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

Совсем другой Майкл Данн (совпадение имен и интересов оказалось чистой случайностью), специалист по молекулярной микробиологии из Университета Вашингтона в Сент-Луисе, описал как раз такое приспособление в одном из номеров Journal of Clinical Microbiology за 2003 год24. В своем откровенно футурологическом очерке второй Данн описывает обычное утро 2025 года терапевта Джеффри Лейна, три года назад окончившего медицинскую школу. Лейн берет мазок с горла шестнадцатилетнего юноши, который жалуется на сильные боли при глотании, головную боль и тошноту. Проведя тампоном по миндалинам пациента, Лейн вставляет этот тампон в портативный аппарат для диагностики инфекционных заболеваний MyCrobe – на вид чем-то похожий на устройство, которым пользуется доктор Леонард Маккой из сериала “Звездный путь”. Затем Лейн вставляет в ручку аппарата одну из пяти имеющихся в его распоряжении кассет – предназначенную для респираторных инфекций. Внутренности этой кассеты набиты генными зондами, позволяющими выявлять более 150 разновидностей бактерий, вирусов и грибов, известных как возбудители подобных инфекций, а также несколько тысяч бактериальных генов разных форм патогенности и устойчивости к антибиотикам. В другом отделении аппарата установлены молекулярные зонды, позволяющие находить белки и другие молекулы, по которым можно определить, работают ли какие-либо из этих генов, синтезируя токсины или ферменты, деактивирующие антибиотики (признак того, что содержащая эти гены бактерия – не случайный свидетель, а возбудитель заболевания). Пациент покидает кабинет врача через пятнадцать минут, после того как диагностическое устройство обнаруживает у него больше дюжины ДНК- и РНК-последовательностей, специфических для пиогенного стрептококка, и определяет, что данный микроб устойчив к пенициллинам, метициллинам, цефалоспоринам и стрептограминам. Получив эти сведения, Лейн выписывает пациенту старомодный бета-лактам в сочетании с ингибитором бета-лактамазы.

Со времени публикации этого очерка исследователи протестировали три прототипа подобного диагностического устройства, один из которых уже близок к поступлению в продажу. Появление первого из них, ДНК-микрочипа, разработанного учеными из Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса, связано с угрозой биотерроризма. Этот микрочип позволял за шесть часов одновременно проверять образец на наличие восемнадцати различных смертельных микробов и вирусов, в том числе одиннадцати разновидностей бактерий, от Bacillus anthracis (возбудителя сибирской язвы) до Yersinia pestis (возбудителя чумы)25. Делалось это путем поиска генов 16S рРНК любого из этих микробов (видоспецифичного признака, которым микробиологи пользуются при сортировке смешанных образцов неизвестных бактерий, – см. часть 2). “Для 2002 года это был впечатляющий результат, – говорит Том Слезак, специалист по биоинформатике из Ливерморской лаборатории. – Но теперь мы знаем, что возможности анализов по 16S рРНК ограниченны. В некоторых случаях они даже не позволяют надежно определять вид”. Еще более важным препятствием на пути клинического применения подобных микрочипов, добавляет Слезак, была стоимость их использования: проверка каждого образца обходилась в несколько сотен долларов26. И все же этот прототип остается важным достижением: стоимость ДНК-микрочипов с каждым годом падает, а более информативные генные мишени уже найдены и ждут внедрения в технологии следующего поколения.

Вторая попытка получить что-то похожее на описанный Данном MyCrobe была сделана в 2004 году в Медицинском и стоматологическом университете Нью-Джерси для выявления особо устойчивых к антибиотикам и наиболее смертоносных штаммов стафилококков. Разработанное сотрудниками университета устройство позволяло проверять взятые у пациентов образцы на наличие шести бактериальных генов. Наличие первых трех из них подтверждало присутствие в образце золотистого стафилококка, а остальные указывали на устойчивость к метициллину, устойчивость к ванкомицину и синтез токсина – лейкоцидина Пантона – Валентайна. Менее чем за три часа анализ давал результаты в виде набора разноцветных светящихся точек. Проблема была в том, что по этим мерцающим точкам исследователи не могли сказать, имеются обнаруженные гены устойчивости у золотистого стафилококка или же у какого-то “случайного свидетеля” – другой бактерии из того же образца. Например, гены устойчивости к метициллину встречаются также у кожного микроба Staphylococcus epidermidis, а гены устойчивости к ванкомицину распространены у внутрибольничных штаммов кишечных бактерий энтерококков27.

В 2005 году биотехнологическая компания GeneOhm из Сан-Диего начала тестировать метод второго поколения для диагностики MRSA, в котором используется изящное решение проблемы “какой ген у какого микроба”. Анализ образцов на предмет наличия MRSA, занимавший два часа, проводился с помощью двух сцепленных друг с другом ДНК-зондов, один из которых соединялся с отрезком ДНК, связанным с устойчивостью к метициллину, а другой – с видоспецифичным геном золотистого стафилококка28. Поскольку сдвоенный зонд не может дотянуться до двух удаленных мишеней одновременно, такой анализ дает положительный результат только в том случае, если обе мишени расположены на одной хромосоме (то есть имеются у одного и того же микроба)29. В 2007 году, когда пишутся эти строки, данное приспособление уже успешно прошло клинические испытания и имеет неплохие шансы получить одобрение Управления пищевых продуктов и медикаментов30.

“Я полагаю, – говорит Майкл Данн из компании Pfizer, – что мы стоим сейчас на пороге настоящего прорыва в диагностике, который позволит нам получать антибиотики, действующие даже не на единственный вид, а на единственный штамм, быть может – даже единственный организм.

Необходимость истреблять всех “хороших” стрептококков в горле у пациента, чтобы избавить его от “плохого” пиогенного стрептококка, безвозвратно уйдет в прошлое”.

В то же время не исключено, что существуют способы, которые позволят врачам не отказываться от антибиотиков широкого спектра действия, при этом, по крайней мере отчасти, уменьшив тот вред, который приносят данные антибиотики. Финская фармацевтическая компания Ipsat разработала “ферменты для защиты кишечника”, расщепляющие остатки антибиотиков прежде, чем они попадут через желчный пузырь в толстую кишку, где обитает подавляющее большинство наших кишечных бактерий. Первые испытания как на животных, так и на людях показали, что такой деактивирующий фермент не снижает эффективности антибиотиков там, где они нужны (в тканях), но при этом предотвращает нарушения и повышение устойчивости, обычно вызываемые антибиотиками в кишечной микрофлоре31. К настоящему времени компании удалось получить деактивирующие ферменты для пенициллинов и таких антибиотиков широкого спектра действия, как цефалоспорины и карбапенемы, на которые приходится почти половина всех прописываемых людям антибиотиков. Однако подобные ферменты действенны только при введении антибиотиков внутримышечно или внутривенно, то есть прекрасно подходят для госпитализированных пациентов, но не особенно помогут тем, кто принимает их через рот.