Карл Циммер – Планета вирусов (страница 8)
Уже раньше открытие бактериофагов принесло д'Эреллю славу в научных кругах, но теперь факты излечения сделали его настоящей знаменитостью. Американский писатель Синклер Льюис положил его историю в основу романа 1925 г. «Эрроусмит», ставшего бестселлером и экранизированного в Голливуде в 1931 г. Тем временем д'Эрелль разрабатывал на основе фагов лекарства, которые продавала компания, ныне известная как L'Oréal. Толпы покупателей приобретали фаги для лечения кожных травм и кишечных инфекций.
Но фаговый бум продлился недолго. В 1930-е гг. ученые открыли первые антибиотики – вещества, вырабатываемые грибами и бактериями и способные подавлять инфекции. Врачи с энтузиазмом переключились на эти безопасные, надежные препараты. Антибиотики вскоре доказали свою удивительную эффективность, к тому же гарантированную. Рынок фаготерапии сдулся, и большинство ученых не видели особого смысла в дальнейших исследованиях.
Но мечта д'Эрелля не погибла. В 1920-е гг., во время своей поездки в СССР, так как он все же был светилом медицины, он познакомился с учеными, которые хотели создать целый институт исследований фаготерапии. В 1923 г. в Тбилиси при участии д'Эрелля был основан Научно-исследовательский институт микробиологии, вирусологии и иммунологии им. Георгия Элиавы. В лучшие годы институт располагал 1200 сотрудниками и производил тонны фагов ежегодно. Во время Второй мировой войны СССР отправлял фаги в порошках и таблетках на фронт, где их давали солдатам для лечения инфекций. В 1963 г. сотрудники института даже провели обширное клиническое исследование, чтобы продемонстрировать действенность фаготерапии. Всем детям в Тбилиси раздали таблетки: те, что жили по одну сторону улицы раз в неделю получали таблетку с фагами, а те, что по другую сторону, – обычный сахар. Всего в исследовании участвовало 30 769 детей, за которыми наблюдали на протяжении 109 дней. Среди получивших сахарную таблетку заболеваемость дизентерией составила 6,7 случая на 1000. Среди тех, кому досталась таблетка с фагами, этот показатель упал до 1,8 на 1000. Прием фагов сократил вероятность заболевания у детей в 3,8 раза.
Если бы подобное исследование провели на Западе, возможно, ученые пересмотрели бы свое отношение к фаготерапии. Но из-за завесы секретности, которой советская власть окружила науку в своей стране, мало кто знал о ней за пределами Грузии. Только после распада СССР в 1991 г. на Западе узнали об истинном масштабе замечательных исследований, проводившихся в Тбилиси. К тому времени инфекционисты наконец всерьез заинтересовались альтернативами антибиотикам. Чудо-препараты стали подводить, антибиотикорезистентность встречалась все чаще. Врачи замечали, что самые безопасные, самые надежные антибиотики не справлялись с инфекцией. Приходилось прибегать к резервным препаратам, более дорогим и порой дающим опасные побочные эффекты.
К 1990-м гг. ряд исследователей всерьез обратили внимание на фаготерапию. Но они отмечали трудности, препятствующие ее введению в медицинскую практику. Например, многообразие видов и штаммов фагов чрезвычайно велико и каждый из них точно приспособлен к конкретной бактерии-хозяину. Даже если фаг показал эффективность против одного штамма патогена, он может не справляться с остальными.
К тому же скептики опасались, что фаги, подобно антибиотикам, станут жертвой резистентности. В 1940-е гг. микробиологи Сальвадор Лурия и Макс Дельбрюк самолично наблюдали, как у бактерий развивается устойчивость к фагам. Когда они пропитали культуру кишечной палочки фагами, большинство бактерий погибло, но некоторые выжили, затем размножились и породили новые колонии. Дальнейшие исследования показали, что у выживших появились мутации, позволившие им устоять против фагов. Затем резистентные бактерии передали свои мутантные гены потомкам. Критики утверждали, что фаготерапия превратит наш организм в подобие чашки Петри, где бактерии смогут вырабатывать устойчивость к фагам.
В XXI в. исследователи фаготерапии опровергли некоторые из этих опасений. Фаги действительно привередливы в выборе хозяев, но это не мешает использовать фаготерапию для лечения широкого спектра инфекционных заболеваний. В частности, ученые из института Элиавы разработали пластырь для ран, засеянный шестью разными видами фагов, способными уничтожать шесть наиболее распространенных видов бактерий, из-за которых возникает заражение кожных ран. Кроме того, исследователи создают коллекции фагов, которые можно испытывать на бактериях каждого конкретного пациента, чтобы подобрать тот, что подействует.
Обнаруживая новые фаги, ученые открывают виды, способные обеспечить новые способы поражения бактерий. Исследователь из Йельского университета Бен Чан и его коллеги открыли фаг, проникающий в клетку бактерии через ее мембранный насос. Интересно, что этот же насос бактерия использует для того, чтобы выводить наружу антибиотики, прежде чем они сумеют причинить ей вред. Бактерия может стать более устойчивой к антибиотикам, отращивая дополнительные насосы.
Чан и его команда испытали свой новый фаг в чашке с бактериями. Если они подсаживали к бактериям фаг, те эволюционировали в сторону уменьшения количества насосов, чтобы фагу было труднее заразить их. Но, уменьшив число насосов, они становились более уязвимыми для антибиотиков. Результаты исследования предполагают, что фаги вместе с антибиотиками могут загнать бактерии в ловушку эволюционного конфликта. Вскоре Чан с коллегами применили эту комбинацию к мужчине с хронической сердечной инфекцией, вызванной резистентными бактериями. Бактерии стали уязвимы для антибиотиков – и он выздоровел.
Конечно, испытание на единственном пациенте доказывает эффективность и безопасность фаготерапии не больше, чем во времена д'Эрелля. Но Чан и другие ученые уже проверяют на других пациентах, поможет ли им лечение фагами, а некоторые исследователи приступили к клиническим испытаниям. Некоторые государственные службы теперь стремятся облегчить эти исследования, устанавливая правила, поощряющие их применение вместо лекарств. Более чем через век после того, как д'Эрелль впервые столкнулся с бактериофагами, эти вирусы, возможно, наконец готовы занять свое место в современной медицине.
Инфицированный океан
Как морские фаги правят водами мира
Некоторые великие открытия поначалу кажутся заблуждением.
В 1986 г. Лита Проктор, аспирантка Нью-Йоркского университета в Стоуни-Брук, решила узнать, сколько вирусов обитает в морской воде. В то время общепринятым было мнение, что едва ли они вообще там могут быть. Те немногочисленные исследователи, которые снизошли до поисков вирусов в океане, обнаружили ничтожное количество. Большинство специалистов полагало, что в основном вирусы, найденные ими в морской воде, на самом деле попали туда из канализации и других наземных источников.
Но со временем стали появляться данные, которые не вписывались в общепринятые взгляды. Так, специалист по морской биологии Джон Сиберт опубликовал фотоснимок морской бактерии, извергающей новые вирусы. Проктор решила предпринять систематический поиск и узнать, сколько именно вирусов обитает в океане. Она отправилась в Карибское и Саргассово моря, собирая в ходе экспедиции пробы воды. Вернувшись на Лонг-Айленд, она тщательно извлекла из морской воды биологический материал и покрыла частицами металла, чтобы его было видно под лучом электронного микроскопа. Когда Проктор наконец взглянула на свои образцы, ее глазам предстал мир вирусов. Одни свободно плавали, другие скрывались внутри бактерий. Подсчитав численность вирусов в своих образцах, Проктор сделала вывод, что каждый литр морской воды содержит до 10 млрд вирусов.
Полученная Проктор цифра значительно превышала оценки предшественников. Но когда другие ученые продолжили ее исследования и провели собственные расчеты, у них получились сходные значения. Они находили вирусы, притаившиеся в глубоководных желобах, и вирусы, замурованные во льдах арктических морей. Ученые пришли к выводу, что в океане обитает примерно 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 вирусов.
Трудно найти объект для сравнения, чтобы представить себе, насколько это громадное число. Вирусов в океане в 100 млрд раз больше, чем песчинок на всех пляжах мира. Если взвесить все вирусы океанов, получится вес 75 млн синих китов (притом что всего на планете синих китов менее 10 000). А если выстроить все вирусы океана в цепочку, то цепочка растянется на 5,7 млн световых лет.
Эти цифры не означают, что морское купание равносильно смертному приговору. Лишь ничтожная доля вирусов из океана способна поражать людей. Некоторые морские вирусы заражают рыб и других морских животных. Но чаще всего их цель – бактерии и другие одноклеточные микроорганизмы. Пусть микробы невидимы невооруженным глазом, но в совокупности их намного больше, чем всех китов, коралловых рифов и прочих форм морской жизни, вместе взятых. И подобно тому, как бактерии, живущие в нашем организме, подвержены атаке фагов, точно так же морские бактерии становятся жертвами морских фагов.
Когда в 1917 г. Феликс д'Эрелль впервые обнаружил бактериофаги в выделениях французских солдат, многие ученые отказывались верить в их существование. Теперь, через сто лет, не подлежит сомнению, что д'Эрелль обнаружил самую многочисленную форму жизни на Земле. Более того, морские фаги оказывают масштабное влияние на планету. Они воздействуют на экологию Мирового океана. Они накладывают свой отпечаток на глобальный климат Земли. И вот уже миллиарды лет они играют важнейшую роль в эволюции жизни. Иными словами, они суть живая матрица биологии.