Внутренний накопитель

Для большинства из нас MRSA и С. difficile остаются пугающей, но отдаленной угрозой, которая убивает людей без разбора и которой мы пытаемся избежать с помощью, например, таких волшебных талисманов, как антибактериальные мыла и гели. Но особую тревогу вызывает то обстоятельство что за последние полвека организм обычного человека стал огромным накопителем устойчивых к антибиотикам бактерий. Иногда эти обитающие в нашем теле бактерии могут напрямую вредить нашему здоровью, в частности в тех случаях, когда они случайно попадают в не предназначенное для них место, например при ушных инфекциях у младенцев или при инфекциях мочевых путей у женщин. Но особенно опасен готовый набор генов устойчивости к антибиотикам, которым эти обитатели нашего организма могут делиться со своей намного более опасной родней.

Первые признаки растущей внутренней угрозы появились еще в шестидесятых годах, после сделанного Цутому Ватанабэ открытия, что кишечные бактерии могут обмениваться какими‑то загадочными “факторами устойчивости”, которые оказались плазмидами, набитыми генами устойчивости к антибиотикам. В 1969 году Эллен Мурхаус из Королевской коллегии хирургов Ирландии опубликовала результаты исследования, выявившего устойчивых к антибиотикам бактерий в стуле более 80 из 100 обследованных здоровых дублинских младенцев. Многие из этих микробов оказались неуязвимы для трех или большего числа антибиотиков, которые должны были останавливать их рост или вызывать их гибель. В 1972 году британский бактериолог Карен Линтон сделала следующий шаг в направлении, намеченном неожиданным открытием Эллен Мурхаус, установив, что большинство здоровых жителей Бристоля и его окрестностей были носителями устойчивых к антибиотикам кишечных бактерий, частота встречаемости которых оказалась в среднем выше у детей (67 %), чем у взрослых (46 %), но выше всего – у людей, работающих с сельскохозяйственными животными (79 %). Особую тревогу вызывало, что исследовательница показала способность устойчивых бактерий, выделенных из организмов испытуемых, без труда делиться генами устойчивости с другими бактериями, восприимчивыми к антибиотикам.

Несколько более утешительными были результаты другого исследования, проведенного примерно в то же время в Израиле: микробиолог Давид Сомполинский установил, что хотя курс антибиотиков и вызывал резкий всплеск устойчивости у кишечной микрофлоры пациента, в течение следующих месяцев уровень устойчивости постепенно снижался. А именно после двухнедельного курса тетрациклина и левомицетина более 80 % кишечных бактерий у испытуемых выработали устойчивость к этим антибиотикам, но два месяца спустя доля таких бактерий упала до 10 % – у всех, кроме госпитализированных пациентов, у которых уровень устойчивости микрофлоры по малопонятным причинам оставался высоким даже после окончания курса антибиотиков.

Открытия Сомполинского подкрепили распространенное представление о том, что устойчивых к антибиотикам бактерий неизбежно ослабляет их дополнительный багаж из обеспечивающих устойчивость плазмид. Согласно этой концепции, стоит убрать давление отбора, создаваемое антибиотиками, и устойчивые микробы вскоре уступят место своей восприимчивой к антибиотикам родне. Этих соображений оказалось достаточно, чтобы убедить врачей, работавших в шестидесятые и семидесятые годы, что восприимчивость к антибиотикам всегда можно восстановить, давая пациенту “отдых от лекарств” или просто переводя его на какой‑то другой препарат.

Одним из немногих, кого подобные рассуждения не могли успокоить, был молодой врач Стюарт Ливи, недавно окончивший Школу медицины Пенсильванского университета. Он относился к горстке тех практикующих врачей, кто догадывался о последствиях перемешивания генов, на что в то время начали проливать свет специалисты по бактериальной генетике, такие как Ватанабэ, вместе с которым Ливи учился в течение одного семестра в медицинской школе в Токио. В 1977 году, устроившись к тому времени на работу в Университет Тафтса, он начал первое широкомасштабное исследование с целью оценить уровень устойчивости кишечных бактерий на материале нескольких сотен разнообразных испытуемых, среди которых были госпитализированные пациенты и студенты, а также целые семьи из городской и сельской местности нескольких штатов. Результаты этого исследования потрясли даже самого Ливи. Устойчивые к антибиотикам микроорганизмы составляли 50 % или более кишечных бактерий у трети с лишним здоровых испытуемых, из которых никто не принимал антибиотиков уже больше шести месяцев. Ливи рассчитал, что из организма среднего американца ежедневно выходит с экскрементами от 10 миллионов до миллиарда устойчивых к антибиотикам кишечных палочек.

“Не могу забыть, в какое разочарование меня повергали конференции по медицинской микробиологии, – вспоминает Ливи три десятка лет спустя. – Люди, перед которыми я выступал, говорили: “Эти факторы устойчивости, может быть, и интересны генетикам, но они не составляют никакой клинической проблемы”. Меня это просто поражало, потому что я понимал, что это лишь надводная часть айсберга”.

Для тех же, кто прислушался к выводам Ливи, его данные стали опровержением идеи о том, что гены устойчивости уничтожаются отбором вскоре после того, как пациент перестает принимать антибиотики. Другие исследователи подтвердили этот тревожный новый вывод. В начале девяностых годов Абигайль Сэльерс из Иллинойсского университета в Урбане и Шампейне начала отслеживать ход распространения целого ряда генов устойчивости, которые ей далось выявить у множества штаммов и видов микроорганизмов из рода Bacteroides – одной из самых массовых групп кишечных бактерий. Сэльерс стремилась выяснить, откуда берутся эти гены и что способствует их распространению. Чтобы ответить на поставленные вопросы, она освоила методы микроархеологии и стала использовать ДНК‑зонды для поиска генов устойчивости в замороженных образцах стула, взятых с конца шестидесятых по начало девяностых годов как у здоровых испытуемых, так и у госпитализированных пациентов.

Ей удалось установить, что до семидесятых годов ген устойчивости к тетрациклину tetQ встречался менее чем у четверти представителей рода Bacteroides из исследованных образцов. При этом в образцах, полученных в девяностые годы, уже более 85 % представителей этого рода содержали данный ген независимо от того, был ли образец взят у госпитализированного пациента или у человека, не принимавшего никаких антибиотиков уже не один год. Сходным образом многие штаммы Bacteroides подхватили за прошедшие три десятка лет и три других гена (iermB, ermFи ermG), обеспечивающих устойчивость к более новому антибиотику – эритромицину. Доля таких штаммов возросла с менее 2 % в 1970 году до более 20 % в середине девяностых. Результаты, которые получила Абигайль Сэльерс, явственно свидетельствовали о том, что встречаемость устойчивых к антибиотикам бактерий в нашем организме неуклонно возрастала с каждым десятилетием.

Учитывая, что представители рода Bacteroides составляют не менее четверти кишечной микрофлоры человека, Абигайль Сэльерс понимала, какую угрозу таит постепенное возрастание их устойчивости к двум антибиотикам из числа наиболее часто прописываемых врачами по всему миру. “Эти бактерии сразу станут опасны, стоит им попасть в брюшную полость в результате какой‑либо травмы, – говорит она. – Но самая большая опасность состоит в том, что у большинства из нас в организме может содержаться более чем достаточно генов устойчивости, чтобы превратить инфекцию, которая прежде была излечимой, в неизлечимую”. По крайней мере теоретически, представители рода Bacteroides могут делиться своими генами с возбудителями опасных кишечных заболеваний, такими как заражающие пищевые продукты сальмонеллы, шигеллы и кампилобактеры, а также респираторных заболеваний, такими как золотистый стафилококк и пиогенный стрептококк, регулярно проходящие через кишечник, после того как мы проглатываем их вместе со слюной и слизистыми выделениями носовой полости.

Абигайль Сэльерс подсчитала, что такие бактерии, проходя через желудочно‑кишечный тракт, проводят от двадцати четырех до сорока восьми часов в контакте с “местными” бактериями. “А этого более чем достаточно, чтобы подцепить что‑нибудь интересное в таком клубе для обмена партнерами, как наша толстая кишка, – шутит она. – Иными словами, если использовать другое сравнение, мы превратили свой кишечник в бактериальный аналог сайта eBay. Вместо того чтобы вырабатывать устойчивость к антибиотикам трудным способом (посредством мутаций), можно просто заглянуть туда и приобрести ген, уже созданный какой‑нибудь другой бактерией”. Абигайль Сэльерс установила, что время, за которое штамм бактерий из рода Bacteroides может вырезать у себя ген tetQ и передать его другому подобному штамму, составляет всего несколько часов. В последнее время ее исследовательская группа в Иллинойсском университете изучала, насколько широко представители рода Bacteroides способны распространять эти опасные гены и какие условия побуждают их это делать.

Можно сказать, что работать в ее лаборатории значит играть роль свахи, подбирающей порой очень странные пары. Стоя за лабораторным столом, аспирантка Кая Малановска снимает крышку с чашки Петри, чтобы взять оттуда с помощью бактериальной петли порядка полумиллиарда клеток кишечной палочки. Она переносит их в пробирку, содержащую такое же количество клеток Bacteroides фetaiotoomicron, плавающих в крошечной лужице бульона с добавлением антибиотика. Очистив пробирку от кислорода, Кая оставляет оба вида бактерий вместе на целую ночь в уютном тепле лабораторной “кишки” – термостата размером с комнату, в котором поддерживается такая же температура, как в кишечнике здорового человека (37 °C). Для научного руководителя аспирантки не секрет, какой результат она получит через пару дней. “Бактериальный аналог случайных связей позволит двум видам обменяться несколькими генами”, – объясняет Абигайль Сэльерс. Β данном случае в связь вступают два вида, состоящие в очень отдаленном родстве друг с другом, как если бы корова спаривалась с пумой или даже со змеей.

Другое, потребовавшее еще больших усилий открытие ее лаборатории состояло в обнаружении генетических свидетельств того, что грамотрицательные бактерии из рода Bacteroides исходно подхватили некоторые из этих генов устойчивости с противоположной стороны царства бактерий – у таких грамположительных организмов, как образующий споры кишечный микроб Clostridium perfringens и палочковидная почвенная бактерия Bacillus sphaericus. Подобная передача генов – от жестких и тяжеловооруженных грамположительных клеток к Bacteroides thetaiotaomicron с их скользкой капсулой – долгое время считалась маловероятной, если вообще возможной. “Это как если бы броненосец спаривался с кальмаром”, – говорит Абигайль Сэльерс. Или, если точнее отразить степень эволюционного родства, как если бы броненосец скрещивался с секвойей.

Абигайль Сэльерс знает, что антибиотик в пробирке у ее аспирантки не только не сможет убить бактерий, плавающих внутри, но и будет способствовать передаче ДНК между ними. “Если представить себе передачу генов между бактериями как бактериальный аналог случайных связей между незнакомыми людьми, то антибиотики играют здесь роль афродизиака, – говорит она. – Тетрациклин может их как следует завести”. Такая рекация, возможно, связана с одним из многих методов совместного выживания, широко распространенных в мире бактерий. Принцип здесь, по словам исследовательницы, может быть такой: “Я поделюсь с тобой своими генами, если ты поделишься со мной своими”.

Абигайль Сэльерс разделяет обеспокоенность Стюарта Ливи из Университета Тафтса по поводу того, что не только антибиотики, но и многие другие современные антибактериальные продукты могут способствовать распространению устойчивости к лекарственным препаратом за счет этих и других трюков, которыми владеют бактерии. “Ливи указывает на серьезные основания для беспокойства, – говорит она, – поскольку некоторые из этих продуктов могут способствовать отбору мутаций, делающих бактерий устойчивыми не только к самим этим продуктам, но и к некоторым другим антибиотикам”. Особенное беспокойство у Ливи вызывает триклозан – химикат, который особенно часто добавляют в антибактериальные мыла, зубные пасты, ополаскиватели для полости рта и бытовые чистящие средства. В 1998 году сотрудница его лаборатории Лора Макмёрри показала, что триклозан действует скорее как антибиотик, чем как убивающие все подряд вещества для дезинфекции, такие как спирт или гипохлорит натрия. А именно она показала, что триклозан отключает фермент, используемый бактериями для синтеза жиров, причем совсем небольшое изменение ДНК, то есть мутация, позволяет кишечной палочке и многим другим микроорганизмам обходить эту преграду.

Сотрудники лаборатории Ливи с тех пор также показали, что триклозан может запускать механизм, обеспечивающий устойчивость ко многим антибиотикам у кишечной палочки, сальмонелл, шигелл и других кишечных бактерий. Он делает это, заставляя сработать ключевой генетический переключатель – так называемый оперон устойчивости ко многим антибиотикам, или mar (multiple‑antibiotic‑resistance орегоп). Этот переключатель в свою очередь активирует целый набор из примерно шестидесяти различных генов, помогающих бактерии выжить, в том числе ген так называемого откачивающего насоса, который выводит из бактериальной клетки не только триклозан, но и ряд других антибиотиков. Аналогичный генетический “рвотный рефлекс” запускается, когда эти бактерии сталкиваются с дезинфицирующими средствами, такими как скипидар, или химическими консервантами, такими как хлорид бензалкония и другие четвертичные аммониевые соединения, широко используемые в глазных каплях, аэрозолях для носа и косметике. Следовательно, все эти хозяйственные товары могут способствовать выработке у бактерий устойчивости ко многим антибиотикам, отбирая тех мутантов, у которых трюмный насос для откачивания антибиотиков работает круглосуточно. Проблему может усугубить то обстоятельство, что триклозан и его близкий химический родственник триклокарбан устойчиво сохраняются в очищенных стоках и за последние двадцать лет стали повсеместно встречаться в грунтовых и подземных водах, а также в пресноводных озерах и реках США.

Стюарт Ливи и Абигайль Сэльерс отнюдь не одиноки в своем стремлении донести до людей данные исследований, показывающие, что за период чуть больше чем пол‑ века массовое применение антибиотиков и других антибактериальных веществ преобразило экосистемы микробов обитающих внутри нас. Например, исследователи из лон' донского Стоматологического института Истмена недавно установили, что почти у всех младшеклассников в ротовой полости обитают бактерии, устойчивые к тетрациклину, несмотря на то что врачи вообще не прописывают тетрациклин детям младше двенадцати из‑за того, что этот антибиотик портит цвет растущих зубов.

Вопрос, ответа на который подобные исследования дать не могут: откуда произошли все эти опасные гены. В редких случаях новая разновидность устойчивости к антибиотикам возникает в результате случайных мутаций. Если повезет, такая мутация оказывается в состоянии изменить биохимическую мишень антибиотика так, что ему больше не за что будет ухватиться в бактериальной клетке. Простая мутация может также подействовать на переключатель, заставляющий откачивающий насос работать сверхурочно. Но сам откачивающий насос представляет собой вполне работоспособный биохимический аппарат, генетический чертеж которого выработался в ходе эволюции за сотни миллионов лет. То же относится и к сложным генам бактериальных ферментов, таких как беталактамаза, которая расщепляет, блокирует или иным способом нейтрализует десятки важных антибиотиков. Ясно, что эти механизмы устойчивости не могли выработаться в ходе эволюции за последние шестьдесят с чем‑то лет. Так же ясно, что до внедрения антибиотиков они встречались редко, если вообще встречались, у бактерий, заселяющих или заражающих человеческий организм. Но оказалось, что они всегда были не дальше от нас, чем грязь, которую мы топчем ногами.