Микробиолог Теодор Роузбери (1962)
Разоружающие лекарства
Это был один из тех экспериментов, которые не доставляют удовольствия ни одному ученому: нужно было ввести бактерий под кожу мыши, чтобы вызвать у нее развитие отвратительного гнойника. Но цель преследовалась огромная — остановить одну из разновидностей разрушения тканей, отнявшую бессчетное число жизней, а также рук и ног, с тех пор как началось сосуществование людей и стафилококков в переменчивом режиме то мира, то войны. Причем остановить, не пытаясь убить этих скользких бактерий, но ослабив их военную мощь.
Осенью 2004 года Ричард Новик приблизился к достижению этой цели. До этого Новик, седоголовый ветеран микробных войн со скрипучим голосом, в течение двадцати лет возглавлял в Нью-Йоркском университете лабораторию, где изучали механизм печально известных превращений золотистого стафилококка из доктора Джекилла в мистера Хайда и обратно: сегодня это безобидный обитатель кожи или слизистой оболочки человека, а завтра он может неожиданно прорваться через все заграждения и вызвать смертоносное заражение крови или повреждения органов. В частности, Новику удалось выяснить, как у стафилококка включается набор из сотни с лишним генов, задействованных в запуске массового деления клеток, закупорки сосудов и выделения разрушающих органы токсинов.
Теоретически лекарство, которое блокировало бы превращение стафилококка из безвредного микроба в патогенного, должно было намного меньше способствовать выработке устойчивости, чем антибиотики, потому что оставляло бы задачу уничтожения микробов на совести различных иммунных реакций. Кроме того, такое лекарство должно было оказаться совершенно безвредным для тех представителей защитной микрофлоры нашего организма, которые ведут себя хорошо.
Руководящим принципом этого нового подхода к борьбе с бактериальными заболеваниями стала обновленная версия знаменитых постулатов Коха, благодаря которым медики сто лет назад сосредоточились на выяснении того, какие виды микробов какие заболевания вызывают. Современная, молекулярная версия этих постулатов направляет поиски в более тонкую область, задаваясь вопросом, что именно в том или ином штамме или виде микробов делает его вредоносным.
Впечатляющий механизм координации, используемый золотистым стафилококком при атаке, подсказал Новику, что делать дальше, чтобы получить искомое лекарство, подавляющее патогенность. Выбор золотистым стафилококком времени атаки достоин опытного полководца. Он не атакует слишком рано — этим он навлек бы на себя силы иммунного ответа, когда его армия клонов еще недостаточно велика для битвы. Но он и не ждет слишком долго, рискуя быть обнаруженным и атакованным, не успев достать оружие. Как же он “узнаёт”, что скопил достаточно сил для борьбы?
Новик понимал: золотистый стафилококк, как и многие другие разновидности бактерий, может проводить грубый подсчет своей численности с помощью небольших молекул особых веществ — так называемых пептидных аутоиндукторов {ΑΙΡ, autoinducing peptides). Когда такие молекулы выделяет маленькая группа бактерий, они расплываются в окружающей среде, но стоит колонии достигнуть определенных размеров и плотности, как эти молекулы начинают накапливаться. По сути, это накопление молекул сообщает колонии, когда у нее набирается “кворум”, то есть достаточный уровень численности для каких-то совместных действий. Если блокировать этот сигнал, рассуждал Новик, стафилококк вообще не станет расчехлять свои орудия.
Особенно удачно было то, что, как выяснил Новик, стафилококк сам дает нам средство для блокировки такого сигнала. Требовалось лишь немного простой человеческой хитрости. Дело в том, что Новик и его подопечные открыли, что каждый отдельный штамм золотистого стафилококка выделяет один из четырех различных пептидных аутоиндукторов, получивших неинтересные названия API-1, API-2, API-3 и API-42. Залив стафилококков одного штамма сигнальным веществом другого, можно было, по сути, зажать их переключатель патогенности в положении “выкл”.
И вот осенью 2004 года Новик и его подопечные ввели шести бесшерстным лабораторным мышам золотистых стафилококков штамма, выделяющего аутоиндуктор API-1. Кроме того, трем из этих шести мышей ввели аутоиндуктор API-2. В течение следующей недели у мышей, которым вводили только стафилококков, на месте инъекции развились большие нарывы, которые затем прорвались, превратившись в открытые гнойники. У тех же мышей, которым вместе с микробами ввели не соответствующий им аутоиндуктор, образовались лишь небольшие волдыри, которые вскоре спали и зажили. “Тем самым мы просто сместили равновесие в пользу иммунной системы, — говорит Новик. — Не то чтобы стафилококк вообще не мог вызвать заболевание, не включив производство токсинов. Но бактериям, застигнутым врасплох без токсинов, сложнее останавливать или убивать нейтрофилов, прибывающих, чтобы их уничтожить”.
В настоящее время Новик уже перешел от испытаний своих подавляющих патогенность средств на мышах к работе с культурами клеток человека и смертоносными штаммами стафилококков, выделенными из легких госпитализированных больных. Один из четырех пациентов, которым после инсульта или сердечного приступа требуется аппарат для искусственной вентиляции легких, умирает от тяжелой бактериальной пневмонии. Нельзя ли спасти этих людей, вводя им подходящий аутоиндуктор, подавляющий патогенность стафилококков? “В принципе, это прекрасная идея”, — говорит Новик. Но на многие вопросы еще предстоит ответить, начиная с того, насколько быстро эти вещества нужно вводить, чтобы они подействовали. Новик и его команда теперь работают над решением некоторых из этих вопросов.
Тем временем на двести миль севернее, в Гарвардской медицинской школе, Майкл Гилмор занимается поисками других похожих способов укрощения микробов. Его задача — справиться с устойчивым к ванкомицину энтерококком Enterococcus faecalis (VRE). Многие штаммы этого внутрибольничного супермикроба выделяют особые токсины, так называемые цитолизины, разрушающие клетки других разновидностей, в том числе клетки крови человека, и даже других кишечных бактерий. Разрушительный стиль жизни в сочетании с впечатляющей устойчивостью к антибиотикам делает VRE поистине страшным врагом. “По сравнцЮ с обычными энтерококками, которые имеются у всех в кишечнике, внутрибольничные штаммы, синтезирующие цитолизины, смертоноснее раз в сто”, — говорит Гилмор.
Как и стафилококк, VRE не применяет свое оружие непорядочно. Гилмор и сотрудничающие с ним коллеги открыли, что выделяемые этим энтерококком цитолизины играют и еще одну роль — химического радара, который сообщает микробу о приближении к жертве на расстояние выстрела. VRE выделяет цитолизины непрерывно, но обычно в небольшом количестве и всегда в виде двух составляющих — длинной и короткой молекул, которые должны вместе сесть на человеческую клетку, чтобы ее уничтожить. “И вот какой изящный трюк здесь работает, — говорит Гилмор о своем открытии. — Если эти две субъединицы не находят в окрестностях клетку-мишень, они садятся друг на друга. А если находят, то длинная субъединица садится на эту клетку намного быстрее, чем короткая”. В результате концентрация “короткого” цитолизина резко подскакивает, тем самым сообщая микробу, что жертва приблизилась на расстояние выстрела. В ответ на это он немедленно увеличивает производство токсинов более чем в сотню раз.
Хотя эта хитрая выдумка и позволяет энтерококку экономить боеприпасы, пока они не нужны, она же дала Гилмору идеальную мишень для подавляющего патогенность средства. “Короткая единица, — говорит он, — необходима и для того, чтобы убивать человеческие клетки, и для того, чтобы подавать энтерококку сигнал, что пора включать производство цитолизинов на полную мощность”. Гилмору и его коллегам удалось получить химические ингибиторы, быстро и прочно связывающие этот ключевой пептид, делая энтерококка слепым к человеческим клеткам, которые он в противном случае мог бы убить. Как и аутоиндуктор Новика, зажимающий переключатель у стафилококка.
Препарат, полученный Гилмором, не убивает бактерию. Он просто повреждает одно из самых опасных ее орудий. Это особенно важно, учитывая, какое изобилие безвредных, а возможно, и защитных штаммов и видов энтерококков живет у пациента в кишках. “Сегодня мы просто разносим всех подряд антибиотиками, — говорит Гилмор, — а ведь именно это и способствовало распространению таких устойчивых и патогенных штаммов”.
Третья важная мишень для средств, позволяющих бороться с инфекциями, не убивая их возбудителей, была обнаружена у стрептококков. Педиатр Виктор Низе из Калифорнийского университета в Сан-Диего нашел несколько замечательных мишеней, позволяющих подавлять патогенность как Streptococcus agalactioe (стрептококка группы В, вызывающего смертельные инфекции у новорожденных), так и пиогенного стрептококка — бактерии, вызывающей острый фарингит, а также некротический фасциит. В первом случае Низе нацелился на единственный ген, работа которого дает микробу, по словам исследователя, “щит и меч”. Щит представляет собой пигмент, спасающий бактерию от гибели, когда она оказывается внутри пожирающей микробов клетки иммунной системы. А меч — это токсин, уничтожающий такую клетку-солдата, проделывая в ее оболочке множество дырок.