Недавно были сделаны первые попытки помешать образованию биопленок и более хитрым способом — нарушая работу сигналов о наличии “кворума”, которыми обмениваются члены бактериального сообщества для координации своей деятельности. В девяностых годах принстонский биолог Бонни Басслер показала, что бактерии вырабатывают сигнальные молекулы, позволяющие им общаться с широким кругом видов, отличных от своего собственного21. Она назвала этот второй тип сигналов о наличии кворума “бактериальным эсперанто”. Судя по всему, эти сигналы необходимы для роста многовидовых биопленок, а значит, дают нам удобную мишень для препаратов, предназначенных для предотвращения образования таких пленок.
Сегодня не только Бонни Басслер, но и больше дюжины других специалистов по молекулярной биологии сотрудничают с фармацевтическими компаниями, работая над претворением их открытий, связанных с бактериальным “чувством кворума”, в препараты, препятствующие образованию биопленок. Но Бонни Басслер по-прежнему сомневается, разумно ли наводнять человеческий организм такими веществами. В конце концов, биопленки — что не всегда плохо. Вспомним защитные сообщества — биоплёнки, образуемые лактобактериями во влагалище, или колоссальное разнообразие бактерий, живущих у нас в кишечнике. В обоих случаях нарушение бактериальных собществ явно создает предпосылки для развития болезней. Недавно Бонни Басслер и Карина Шавьер, работавшая у нее постдоком, получили данные, указывающие на то, что некоторые кишечные бактерии могут защищать нас от болезнетворных микробов, таких как холерный вибрион (Vibrio cholerae), регулируя концентрации некоторых сигнальных веществ “чувства кворума” и тем самым сбивая врага с толку. С учетом всех этих уже известных опасностей, а также возможность других, пока неизвестных, применение препарата, нарушающего “чувство кворума” у бактерий по всему организму, может иметь катастрофические последствия.
И все же, как и в случае с обычными антибиотиками, не исключена возможность, что препараты для нарушения образования биопленок получится сделать прицельными, чтобы минимизировать их нежелательные побочные эффекты. Например, хирурги-ортопеды сообщают, что большинство инфекций, связанных с искусственными суставами, приходятся на двух возбудителей: Staphylococcus aureus (золотистого стафилококка) и S. Epidermidis. У них обоих для работы “чувства кворума” служит одно и то же сигнальное вещество — оно стимулирует образование биопленок, состоящих из представителей этих видов. Исследователи выяснили, что работу этого вещества можно подавлять с помощью маленького белка, называемого RIP (RNAIII- inhibiting peptide — пептид, ингибирующий РНК). Открытие этого вещества дает новую надежду на “очистку от обрастаний” многочисленных имплантатов, которые рано или поздно покрываются биопленками из стафилококков.
Что же до многих других разновидностей бактерий, заражающих реконструированные бедра и колени, то самое амбициозное из предложенных решений этой проблемы состоит в том, чтобы создать искусственные суставы, которые будут сами себя диагностировать, сами себя лечить и сами следить за своим состоянием. Разработать эти имплантаты будущего задумал специалист по имплантатам и микробиолог Гарт Эрлих, сотрудник Университетского медицинского колледжа Дрекселя в Филадельфии. Собрав коллектив, состоящий из хирургов, микробиологов и специалистов по биомеханической инженерии, Эрлих руководит разработкой того, что он называет “умным” имплантатом. Это устройство должно быть набито как антибиотиками, так и препаратами, препятствующими образованию биопленок, которые оно будет строго своевременно выделять определенными порциями. Координировать время их выделения должны биодатчики, способные улавливать сигналы о “кворуме”, которыми обмениваются микробы, когда решают, не перейти ли им к совместной жизни. Сколько лет потребуется на воплощение этой мечты в жизнь, во многом зависит оттого, как будут развиваться наши знания о механизме работы таких сигналов, предшествующих образованию биопленок.
Тем временем некоторые специалисты по биоинженерии продолжают поиски более простого решения — того, что метафорически называют тефлоновыми имплантатами. (Настоящий тефлон, к сожалению, весьма благоприятен для образования биопленок.) Теоретически поверхность этих идеальных имплантатов должна быть слишком скользкой или по каким-то иным причинам физически непригодной для того, чтобы на ней задерживались микробы. Из числа разрабатываемых сейчас материалов один из самых перспективных — хитозан, химическое соединение на основе хитина (жесткого компонента панцирей ракообразных).
Филип Стьюарт, сотрудник центра биопленочной инженерии при Университете штата Монтана, сравнивает разрабатываемое его командой хитозановое покрытие для имплантатов с “ложем из гвоздей”. Бактерии, которые подбираются нему слишком близко, оказываются “продырявленными и начинают протекать”, говорит он. “Даже если это не будет убивать их на месте, то определенно помешает им основать плацдарм”. Над другим сходным проектом совместно трудятся специалисты по биоматериалам из Цюрихского Техасского университетов, разрабатывающие покрытие для имплантатов из полиэтиленгликоля. Раньше ученые думали, что поверхности, покрытые этим веществом, оказываются слишком скользкими, чтобы за них могли ухватиться бактерии. Команда из Цюриха и Техаса выяснила: на самом деле они отгоняют микробов с помощью колючек из щетинистых волокон. “Садиться на такую поверхность для них — как пробираться через кусты ежевики”, — говорит Джеффри Хаббелл из Цюриха.
От сепсиса до хронических инфекций
Смертоносный сепсис — самая опасная форма реакции иммунной системы на бактерий, которые упорно остаются в организме, будь то в живых тканях или на поверхности искусственных структур. Но это не единственный неправильный путь, по которому может пойти иммунная система в ответ на непрекращающееся присутствие таких бактерий. Если ее ответом оказывается слабое хроническое воспаление, это может привести к развитию одного из множества распространенных заболеваний, подтачивающих здоровье человека. Возможно, самое распространенное из них — атеросклероз, или отвердевание стенок артерий. Данные ряда исследований указывают на то, что образующиеся при этом бляшки, которые могут закупоривать просвет артерий, связаны с иммунной реакцией на бактерий, затаившихся на стенках кровеносных сосудов. По-прежнему остается загадкой, почему у одних людей иммунная система терпит присутствие таких бактерий, а у других реагирует на него непрерывным воспалением. То же самое можно сказать о Helicobacter pylori — некогда вездесущем обитателе желудков, вызывающем развитие язв лишь у малой доли зараженных, а также о Chlamydia trachomatis — передающимся половым путем микробе, который в неактивном состоянии иногда запускает развитие воспалительного артрита.
Один из подходов к борьбе с этими так называемыми инфекциями-невидимками состоит в том, чтобы пытаться победить их с помощью антибиотиков, другой — в том, чтобы лечить от воспаления организм больного. В рамках второго подхода применяются противовоспалительные стероиды. К сожалению, их опасным побочным эффектом может быть подавление работы иммунной системы. Некоторые медики сегодня возлагают все надежды на более безопасные противовоспалительные препараты второго поколения, которые уже используются в экспериментальном порядке и, судя по всему, могут оказаться эффективны также против сепсиса.
“Поскольку тяжелый сепсис и септический шок развиваются так быстро и сопровождаются множеством изменений, суть которых мы не вполне понимаем, — говорит Трейси, — я действительно верю, что наши первые успехи в этой области могут быть связаны с борьбой с воспалительными расстройствами, дающими нам больше времени на вмешательство”. С этой целью компания Medlmmune собирается использовать полученные Трейси антитела к амфотерину для лечения пациентов, страдающих ревматоидным артритом. Трейси участвует также в разработке электрического симулятора блуждающего нерва, который предполагается применять для облегчения симптомов при целом ряде воспалительных заболеваний. В таком устройстве, по его словам может даже использоваться метод биоэлектронной обратной связи. Эта идея не нова. “Раз мы умеем снижать частоту сердцебиения, повышая активность блуждающего нерва, — считает Трейси, — значит, у нас есть надежда научиться облегчать симптомы артритов, воспалительных речных заболеваний и других расстройств”.
Другие, несколько более скромные успехи в этой области сулят данные, показывающие, что простое повышение потребления диетических жиров, особенно рыбьего жира и оливкового масла, облегчает симптомы многих воспалительных заболеваний и помогает предотвратить связанные с воспалениями нарушения вроде тех, что наблюдаются при атеросклерозе. В 2005 году исследователи из Маастрихтского университета в Нидерландах выяснили, с чем это связано: диетические жиры способствуют выделению гормона холецистокинина, который в свою очередь стимулирует работу блуждающего нерва. Судя по всему, эти открытия по меньшей мере позволяют рекомендовать людям, страдающим воспалительными расстройствами, “средиземноморскую” диету.