Джессика Сакс - МИКРОБЫ ХОРОШИЕ И ПЛОХИЕ. Наше здоровье и выживание в мире бактерий.
К концу восьмидесятых микробиологи всего мира с энтузиазмом взяли на вооружение изобретенный Пейсом метод. При этом они остановились на одном рибосомном гене (кодирующем одну из частей рибосомы — так называемую 165 рРНК), чтобы использовать его в генетической дактилоскопии бактерий. Вскоре секвенирование этого гена у каждой исследуемой бактерии стало общей практикой. В результате этих исследований была создана постоянно растущая библиотека вариантов гена 165 рРНК, которую можно было использовать для определения бактерий тем же способом, каким судебно-медицинские эксперты сравнивают обнаруженную на месте преступления ДНК с ДНК известных преступников.
Но, быть может, еще важнее было то, что зондирование с использованием гена 165 рРНК впервые дало микробиологам способ, позволяющий напрямую выявлять бактерий, которых нельзя выращивать в чистой культуре, то есть отдельно от сбивающей с толку мешанины из других микробов, вместе образующих единые природные сообщества55. Если же какой-либо “отпечаток” гена 165 рРНК отсутствует во всех библиотеках известных микроорганизмов, значит — эврика! — вы открыли новый вид. Более того, этот новый вид можно поместить в определенную систематическую группу, возможно — даже в какой-либо из уже описанных родов, сравнивая его с хорошо известными видами в поисках наиболее похожего.
Генные зонды Пейса открыли микробиологам новое окно в мир микробов. Например, в 1986 году Пейс опубликовал данные о том, что ранее неизвестные и не выращивавшиеся в культуре бактерии составили, как ни сложно в это поверить, 99 % всех бактерий в некоторых из исследованных им образцов почвы, грязи и воды. Не могло оказаться, что это относится и к сложным микробным сообществам, населяющим человеческий организм?
В числе первых исследователей, занявшихся поискам генов 165 рРНК в человеческих тканях, были микробиологи Дэвид Релман из Стэнфордского университета и Кен Уилсон из Университета Дьюка. В1991 году независимо друг от друга они оба занялись зондированием тканей пациентов, зараженных ВИЧ и страдающих болезнью Уиппла. Симптомы этой болезни, редко встречающейся у людей со здоровой иммунной системой, включают сильную потерю веса, артрит и повреждения различных органов. В течение восьмидесяти пяти лет медикам не удавалось культивировать маленький палочковидный организм, который попадался им в тканях пациентов, и поэтому у них не было возможности ни определить его, ни сравнить с другими, известными разновидностями бактерий. Проведенное Уилсоном и Релманом секвенирование гена 165 рРНК этого загадочного микроба позволило уверенно отнести его к порядку актиномицетов (Actinomycetales) — бактерий, образующих ветвящиеся нити, напоминающие гифы грибов (к этому порядку относятся многие представители микрофлоры ротовой полости и кишечника). Еще важнее было то, что Уилсон и Релман дали медикам новый метод генетического анализа, позволяющий быстро диагностировать болезнь Уиппла, что было жизненно важно, потому что своевременное лечение соответствующим антибиотиком позволяет останавливать развитие этой инфекции раньше, чем она вызовет необратимые нарушения в сердце и головном мозге.
Еще через пару лет Релман продолжил поиски гена 165 рРНК, на этот раз в ротовой полости здорового человека (своей собственной), с единственной целью — оценить уровень разнообразия ее экосистемы. Он вернулся в лабораторию от зубного врача с несколькими заранее стерилизованными пробирками, в которых находились соскобы, взятые с его зубов непосредственно из-под края десен. Затем вместе с сотрудниками своей лаборатории он амплифицировал бактериальную ДНК из этих образцов и секвенировал 264 различных варианта гена 16S рРНК. qyrb больше половины соответствовали вариантам этого гена, отмеченным у известных бактерий, а тридцать пять оказались отличными настолько, что указывали на новые для науки виды (а не штаммы, то есть разновидности, уже иЗвестных видов).
Начиная с 1994 года Брюс Пейстер и Флойд Дьюхёрст и3 Института Форсайта, филиала Гарварда, проводят генное зондирование на ген 165 рРНК для намного более полного анализа микробиоты ротовой полости, оценивая уровень разнообразия микроорганизмов у десятков испытуемых, как здоровых, так и страдающих от различных стоматологических проблем. К настоящему времени им удалось обнаружить варианты этого гена у представителей семисот с лишним разновидностей бактерий ротовой полости, большинство из которых были ранее неизвестны. Во рту одного человека, по данным Пейстера и Дьюхёрста, их обычно одна или две сотни. Некоторые из этих бактерий всегда связаны с расстройствами, в то время как другие способствуют свежему дыханию и поддерживают здоровье ротовой полости.
Ученые из Института Форсайта создали на основе своей обширной базы данных по гену 165 рРНК специальный ДНК- микрочип, который можно использовать как своего рода устройство для считывания штрих-кода, чтобы быстро определять, какие именно из двух сотен преобладающих разновидностей бактерий ротовой полости имеются у человека во рту и присутствуют ли они в большом или в малом количестве. Этот микрочип, хотя он еще и не готов к внедрению в стоматологическую практику, позволяет исследователям оценивать риск развития стоматологических заболеваний, выясняя, кого из “хороших парней” не хватает, а также кто из нарушителей порядка проник в ротовую полость. Он также позволяет им отслеживать, что происходит со сложными комплексами бактерий во рту пациента по ходу лечения, будь то обработка корневого канала или курс антибиотиков (то и другое иногда оказывается источником новых неприятностей).
ДНК-микрочипы позволили микробиологам отслеживать подобным образом изменения, происходящие и в других экологических нишах нашего организма. Например, в 2006 году Релман и Гордон вместе с учеными из Института геномных исследований в Роквилле (штат Мэриленд) завершили амбициозный проект по секвенированию гена 165 рРНК обитателей кишечного тракта. Они обнаружили в образцах стула двух здоровых взрослых людей больше двух тысяч различных вариантов этого гена, из которых около ста пятидесяти отличаются настолько, что соответствуют новым разновидностям бактерий, а тридцать пять — новым для науки видамб0.
Тем временем Релман и его коллеги продолжают находить бактерий в тканях, которые долго считались безмикробными. “Может выясниться, что в человеческом организме не так уж много тканей, в которых нельзя обнаружить присутствие бактериальной ДНК”, — говорит Релман. Представляют ли эти микробы скрытые инфекции или нормальную микрофлору — это еще предстоит выяснить. “На что я надеюсь, — говорит он, — так это на то, что, начав с образцов, взятых у здоровых людей, мы будем вправе предполагать, что обнаруженные у них микробы, вероятно, были с нами на протяжении какой-то части нашего пребывания на этой планете и вполне могут оказаться важными для нашего здоровья”.
Инфекции-невидимки или безобидные посторонние?
Надо сказать, что даже поведение хорошо известных бактерий, живущих у нас в организме, расходится со старым, прямолинейным представлением об инфекционных болезнях, воплощенным в незабвенных постулатах Коха, согласно которым любой болезнетворный микроб должен неизменно обнаруживаться в пораженном организме и всегда вызывать заболевание при введении новому хозяину. Helicobacter pylori — наверное, самый известный микроб, опровергающий этот пункт. Когда-то обитавший в желудках почти всего человечества, он лишь в последнее время начал вызывать язвы желудка. Но и сегодня Н. pylori вызывает язвы лишь у скромной доли носителей.
“Такие вещи сводят с ума микробиологов старой школы, — говорит специалист по молекулярной биологии Алан Хадсон, — потому что постулаты Коха здесь просто неприменимы”. Вопреки этим постулатам, такие скрытые инфекции, как вызываемая Н. pylori и другими недавно открытыми микробами, судя по всему, оказываются источником неприятностей лишь у некоторых людей и лишь иногда, обычно после многих лет, если не десятилетий непрочного мира между хозяином и бактерией.
Хадсон, микробиолог, гордящийся тем, что у него никогда не было собственного микроскопа, любит рассказывать одну историю из своей практики, показывающую, что генные зонды не только произвели революцию в медицинской микробиологии, но и сильно запутали эту областьб2. “Молодой солдат подхватывает за границей хламидиоз, известное венерическое заболевание, вылечивается от него антибиотиками, а потом возвращается домой и женится на своей школьной подружке, — начинает свой рассказ Хадсон, откинувшись в кресле за рабочим столом в тесном углу своей лаборатории в Университете Уэйна в Детройте. — Но три недели спустя у них обоих развивается сильнейший хламидиоз”.
Муж, исходя из обычных двойных стандартов, возмущен, что его девушка изменяла ему, пока его не было, хотя она это категорически отрицает. “И вот мне звонит врач из того городка, который пытается спасти их брак, — говорит Хадсон. — Он знал ее с детства и верит, что она говорит правду”. Этот врач хочет понять, мог ли муж каким-то образом заразить ее, хотя его, судя по всему, как следуетяечили и вылечили. “И вот я говорю ему: “Пришлите мне образец его мочи и мазок с ее шейки матки”. Причем это происходит уже после того, как они оба прошли полный курс антибиотиков под наблюдением этого доктора. “Я сделал ПЦР того и другого, — говорит Хадсон, — и оказалось, что у мужа по-прежнему явные признаки инфекции”. Хадсон предполагает, что, вместо того чтобы уничтожать возбудителей, антибиотики просто переводили их в неактивное состояние. Если одна из таких покоящихся клеток передалась новому хозяину (молодой жене), она могла начать делиться и вызвать развитие активной инфекции, которая затем передалась от жены обратно мужу.
