12 мая 2014

Таинственный космос бактерий

Инфекционные и паразитарные болезни

Первыми жителями Земли были бактерии. Почти два миллиарда лет они оставались единственными ее обитателями. Со временем они изобрели фотосинтез, то есть научились превращать солнечный свет в богатые энергией углеводы. Начали вдыхать кислород. Заселили любую пригодную для жизни нишу – от глетчеров до гейзеров.

Растения и животные не стали им конкурентами. Эти мельчайшие на Земле организмы изловчились создавать колонии внутри крупных организмов, процветая и размножаясь в этой богатой питательными веществами среде.

Симбиоз с некоторыми видами бактерий оказался выгоден и нам, людям: они помогают перерабатывать пищу, попавшую в кишечник. Другие же вечно досаждают нам. Они повинны в настоящей «гонке вооружений»: в фармацевтических лабораториях создают все новые, более изощренные лекарства.

В середине минувшего века, особенно после появления антибиотиков, дела микробов казались плохи. Однако, начиная с 1980-ых годов, в промышленно развитых странах наблюдается рост инфекционных заболеваний. Так, сейчас во всем мире от одного лишь туберкулезом ежегодно умирает около 3 миллионов человек. А другие инфекции! Медики все чаще говорят о возможной пандемии особо опасной формы гриппа или чего-то подобного. Недаром такой переполох во всем мире вызвала вспышка атипичной пневмонии. Потом заговорили о птичьем гриппе…

С середины 1990-ых годов в войне с микробами ученые применили новейшее разведывательное средство – лазерный микроскоп. Так впервые открылась подлинная жизнь микробов во всей ее обыденности и разнообразии.

По словам американского микробиолога Уильяма Костертона, картина, увиденная им в лазерный микроскоп, напоминала «Манхэттен ночью, когда подлетаешь к нему на самолете». Посреди вязкой бактериальной пленки высились «небоскребы» из микробов, достигавшие 200 микрометров в высоту (обычный размер бактерий – 1-10 микрометров). Из дома в дом по целой сети каналов бесперебойно подавались ферменты, питательные вещества и молекулы кислорода, выводились отходы жизнедеятельности микробов. Целые полчища крохотных организмов – бактерии, одноклеточные, вирусы – слонялись по улицам этого «мегаполиса» и пожирали все, что им попадалось. В этом «городе» встречались и редкие «чужеземцы» – черви, грибы, водоросли, миниатюрные клещи и личинки насекомых.

Подобные колонии, получившие название «биопленок», стали обнаруживать всюду: на камнях и рифах, на растениях и памятниках, на стенках водопроводных труб и стеклышках контактных линз. Особенно прижились они в медицинских приборах: искусственные клапаны сердца и тазобедренные суставы, протезы и катетеры часто кишат колониями бактерий. Немудрено, что у многих пациентов больниц развиваются воспалительные процессы – они страдают от «госпитальных инфекций».

Итак, бактерии живут колониями. Но, значит, им надо как-то общаться друг с другом. Как?

Ответ был найден лишь в 1990-ые годы. Оказалось, бактерии для подсчета сородичей используют химическую систему связи – так называемый Quorum sensing. Свой кворум бактерии определяют химическим путем, выделяя особые сигнальные вещества – феромоны. Их концентрацию они измеряют с помощью специфического рецептора. Пока феромонов мало, – а значит и микробов мало, и действовать сообща им невыгодно, без толку, – этот рецептор бездействует. Но весточка летит за весточкой, подтверждая: «Мы вместе!» И вот от былой благочинности нет следа. Начинается шабаш.

Как только «кворум» будет достигнут, рецептор срабатывает, и, например, вся колония дружно выделяет токсин, от которого человеку становится плохо. Вот так и толпа людей, достигнув некоего предела, начинает коллективно действовать, выпуская в окружающую среду свой яд – кипучую ненависть к властям, врагам, инородцам. Ничто человеческое микробам не чуждо…

С тех пор, как мы узнали, что опасны не микробы сами по себе, а их кворум – их роковое количество, – стало ясно, что и бороться с ними можно иначе. Надо не уничтожать бактерии, а мешать им общаться друг с другом, мешать подсчитывать свой кворум. Пусть микробы, даже образовав крупную колонию, по-прежнему верят, что разобщены. Пусть не догадываются, что им давно пора переходить в атаку. Значит, надо найти те особые вещества, которые подавляют химические сигналы микробов.

Если надежды ученых сбудутся, то в медицине произойдет качественно новый скачок. Не секрет, что почти любой трансплантации органов, любой операции по протезированию сопутствуют осложнения – прежде всего, воспалительные процессы, справиться с которыми ослабленный организм не всегда может. Если удастся помешать образованию бактериальных пленок на протезах и имплантатах, то подобные операции получат самое широкое распространение. Пару веков назад простое переливание крови было своего рода «русской рулеткой». В будущем же и пересадка органов может стать чем-то вроде зубного протезирования. Как полагают исследователи, наши успехи в изучении тайного языка микробов позволят нам, наконец, контролировать развитие эпидемий.