Крейг Вентер - Жизнь на скорости света. От двойной спирали к рождению цифровой биологии

Чтобы нейтрализовать действие антибиотиков, устойчивые штаммы используют широкий спектр белков. Такие антибиотики, как тетрациклин и стрептомицин, привязываются к особому участку рибосомы, нарушая синтез белка, и один из эволюционных ответов микробов – смастерить такие рибосомы, с которыми антибиотик не сможет связаться. Некоторые микробы развили «откачивающие помпы» – белки, выбрасывающие антибиотик наружу раньше, чем он успеет подействовать. Некоторые устойчивые штаммы закутываются в непроницаемые оболочки. Иные микробы даже «едят» антибиотики {246} 246 Topp, Edward, Ralph Chapman, Marion Devers-Lamrani, Alain Hartmann, Romain Marti, Fabrice Martin-Laurent, Lyne Sabourin, Andrew Scott, and Mark Sumarah. “Accelerated Biodegradation of Veterinary Antibiotics in Agricultural Soil following Long-Term Exposure, and Isolation of a Sulfamethazine-degrading Microbacterium sстр.” Journal of Environmental Quality , 6 декабря 2012. DOI: 10.2134/jeq2012.0162 . Механизмов устойчивости столько {247} 247 Fajardo, A., N. Martinez-Martin, M. Mercadillo, J. C. Galan, B. Ghysels, et al. (2008). “The Neglected Intrinsic Resistome of Bacterial Pathogens.” PLoS ONE3 (2), e1619. , что кое-кто поговаривает даже о «резистоме» {248} 248 Wright, Gerard D. “The antibiotic resistome: the nexus of chemical and genetic diversity.” Nature Reviews Microbiology , Vol. 5 (март 2007), стр. 175–186. .

Поскольку бактерии делятся очень быстро, любые устойчивые штаммы скоро начинают преобладать в популяции. Они используют и другой механизм распространения резистентности: они могут меняться программами ДНК в ходе горизонтального переноса генов. Ледерберг показал один из способов, которым они могут это делать: через межклеточные контакты или формирование цитоплазматических мостиков {249} 249 Lederberg, J., and E. L. Tatum (1946). “Gene recombination in E. coli .” Nature 158 (4016), стр. 558. . На молекулярном уровне они обмениваются плазмидами, которые могут содержать несколько генов устойчивости к антибиотикам. Если эта передача прошла успешно, родился супервозбудитель.

Появление резистентных организмов было неизбежно, но, к сожалению, оно было пришпорено слабым санитарным контролем, в изрядной степени сводившимся к гигиене и мытью рук или отсутствию этого навыка. Рост резистентности также ускорялся неразборчивым применением антибиотиков, особенно на фермах; неправильным употреблением (например, для лечения вирусных инфекций вроде обычной простуды); недоиспользованием, когда курс лечения не завершен; и чрезмерным использованием – в мыле и других хозяйственных средствах. В довершение всех бед нынешние рыночные условия мало стимулируют компании предпринимать тяжкие труды по разработке новейших антибиотиков. В отличие от сердечных лекарств и других средств, антибиотики принимают только неделю или около того. А неуклонный рост резистентности означает, что любой антибиотик обречен довольно скоро стать бесполезным, так что срок жизни нового антибиотика на аптечной полке тоже ограничен.

Это наглядный пример дарвиновской эволюции – правда, с печальной моралью: золотой век антибиотиков может идти к концу. Есть бесчисленные примеры продвижения устойчивости: например, постоянный незваный гость больниц, резистентный к метициллину Staphylococ-cus aureus, приобрел полную резистентность к ванкомицину, который часто подается как лекарство последнего рубежа. В последние годы снова и снова приходится слышать, что нам может предстоять возвращение в доантибиотиковую эру {250} 250 Carrs, Otto. “Meeting the challenge of antibiotic resistance.” British Medical Journal , 2008, 337, a1438. , когда главной причиной смертности были бактериальные инфекции, а местные больницы были рассадниками заразы, местом, где вы меньше всего хотели бы оказаться, если действительно хотели выздороветь.

Геномика может сильно помочь. Мы можем картировать распространение супервозбудителя, узнать, как он противостоит антибиотику, и найти новые цели для лекарств. Мы можем также привлечь синтетическую геномику для разработки альтернатив антибиотикам. Подход, которому следуем мы, – это возврат к антибактериальному лечению, именуемому фаготерапией, в которой для того, чтобы убить микроба, используются бактериофаги, специфичные для данной линии бактерий. Каждые несколько дней фаги убивают половину бактерий на Земле {251} 251 Marx, Jean. “New Bacterial Defense Against Phage Invaders Identified.” Science , 23 марта 2007, 315 (5819), стр. 1650–1651. . Можем ли мы рассчитывать на их помощь в борьбе с супервозбудителями?

Бактериофаги, которых в десять раз больше, чем бактерий, были открыты – возможно, независимо двумя учеными {252} 252 Cairns, J., Gunther Stent, and James Watson. Phage and the Origins of Molecular Biology. Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2007, стр. 5. – около ста лет назад. Первым их идентифицировал в 1915 году англичанин Фредерик Туорт (1877–1950), эксцентричный эрудит, который делал скрипки, радиоприемники и много чего еще, а также пытался вывести самый крупный душистый горошек в Англии {253} 253 http://newsarchive.asm.org/sep01/animalcule.asp . Франко-канадский микробиолог Феликс д’Эрель (1873–1949) появляется в истории фагов в 1917 году и первым применяет к ним термин «бактериофаги» («пожиратели бактерий»). Он утверждал, что феномен, описанный Туортом, был чем-то совсем другим {254} 254 Sulakvelidze, Alexander, Zemphira Alavidze, and J. Glenn Morris, Jr. “Bacteriophage Therapy.” Antimicrob. Agents Chemother. март 2001; 45 (3), стр. 649–659. DOI: 10.1128/AAC.45.3.649–659.2001 . Размышляя о роли, которую играли бактериофаги в выздоровлении от дизентерии, д’Эрель осознал их потенциал в борьбе с инфекциями {255} 255 d’Herelle, F. “Sur un microbe invisible antagoniste des bacillus dysenterique.” Comptes rendus Acad. Sci. Paris 1917; 165, стр. 373–375. и в 1919 году провел первый клинический опыт. Д’Эрель и его коллеги приняли внутрь большие дозы препарата фага. Убедившись таким образом в его безопасности, д’Эрель назначил разбавленный препарат фага двенадцатилетнему мальчику с тяжелой дизентерией. Через несколько дней мальчик выздоровел.

Работы д’Эреля помогли объяснить загадочный факт: что такое присутствует в полных нечистот водах Ганга и реки Ямуна в Индии, что обеспечивает защиту от холеры? {256} 256 Hankin, E. H. (1896). “L’action bactericide des eaux de la Jumna et du Gange sur le vibrion du cholera.” Annales de l’Institut Pasteur 10, стр. 511–523. Теперь ответ был ясен. Капля речной воды или канализационных стоков кишит миллионами фагов. К 1930 году коктейли с фагами производились компаниями в Европе и Америке для лечения многих инфекций. Самыми известными были две лаборатории: одна – д’Эреля во Франции, а другая – созданная при его участии в 1923 году в Тбилиси, в советской Грузии. Ныне это учреждение называется Институт бактериофагов, микробиологии и вирусологии имени Элиава – в честь другого ее сооснователя, грузинского исследователя фагов Георгия Элиава (1892–1937), пользовавшегося покровительством советского диктатора Иосифа Сталина. Отчасти из-за сотрудничества с иностранными учеными, в том числе д’Эрелем, а в основном из-за ухаживания за женщиной, на которую также имел виды Лаврентий Берия, сталинский шеф тайной полиции, Элиава был объявлен «врагом народа» и в 1937-м расстрелян {257} 257 http://www.eliava-institute.org/?rid=2 . Институт Элиава пережил своего основателя и стал одним из крупнейших центров производства лечебных фагов, на пике производившим несколько тонн препаратов в день. В 1989 году Горбачев восстановил имя Элиава в ходе реабилитации жертв Большого террора.