Джессика Сакс - Микробы хорошие и плохие. Наше здоровье и выживание в мире бактерий

Халл исследовал этого микроба, получившего название E. coli 83972, в лабораторных культурах и прочесал его гены, чтобы убедиться, что он не наделен своеобразными молекулярными крючьями, которые позволяют некоторым штаммам кишечной палочки вызывать серьезные повреждения мочевого пузыря 46. После этого в ходе двух первых испытаний, проведенных в конце девяностых, урологи из хьюстонского реабилитационного центра ввели штамм 83972 в мочевой пузырь 57 парализованным взрослым пациентам. До лечения пробиотиком все эти пациенты страдали от периодически развивающихся инфекций мочевых путей. За следующий год у всех, кроме двоих, такие инфекции не наблюдались ни разу, а эти двое заразились одной и той же легкоизлечимой болезнью, вызываемой другим микробом, а не пробиотической кишечной палочкой 47.

В двух хьюстонских медицинских учреждениях продолжается применение в экспериментальном порядке разработанного Халлом пробиотика. Тем временем Халл и его ученики начали тестирование подхода, который может оказаться еще эффективнее: они помещают катетеры в разведенный пробиотик, давая возможность сформироваться на их поверхности защитной биопленке, и только после этого вводят катетеры пациентам 48. Другой, еще более амбициозный замысел Халла предполагает использование генетически модифицированной разновидности штамма 83972, лишенного любых, даже потенциальных возможностей вызывать неприятности. Создавая эту разновидность кишечной палочки, Халл удалил у нее часть гена, который в принципе мог позволить бактерии прикрепляться к почечной ткани, а также другого гена, который мог позволить ей удерживаться на стенках мочевого пузыря 49. По словам Халла, выведение из строя этих генов гарантирует, что микроб никогда не задержится там, где его быть не должно, при том что его способность оставаться внутри мочевого пузыря в свободном плавании нисколько не пострадает.

Совершенствуя свое создание в лаборатории, исследователи не могли устоять против искушения сделать и следующий шаг – ввести ему предельно упрощенную, непередаваемую плазмиду устойчивости. Это колечко генов устойчивости может позволить пробиотической бактерии выживать в тех нередких случаях, когда парализованный пациент проходит курс лечения каких-то других инфекций антибиотиками. Халл еще не испытывал свои генетически усовершенствованные штаммы на пациентах: эта идея по-прежнему кажется слишком смелой его начальству. Но он отнюдь не одинок в своем стремлении улучшать микробов с помощью методов генной инженерии.

Летом 1976 года молодой специалист по микробиологии полости рта Джеффри Хиллман, всего два месяца назад получивший диплом, поступил на работу в бостонский Институт Форсайта. Однажды утром он заглянул в чашки Петри, которые заполнял бактериями зубного налета, и увидел на белом фоне два красных пятнышка. В желеобразную среду, на которой росли бактерии, был добавлен индикатор кислотности, выбеливающийся в присутствии кислоты, в данном случае – молочной, выделяемой Streptococcus mutans, главным виновником кариеса. Красные пятнышки образовались колониями микробов, у которых был поврежден один из генов, управляющих синтезом вышеупомянутого разъедающего зубную эмаль вещества. Мутация нисколько не замедлила их рост. Именно на это и надеялся Хиллман. Впоследствии он показал, что такие бескислотные мутанты прекрасно живут на поверхности искусственных зубов, сделанных из биоминерала гидроксиапатита, ничуть их при этом не повреждая 50.

“В то время многие ученые по всему миру изучали, какими путями Strepococcus mutans заражает людей, – вспоминает Хиллман, – и нельзя ли заменить у нас во рту один его штамм на другой”. Например, исследования показывали, что большинству из нас Strepococcus mutans достается от матери, причем одни штаммы производят намного больше разъедающей эмаль кислоты, чем другие 51. Более того, стоит некоторому штамму поселиться во рту, и потеснить его, освободив место для другого штамма, оказывается крайне сложно. “Мы проверяли всевозможные безумные идеи, – говорит Хиллман о тактике, применявшейся им и его коллегами, когда они пытались уничтожить этих микробов во рту добровольных участников эксперимента, прежде чем подселять туда полученные экспериментальные штаммы. – В одном случае мы мазали им зубы йодом. В другом – пытались купать их зубы в антибиотиках, залитых в специальные емкости”. Но как ни старались Хиллман и его коллеги изгнать собственный штамм S. mutans с зубов человека и как быстро они ни подселяли на его место свою бескислотную разновидность, такая замена никогда не держалась больше пары месяцев. “Медленно, но верно собственный штамм всегда возвращался”, – говорит Хиллман.

К 1982 году Хиллману начало казаться, что все возможные ухищрения уже исчерпаны. Тогда-то ему и пришла в голову идея найти бактерию, которую он сможет использовать в качестве киллера. Если получится найти такой суперагрессивный штамм, рассуждал он, то можно будет удалить из него ген, позволяющий ему производить кислоту. Хиллман и два других сотрудника его лаборатории целый год собирали образцы слюны у студентов и сотрудников своего института и получили коллекцию из сотен немного разных подвидов S. mutans. Они проверили каждого из этих микробов на способность изничтожать представителей других штаммов, выращивая их бок о бок в чашках Петри. Когда они увидели, как одна точечная колония расчистила себе безупречный круг на поле, занятом другим штаммом, им стало ясно, что перед ними превосходный кандидат на нужную роль. Анализы показали: этот штамм в большом количестве выделяет неизвестный ранее бактериоцин (природный антибиотик) 52.

В 1985 году Хиллман и двое его коллег сами выступили в роли первых подопытных кроликов, ватными палочками нанеся себе на зубы этот суперштамм. У всех троих он сразу же и навсегда поселился во рту, попутно изгнав оттуда их собственные штаммы S. mutans 53. Полдюжины исследований, проведенных на крысах, подтвердили предварительный результат: стоило нанести на зубы крысы данный штамм, как он неизменно вытеснял собственный штамм S. mutans данного животного. Но план Хиллмана просто лишить штамм способности производить кислоту натолкнулся на неожиданное препятствие, когда требуемая для этого мутация оказалась летальной. Дело в том, что некоторые штаммы S. mutans, в том числе и обсуждаемый, используют молочную кислоту для выведения из клетки продуктов обмена веществ, которые в противном случае накапливаются, достигая токсичных концентраций.

Хиллману удалось решить проблему, добавив бактерии лишний экземпляр гена производства спирта, что позволило направить выведение продуктов обмена веществ по другому пути. “Штамм, который мы получили в итоге, ничем не отличался от исходного, кроме двух генетических модификаций, известных нам с точностью до буквы”, – говорит