ретельно стерилізувати пристрої, які вони встановлюють, і саджати пацієнтів на антибіотики на день чи два для додаткового страхування. Однак лави біонічно вдосконалених людей не досягли ще й мільйонної позначки, як у 1980-х роках стало очевидним: наші кровоплини не є стерильними від мікробів місцями, якими ми їх чомусь вважали.

Сьогодні ми знаємо, що бактеріальні мешканці шкіри та слизових оболонок регулярно потрапляють у потаємні куточки нашого організму, і не лише крізь відкриті рани, але й через усюдисущі прищі, запалені ясна й постійні мікротравми від проходження травним трактом твердої їжі. Для здорових, живих тканин, що можуть швидко підготувати імунну відповідь, це не становить жодних проблем. Натомість сталь, плексиглас, медичний текстиль і подібні речі пропонують привабливо інертні території, де бактерії можуть затримуватись надовго, можливо, для створення родини, а то й будівництва складних цитаделей, відомих як біоплівки.

Виявляється, отримавши такий шанс, більшість бактерій не схильні до того самотнього й млявого стилю життя, який науковці бачать у пробірках. У природі вони з готовністю організовуються в різноманітні спільноти, розподіляючи обов’язки від виробництва їжі до утилізації сміття та організації захисту. У результаті біоплівки від природи резистентні до антибіотиків – почасти через їхню здатність відгороджуватись від оточення, а почасти через те, що вони можуть собі дозволити тримати деяких своїх членів неактивними, поза впливом препаратів, націлених на ріст і функціонування.

Наліт, який утворюється на нечищених зубах, є біоплівкою, і це пояснює, чому антибактеріальні ополіскувачі для рота ніколи не замінять їх фізичного чищення щіткою. Коли ж біоплівка формується на внутрішньому імпланті, єдиним варіантом часто є хірургічне видалення. Тому щороку проводяться десятки тисяч операцій на відкритому серці та видалень штучних суглобів, причому останні спричиняють травматичне ушкодження навколишніх кісток та м’язів. І це у випадках лише очевидних інфекцій, із високою температурою, болем та дискомфортом. Багато ж, якщо не більшість імплантів рано чи пізно стають домівкою для прихованих біоплівок. Переважна більшість цих маленьких бактеріальних спільнот ніколи не викликають проблем, бо зазвичай залишаються неактивними, не викликаючи жодного безпосереднього ушкодження і здебільшого уникаючи виявлення імунною системою. Небезпека з’являється, коли імунна система все-таки «вловлює їхній запах». Тоді є два варіанти: або вона терпить присутність біоплівки, або та стає свого роду скалкою, що викликає хронічне запалення чи навіть септичний криз.

Після того як до лав біонічно вдосконалених влились десятки мільйонів людей, медичний світ почав реагувати на цю дедалі більшу небезпеку, хоча й не завжди мудро. Наприклад, коли стало ясно, що на зубних імплантах часто поселяються бактерії ротової порожнини, багато стоматологів почали призначати всім, хто має хоча б штифтик, ударну дозу антибіотиків навіть перед звичайною процедурою видалення зубного каменю. Дальші дослідження показали, що це мало що дало для зниження ризику зараження імплантів і часто викликало проблеми на кшталт діареї та коліту, пов’язаних з антибіотиками. А інші дослідження підказують, що антибіотики можуть насправді заохотити бактерії утворювати біоплівки – як захисну реакцію на хімічну атаку.

А якби імпланти самі виділяли антибіотики? Чи не зробило б це їхні поверхні забороненою територією для мікробів? Деякі біотехнологічні фірми якраз і мають цю доволі суперечливу мету. Інші ж попереджають, що такий, здавалося б, логічний підхід є небезпечним. Вони вказують на уроки, засвоєні з використання гранул антибіотиків, що імплантувались під час хірургічних операцій для запобігання післяопераційним інфекціям. Багато років тому хірурги засвоїли, що мусять видаляти ці гранули вже впродовж кількох тижнів (або використовувати біорозкладні версії), інакше ті самі вкриваються шаром стійких до лікарських засобів бактерій. Підтверджуючи ці перестороги, перший антибіотичний імплант – механічний серцевий клапан «Сілзон» – фактично підвищував ризик зараження серця в пацієнтів. Подальші тести показали, що антимікробне покриття на цьому пристрої заохочувало прикріплення до нього бактерій.

Більш продуманими були нещодавні спроби завадити формуванню біоплівки, втручаючись у сигнали про «відчуття кворуму», якими члени бактеріальної спільноти обмінюються для координації своїх дій. У 1990-х роках принстонський біолог Бонні Басслер показала, що бактерії виробляють сигнальні речовини, які дозволяють їм спілкуватися з широким розмаїттям інших видів. Вона назвала цей другий тип сигналів про відчуття кворуму «бактеріальним есперанто». Схоже, що ця «мова» необхідна для росту багатовидових біоплівок, а тому є спокусливою мішенню для препаратів, які блокують їх формування.

Сьогодні Басслер є однією з понад десятка молекулярних біологів, які співпрацюють із фармацевтичними компаніями з метою втілити нове розуміння відчуття кворуму в препарати для руйнування біоплівок. Однак вона залишається доволі обережною в міркуваннях щодо правильності наповнення організму такими хімікатами. Зрештою, не всі біоплівки погані. Свідчення цього – захисні біоплівкові спільноти, що формуються лактобацилами в піхві та величезним різноманіттям бактерій у наших кишках. В обох випадках їх руйнування явно підвищує схильність до хвороб. Нещодавно Басслер та одна з її колишніх аспірантів Карина Ксав’є знайшли докази, що деякі кишкові бактерії можуть захищати від патогенів, таких як Vibrio cholerae, шляхом маніпуляції рівнями певних сигнальних речовин відчуття кворуму з метою «заплутати» ворога. З цих та інших, поки невідомих причин застосування препарату, що порушує відчуття кворуму по всьому організму, може мати катастрофічні наслідки.

Проте, як і з традиційними антибіотиками, зберігається можливість націлити руйнівників біоплівки на мінімізацію небажаних побічних ефектів. Наприклад, хірурги-ортопеди повідомляють, що за більшість інфекцій суглобових імплантів відповідають несуть два види стафілококу: Staphylococcus aureus та Staphylococcus epidermidis. Ці два види використовують спільну сигнальну речовину відчуття кворуму для ініціації формування біоплівки своїми представниками. Дослідники виявили, що можуть блокувати цю речовину невеликим білком під назвою РНКIIIінгібіторний пептид (РІП). Відкриття цього білка дає нову надію на «очищення» багатьох імплантів, що з часом вкриваються стафілококовими біоплівками.

Що ж до багатьох інших видів бактерій, які інфікують відновлені стегна й коліна, найамбітнішим із запропонованих рішень є створення самодіагностичного, самолікувального та самомоніторингового штучного суглобу. Цей футуристичний пристрій є породженням розуму інженера-біоніка та мікробіолога Ґарта Ерліха з Медичного коледжу Дрексельського університету у Філадельфії. Зводячи разом хірургів, мікробіологів та інженерів-біомеханіків, Ерліх організовує розробку того, що він називає «розумним» імплантом, насиченим водночас антибіотиками та руйнівними для біоплівки препаратами, які застосовуватимуться ретельно вивіреними в часі порціями. Координувати ці часові проміжки мають біодатчики, здатні виявляти сигнали про відчуття кворуму, якими мікроби обмінюються, коли «обдумують» життя своєї спільноти. Як скоро ця складна біоніка перетвориться з мрії на реальність, здебільшого залежатиме від успіхів у нашому розумінні таких «добіоплівкових» сигналів.

Тим часом деякі біоінженери продовжують шукати потенційно простіше рішення: метафоричний «тефлоновий» імплант. Справжній тефлон, на жаль, виявився надзвичайно сприятливим для утворення біоплівок. Теоретично, поверхня ідеального імпланта має бути надто слизькою або якимось іншим чином фізично незручною для затримки мікробів. Із багатьох матеріалів, що наразі розробляються, одним із найбільш перспективних є хітозан – хімічна сполука, що походить від хітину, жорсткого компоненту панцирів ракоподібних. Філіп Стюарт із Центру біоплівкової інженерії Університету штату Монтана порівнює розроблене його командою хітозанове покриття імплантів з «ліжком із гвіздків». Бактерії, що підходять до нього занадто близько, закінчують «дірками та протіканням», каже він. «Це може не вбити їх одразу, але точно відіб’є їм охоту захоплювати якийсь плацдарм». Аналогічно дослідники біоматеріалів із Цюрихського та Техаського університетів працюють разом над покриттям імплантів із поліетиленгліколю. Колись учені вважали, що ця речовина робить поверхню надто слизькою, щоб бактерії могли за неї зачепитись. Цюрихсько-техаська команда показала, що та фізично відлякує мікробів за допомогою мікроскопічних колючо-щетинистих волокон. «Для них це як намагатись пролізти крізь живу огорожу», – каже Джеффрі Губбелл із Цюриха.

Від сепсису до хронічного запалення

Смертельний сепсис є найнебезпечнішою відповіддю імунної системи на вперте існування бактерій у тілі, чи в живій тканині, чи прикріплених до якихось штучних елементів. Але це не єдиний шлях, яким відповідь імунної системи на живучість мікробів може піти не в тому напрямку. Якщо відповіддю є хронічне низькорівневе запалення, то результатом може бути один із широкого спектра частих і виснажливих розладів. Найпоширенішим із них є, мабуть, атеросклероз (затвердіння артерій). Дослідження вказують на те, що закупорення артерій виникає через запальну реакцію на бактерії, приховані у вистилці кровоносних судин. Довгий час залишається загадкою, чому імунна система однієї людини терпить їхню присутність, а в іншої відповідає нескінченним запаленням. Те саме можна сказати про Helicobacter pylori, колись усюдисущий шлунковий мікроб, що викликає виразки шлунка в невеликої кількості інфікованих, та Chlamydia trachomatis, збудника венеричного захворювання, що у своїй неактивній формі іноді запускає в дію запальний артрит.

Одним із підходів до цих так званих інфекцій-невидимок є намагання знищити їх антибіотиками; другим – виправлення людського боку проблеми. Другий підхід представлений протизапальними стероїдами. На жаль, вони можуть приносити з собою серйозний побічний ефект у вигляді пригнічення імунітету. Дехто сьогодні пов’язує свої сподівання з наступним поколінням безпечніших протизапальних препаратів, що використовуються в експериментальному лікуванні й також дають надії щодо боротьби з сепсисом.

«Оскільки тяжкий сепсис та септичний шок прогресують так швидко і відбувається так багато речей, які ми не до кінця розуміємо, – каже Трейсі, – я щиро вірю, що наші перші успіхи можуть прийти із запальними захворюваннями, які дадуть нам більше часу для втручання». З цією метою компанія MedImmune зацікавилась використанням антиамфотеринових антитіл Трейсі в лікуванні пацієнтів з ревматоїдним артритом. Трейсі також бере участь у розробленні електростимулятора блукаючого нерва, здатного полегшити розмаїття запальних розладів. За його словами, люди, можливо, навіть зуміють досягти такого самого прогресу з біологічним зворотним зв’язком. Ця ідея вже має прецеденти. «Люди вже можуть навчитися знижувати своє серцебиття, збільшуючи активність блукаючого нерва, – зазначає він. – Цілком може бути, що вони зуміють навчитись пом’якшувати симптоми артриту, запальних кишкових хвороб та інших розладів».

Дослідження на більш скромному рівні показує, що просте збільшення в раціоні харчування корисних жирів – особливо риб’ячого та оливкової олії – полегшує симптоми багатьох хронічних запальних розладів і допомагає запобігти запальному ушкодженню, що спостерігається при атеросклерозі. 2005 року дослідники з Маастрихтського університету в Нідерландах показали, чому це відбувається: споживання корисних жирів приводить до виділення нейрохімічного холецистокініну, що, у свою чергу, стимулює блукаючий нерв. Ці відкриття, схоже, рекомендують «середземноморську» дієту для тих, хто страждає від запальних розладів.

Одна підгрупа імунозаспокійливих засобів лікування заслуговує на окрему категорію. Адже, якщо бактерії, що опинились не в тому місці, здатні спричиняти руйнівне запалення, те саме може справджуватись і для відносної нестачі бактерій у потрібному місці, тобто в їжі, воді та повсякденному житті. Це зрештою є основним моментом так званої гігієнічної гіпотези і пояснює другу широко визнану користь пробіотичних харчових добавок: окрім конкуренції з хвороботворними мікробами та їх блокування, пробіотики, схоже, полегшують декілька видів запальних розладів.

До цих запальних кишкових розладів належать, зокрема, хвороба Крона та виразковий коліт. Хоча зрозумілі вони лише частково, ці розлади, схоже, є наслідком «протікання» вистилки кишкового тракту, що дозволяє бактеріям просочуватись у тканини, які лежать нижче, і викликати запалення. Це запалення посилює просочування, запускаючи коло погіршення болісного ушкодження, що може стати смертельним, якщо виразки спричинять прорив стінки кишечника. Що саме починає це коло просочування, залишається невідомим. Однак запалення, яке виникає в результаті, може поширюватись на інші частини тіла, такі як суглоби. Це, схоже, відбувається, коли антитіла, вироблені для боротьби з просочуванням кишкових бактерій, перехресно реагують на здорові клітини суглобової тканини, помилково відносячи їх також до мішеней для знищення.

Показано, що дуже багато різних пробіотиків забезпечують помірне полегшення у випадках як запальних хвороб кишечника, так і запального артриту. Найретельніше протестовано з них препарати «Культуреле» (Lactobacillus GG) та VSL#3, пробіотичну суміш, розроблену гастроентерологами Болонського університету. VSL#3 складається з чотирьох штамів лактобацил: трьох штамів біфідобактерій та одного з корисних мікробів ротової порожнини Streptococcus salivarius. Обидві суміші підвищують виробництво імунною системою протизапального цитокіну інтерлейкіну-10, знижують кишкове запалення та «скріплюють» природні бар’єри, що втримують кишкові бактерії на своєму місці. Як уже згадувалося, бельгійські дослідники нещодавно вдосконалили цей природний кишковозаспокійливий ефект пробіотиків шляхом уведення людського гена інтерлейкіну-10 сироробному мікробу Lactococcus lactis. 2006 року вони провели перевірку безпеки свого пробіотика, що виділяє інтерлейкін-10, на десяти пацієнтах із хворобою Крона, зробивши його першим трансгенним мікробом, використаним у людей. Хоча це тижневе дослідження було надто нечисленним і коротким, аби довести ефективність препарату, десять його учасників повідомили про полегшення їхніх звичайних симптомів діареї, здуття та артритного болю.

Немодифіковані пробіотики, такі як Lactobacillus GG, з їхніми протизапальними можливостями також можуть допомогти запобігти розвиткові екземи та інших алергійних розладів. У нещодавньому клінічному випробуванні дослідники давали цю харчову добавку вагітним жінкам із чутливих до алергій родин, тоді як контрольна група отримувала плацебо. Їхні новонароджені діти так само отримували цю харчову добавку (підмішану до грудного молока або молочної суміші). У віці шести місяців серед дітей, що отримували пробіотик, постраждалих від екземи було вдвічі менше, ніж у контрольній групі. Подальше дослідження показало, що цей захист був усе ще ефективним, коли ці діти досягли чотирирічного віку. В інших випробуваннях Lactobacillus GG також допомагала полегшити екзему в немовлят, у яких цей стан розвинувся внаслідок харчових алергій.

У дослідженнях на тваринах Lactobacillus GG, VSL#3 та інші пробіотики виявилися також ефективними в запобіганні автоімунним захворюванням, таким як діабет. 2006 року шведські дослідники з Лінчепінгського університету стали першими, хто довів такі засоби лікування до випробування на людях, залучивши двісті новонароджених із генетичними маркерами, що вказували на їхній високий ризик автоімунного діабету. Харчова добавка в цьому тесті складалася з чотирьох організмів: Lactobacillus GG, близькоспорідненої їй Lactobacillus rhamnosus LC705, біфідобактерії та штаму бактерії Propionibacterium freudenreichii з культури, що використовується для виробництва швейцарського сиру. Коли останні з цих дітей досягнуть свого п’ятиріччя, дослідники мають розшифрувати код, що вказує, хто отримував пробіотик, а хто плацебо, й оцінити, чи принесли ці пробіотики хоч якусь користь.

Зважаючи на швидкий розвиток імунної системи в ранньому дитинстві, давати дітям корисні бактерії цілком може бути надзвичайно добре. Менш зрозумілим є те, чи можуть пробіотики піти на користь старшим дітям та дорослим, особливо тим, у кого вже розвинувся якийсь запальний розлад. Першими більший імунологічний ефект від корисних бактерій намагались отримати дослідники гігієнічної гіпотези, такі як Умецу з Гарварду та Рук зі Стенфордом з Університетського коледжу Лондона. Вони добирали види мікробів з незвично потужними імунологічними ефектами, а потім вводили пацієнтам їхні вбиті клітини як вакцини (лістерій у випадку Умецу та мікобактерій у Рука та Стенфорда). 2006 року дві інші дослідницькі команди пішли ще далі за вагомі результати цих трьох першовідкривачів. Вони створили два набори біоінженерних вакцин, що походять від бактерій, але насправді їх не містять.

Імунопрепарати з імуномікробів

Осіннього дня 2006 року швейцарський імунолог Мартін Бахманн у чудовому гуморі веде свій сріблястий кабріолет «Ауді» на схід швидкісною автострадою, що сполучає Цюрих і Берн. Cytos Biotechnology – компанія, яку Бахманн допоміг створити, – тільки-но видала фінансовий звіт для інвесторів за третій квартал. Звіт вийшов особливо добрим завдяки успіху двох пілотних клінічних випробувань імунопрепарату, який Бахманн почав розробляти ще в докторантурі Цюрихського університету.

«Я цілком задоволений, – каже він про свій перехід від суто наукових до корпоративних досліджень. – Колись я починав з одним лаборантом у тісній кімнатці, а тепер у мене велика група, дуже організована, дуже серйозна, а я й далі займаюсь фундаментальними дослідженнями». Що ж до тих успішних пілотних досліджень, то одне з них охоплювало десятьох пацієнтів із задавненою сінною лихоманкою, що отримували шість ін’єкцій імунопрепарату Бахманна на тиждень. Упродовж усіх шести місяців, які тривало це дослідження, вони залишались вільними від симптомів захворювання. «Ми побачили збільшення толерантності в сто разів», – радіє Бахманн. Тобто коли медсестра піддавала імунізованих добровольців «назальному провокаційному тесту» (по суті, багаторазовому глибокому вдиханню пилку), вони витримували в сто разів більше алергену, перш ніж почати шморгати носом, аніж до лікування. Компанія ж сподівалась досягти хоча б скромного підвищення толерантності в десять разів. «Оце так результат, – радісно вибиває ритм на кермі своєї автівки Бахманн. – У дощовий літній день пилку в повітрі приблизно в десять разів менше, ніж у сонячний, і цього вже достатньо для зникнення сінної лихоманки в більшості людей. Досягти ж підвищення толерантності в сто разів означає практично створити ліки».

Друге обнадійливе дослідження того року охоплювало двадцятьох астматиків з алергією на пилового кліща і принесло аналогічні позитивні результати. Сімнадцять добровольців залишались вільними від симптомів алергії, навіть коли їм давали очні краплі, повні цього концентрованого алергену. Ще кращим, за словами Бахманна, було те, що дев’ятнадцять із двадцятьох відчули полегшення їхньої астми.

То як працює імунопрепарат Бахманна? «Ще навчаючись у докторантурі, я почав цікавитись, чому віруси породжують таку потужну імунну відповідь», – розповідає він про свої перші кроки. Він виявив, що ключовою особливістю тут є високо повторювана, майже кристалічна структура білкової капсули вірусу. Імунна система відразу ж розпізнає цю конструкцію як чужорідну, оскільки в людському організмі немає нічого й близько подібного до неї. Після цього Бахманн виявив, що може створювати власні вірусоподібні частинки, використовуючи вірусні білки. «Я відразу ж подумав про чудову можливість розробити вакцину, що породжуватиме дуже хорошу імунну відповідь на будь-який прикріплений до неї антиген».

Але, хоча вірусоподібні частинки Бахманна й притягували до себе увагу однієї гілки імунної системи (B-клітини, що виробляють антитіла), вони були нездатні справити сильне враження на Т-клітини, необхідні для породження тривалого імунітету. Саме тоді Бахманн і звернувся до бактеріального царства по імунну відповідь, якої потребував. Він позичив сегмент ДНК у мікобактерій, здавна відомих сильною імунозаспокійливою реакцією. В іншій частині біохімічного фокусу Бахманн помістив мікобактеріальну ДНК всередину своїх вірусоподібних частинок, майже так само, як власну ДНК пакував би справжній вірус.

«Найцікавіше, – каже він, – що упакування ДНК всередині вірусоподібних частинок захищає її від розщеплення й доправляє до потрібних імунних клітин». Зокрема, цей псевдовірус доправляє бактеріальну ДНК до дендритних клітин, що відіграють надзвичайно важливу роль у впливі на реакцію Т-клітин організму. Отриману в результаті вірусно-бактеріальну химеру Cytos Biotechnology запатентувала як «платформу імунопрепарату». Інтрига полягає в тому, що у випробуванні на пацієнтах з алергією на пилових кліщів Бахманн змішував свої вірусно-бактеріальні частинки з алергеном із наміром спровокувати алерген-специфічну реакцію. У випробуванні ж на пацієнтах із сінною лихоманкою він не додавав жодних алергенів, але отримав не менш корисний ефект. «Не думаю, що це має значення, – каже він. – Можливо, мікобактерії самі є потужними антиалергенами, а ми лише зімітували мікобактеріальну інфекцію, що відбувається в природі». Проте, попри весь захват Бахманна щодо перших результатів, його засоби лікування ще мають проявити себе в значно масштабніших клінічних випробуваннях. Якщо це станеться, він може отримати готовий для виведення на ринок препарат уже у 2010 році[1].

Налаштування мікроба

Мікобактеріальна ДНК так само відіграє важливу роль в імуномодуляційних вакцинах, що їх розробляє компанія Dynavax із Берклі, штат Каліфорнія, – біотехнологічна фірма, створена імунологом Еялом Рацом. На відміну від Бахманна, Рац вирішив залишитись у науці, а саме в Каліфорнійському університеті в Сан-Дієго, зібравши спочатку в Dynavax команду науковців для втілення результатів його досліджень у медичні продукти.

Перші дослідження Раца в середині 1990-х допомогли встановити, що саме в мікобактеріальній ДНК так сильно притягує увагу імунної системи. Виявилося, що це послідовність та відносна чисельність двох із чотирьох нуклеотидних «літер» (цитозину та гуаніну), які бактерія використовує для прописування своїх генів. Після цього Рац почав створювати власні послідовності цитозину-гуаніну (ЦГ), засновані виключно на мікобактеріальній ДНК з незначними варіаціями. Ці варіативні послідовності, схоже, породжують дуже різні відповіді імунної системи. Деякі виявляються потужно антиалергенними, тоді як інші полегшують автоімунні реакції, запальну кишкову хворобу, навіть смертоносний сепсис – принаймні в лабораторних тварин.

Стрибок у розробці засобів лікування для людей стався 2006 року, коли The New England Journal of Medicine опублікував результати першого проведеного фірмою Dynavax випробування на пацієнтах із використанням вакцини проти сінної лихоманки на основі ЦГ. Чотирнадцять із двадцятьох п’ятьох добровільних учасників цього випробування впродовж шести тижнів отримували ін’єкції активної речовини – послідовності хімічно видозміненої ДНК мікобактерій, прив’язаної до алергену пилку амброзії. Решта добровольців отримували плацебо. Препарат удвічі зменшив симптоми добровольців на наступні два сезони амброзії, достатньо, щоб жоден із них більше не потребував антигістамінних і протинабрякових засобів, які раніше їм доводилося приймати щоосені.

Уперед, у майбутнє

Наша імунна система безперервно взаємодіє зі світом бактерій навколо нас. Здебільшого ця взаємодія виявляється корисною, тримаючи мікроби на місці й підтримуючи імунну систему в стані спокійної готовності. У міру того як учені поглиблюють наше розуміння цієї двобічної динаміки, ми отримуємо дедалі більші можливості втручання, коли щось іде не так. З огляду ж на зростання рівнів смертельного сепсису та хронічних запальних хвороб, потреба в цьому ще ніколи не була такою гострою.

Епілог. Прийняття ідеї мікробіому

Від самого зародження цивілізації демон пошесті став частиною нашого життя та страхів. Покращення санітарних умов і антибіотики дали нам нашу першу потужну зброю проти цього страшного ворога. Але ми поводилися з нею необережно, не розуміючи ані ролі, яку бактерії відіграють у підтримці нашого здоров’я, ані їхньої нескінченної здатності адаптуватися до будь-яких отрут, які ми на них кидаємо. Хоча проблиски розуміння сягають ще часів Пастера (і його переконання, що життя без мікробів було б неможливим), спроби відрізнити «хороших» від «поганих» здебільшого губилися в азарті полювання на мікробів та показового подолання одного хвороботворного ворога за іншим.

Швидкий прихід стійких до лікарських засобів супермікробів став для нас гірким розчаруванням. «З еволюційної точки зору бактерії завжди мали перевагу», – каже Джошуа Ледерберґ, нобелівський лауреат, який разом зі своєю колишньою дружиною Естер розкрив механізми того, що він тепер називає «всесвітнім павутинням» мікробного обміну генами. «Бактерії здатні розмножуватись та еволюціонувати в мільйони разів швидше за нас», – зазначає він. Вони не переймаються тим, хто до якого виду належить, коли йдеться про обмін генами, потрібними їм для подолання наших антибіотиків і, якщо це відповідає їхнім інтересам, для знищення нас самих.

То чому ж вони нас досі не знищили?

«Ми потрібні їм, так само як вони точно потрібні нам, – каже Ледерберґ. – Мікроб, що вбиває свого господаря, заходить у глухий кут». Слід визнати, що ми продовжуємо заохочувати появу таких злочинних мікробів, даючи їм можливості перескакувати до нових господарів швидше, ніж вони доведуть до смерті старих. Завдяки особливостям сучасного постачання харчів, наприклад, смертельно небезпечний мікроб на кшталт E. coli 0157:H7 у наш час за якийсь день може потрапити з одного-єдиного зараженого фермерського поля на обідні тарілки по всьому континенту.

Мабуть, більше, ніж будь-коли, сьогодні жива броня нашої мікрофлори потрібна нам чітко на відведеному їй місці. За іронією долі, сучасна поінформованість населення про цих наших найближчих помічників походить із заголовків, що пов’язують кишкові бактерії з ожирінням. Хочеться вірити, що люди не зроблять із таких повідомлень у медіа висновок, що огрядність треба лікувати антибіотиками, а натомість усвідомлять, що наші кишкові бактерії завжди функціонували як життєво необхідний орган травлення (причому одні види більш ефективні в екстрагуванні калорій, ніж інші).

«Наші обрії розширилися б, якби ми почали бачити в людині більше, ніж один організм, – пояснює Ледерберґ. – Це суперорганізм, де є значно більше, ніж лише людські клітини». Ледерберґ називає це співіснування людських і мікробних клітин «мікробіомом», закликаючи нове покоління мікробіологів просувати наше розуміння того, як два дуже різних царства живого об’єднуються в ньому в єдине ціле. «Я ніколи не казав, що нам не слід узагалі вбивати мікробів, – швидко додає Ледерберґ. – Зрештою, мікроби не мають настанови ніколи не вбивати людей, навіть якщо це вкорочує віку їм самим. Однак важливіше те, що для нас краще прагнути відносин симбіотичного співіснування».

У цьому контексті лікування інфекційних хвороб стає не стільки війною з невидимим ворогом, скільки відновленням балансу – іноді зміцненням господаря, коли імунна система стає надто агресивною або починає нехтувати своїм обов’язком тримати кожного мікроба на своєму місці, а іншим разом підвищенням здатності нашої мікрофлори виконувати її численні життєво необхідні функції, найочевидніші з яких – травлення, відбивання атак патогенів та приборкання запалень. Чи готові ми до такого революційного погляду на біологію людини? Він цілком може бути ключем до нашого тривалого здоров’я та виживання в тому, що завжди було і завжди буде світом бактерій.

Подяки

Хоча кожна книжка – результат співпраці багатьох людей, для праці, яку ви тримаєте в руках, це особливо є саме так. Я можу лише почати дякувати всім тим ученим, бібліотекарям і колегам, які люб’язно приділили увагу моїм запитанням, проханням про інформацію та першим чернеткам. Ця книжка також стала можливою завдяки кільком щедрим грантам і стипендіям.

Директорський грант від Фонду Альфреда П. Слоуна дозволив мені поглибити та ретельно перевірити фактаж моєї дослідницької роботи, а також залучити до неї потужну команду наукових консультантів. Першим і головним із них стала Ебіґейл Сельєрс, професорка мікробіології Іллінойського університету, колишній президент Американського товариства мікробіології, плідна авторка захопливих книжок та популяризаторка науки. Окрім багатогранних консультацій Ебіґейл, декілька розділів цієї книжки виграли від перегляду їх гарвардським імунологом Дейлом Умецу, мікробіологом Колумбійського університету Аароном Мітчеллом і патологом Френком Лові з Колумбійського коледжу лікарів і хірургів. Я особливо вдячна директорові програми Фонду Слоуна Доронові Веберу, який побачив потенціал цього проекту.

Подяка також Фондові розслідувальної журналістики за величезну підтримку їхньої Книжкової премії 2005 року та Фондові Алісії Паттерсон за звання стипендіата-дослідника 2005 року, що дало цій книжці крила у вигляді серієї тематичних статей для їхнього інтернет-видання. Виконавчий директор ФРЖ Джон Гайд та виконавчий директор ФАП Марґарет Енґель доповнили фінансову підтримку їхніх організацій своїм особистим заохоченням.

З літературного боку моя робота надзвичайно виграла від допомоги команди наставників та редакторів. Проект книжки народився під час підбадьорливого для кар’єри п’ятимісячного навчання на знаменитому письменницькому семінарі Сема Фрідмана в Колумбійській школі журналістики. Мій агент Реґула Ноецлі подбала, аби цей проект потрапив у потрібні руки – Джо Вісновскі, мого талановитого редактора з видавництва Hill and Wang, мудрої людини, чиє бачення не давало мені зійти з наміченого шляху ці останні два роки. Марґерит Голловей, науковий керівник моєї магістерської роботи в Колумбійському університеті, вийшла далеко за межі своїх обов’язків, щоб допомогти сформувати декілька основних розділів цієї книжки. Багаторічний редактор журналу Parenting Маура Роудс хоробро розпочала свою фрилансерську редакторську кар’єру з допомоги мені з цим складним проектом. А ще я у вічному боргу перед моїми двома чудовими своячками Шерін Сакс та Кеті Снайдер, які покращили цю книжку уважним читанням та відгуками.

Без перебільшення можна сказати, що ця книжка не була б можливою без дослідницької допомоги Ніла Сільвери з Колумбійської бібліотеки біологічних наук. Дякую, Ніле!

Окрема подяка також еволюційному клітинному біологові Лінн Марґуліс із Массачусетського університету в Амхерсті. Надто коротка згадка про неї в цій книжці не розкриває всієї повноти важливості її роботи для нашого розуміння прокаріотичних та еукаріотичних клітин. Я завжди цінуватиму час, який провела з Лінн у процесі дослідницької роботи над цією книжкою.

Наостанок – але не в останню чергу – мій чоловік Ґарі та донька Єва живили цю роботу своєю любов’ю, терпінням та неослабною моральною підтримкою.

Сноски

1

Інформація подається станом на 2007 рік. (Прим. ред.)

Content

Джессіка Снайдер Сакс
Мікроби гарні та не дуже. Здоров’я і виживання у світі бактерій

Сім ключових термінів та понять Короткий довідник про мікробів

Пролог. Хороша війна пішла не так

Частина. I. Війна з мікробами

Частина. II. Життя на людині

Частина. III. Занадто чисті?

Частина. IV. Мікроби на препаратах

Частина. V. Бити не сильніше, а розумніше

Частина. VI. Не лише знищення: знешкодити, перенацілити, використати

Частина. VII. Зміцнення хворого

Епілог. Прийняття ідеї мікробіому

Подяки

Сноски