Джессіка Снайдер Сакс - Мікроби гарні та не дуже. Здоров’я і виживання у світі бактерій

class="p1">У клітинах рослин і тварин, що містять багато хромосом усередині центрального ядра, транспозон просто перемішує місця розташування різноманітних генів, час від часу вмикаючи або вимикаючи їх у процесі. Натомість у бактерії транспозон може переносити гени з головної хромосоми клітини до плазміди для експорту в інші бактерії. Деякі транспозони навіть містять гени для незалежного транспортування. Як тільки вони вискакують з головної хромосоми, то підштовхують клітину до будівництва спеціального містка для спаровування, по якому транспозон запускає копію себе.

Бактеріальний суперорганізм

Ніщо не вказує на те, що антибіотики створили засоби, завдяки яким бактерії можуть обмінюватися генами. У зразках бактерій, узятих у пацієнтів ще на початку 1920-х років, було виявлено плазміди, фаги й транспозони – усі в тонусі та готові до дії. Але ті самі збережені бактеріальні зразки показали, що в бактерій, які викликали інфекції на початку XX століття, гени резистентності до лікарських засобів були рідкісними, а то й узагалі відсутніми.

Мікробіологи 1950-х років ще не розуміли великих масштабів обміну бактерій генами, але його наслідки ставали дедалі очевиднішими в медичних центрах усього світу. 1959 року японські лікарні переживали спалахи стійкої до багатьох лікарських засобів бактеріальної дизентерії. Бактерії шигели, що викликали ці спалахи, легко відмахувалися від чотирьох різних класів раніше ефективних антибіотиків: сульфаніламідів, стрептоміцинів, хлорамфеніколів і тетрациклінів. Хоч як дивно, шигела, виділена в пацієнтів перед лікуванням антибіотиками, за результатами аналізів зазвичай виявлялася повністю чутливою до всіх чотирьох класів препаратів. Але застосування будь-якого одного з них якимось чином робило мікроб повністю резистентним до них усіх. Це було геть незрозуміло, доки команда дослідників не повернулася до зразків випорожнень, взятих у пацієнтів перед лікуванням. Серед нормальної кишкової мікрофлори пацієнтів учені виявили штами E. coli, резистентні до всіх чотирьох класів препаратів. Чи могла ця кишкова паличка якось передавати свою стійкість до багатьох лікарських засобів значно більш небезпечній шигелі? Як виявилося, саме так усе й відбувалося. По суті, японські дослідники виявили, що стійкість до багатьох лікарських засобів можна передати від кишкової палички до шигели і назад доволі легко, просто змішавши резистентні і чутливі штами в пробірці.

Англомовні мікробіологи дізналися цю новину в 1961 році. У травневому номері популярного видання The Journal ofBacteriology Цутому Ватанабе й Тошіо Фукасава з Університету Кейо в Токіо не лише виклали результати їхніх колег, але й повідомили про фантастичні результати власного дослідження. Вони задокументували, як плазміди та фаги, заряджені генами стійкості до лікарських засобів, переносились між чотирма різними видами бактерій: E. coli, Shigella dysenteriae, Salmonella typhimurium та Salmonella enteritidis. Останні дві належали до найбільш частих причин харчового отруєння. Понад те, Ватанабе та Фукасава визначили час, потрібний для перенесення генів резистентності до багатьох лікарських засобів у пробірці, який у середньому становив п’ятнадцять хвилин. Для порівняння: зараженій бактеріями їжі потрібні години, щоб подолати територію E. coli в кишечнику людини – більш ніж досить часу, щоб бактерії зійшлися ближче й поділилися кількома трюками.

Мікробіологам, які читали цей звіт, довелось усвідомлювати його результати поступово. По-перше, вони мали прийняти, що бактерії можуть збирати гени резистентності до лікарських засобів, немов підвіски на браслеті. По-друге, будь-який антибіотик може спричиняти поширення стійкості не лише до самого себе, але й до низки інших препаратів, якщо виявиться, що кілька генів резистентності мешкають на тій самій плазміді або упаковані в той самий фаг. Тож антибіотик може сприяти поширенню будь-якого гена – небезпечного або нешкідливого, – що зв’язується з геном стійкості. А найцікавішим, мабуть, було те, що, за даними японців, бактерії не стримуються міжвидовим бар’єром. Хоча сальмонела, шигела та кишкова паличка належать до однієї родини бактерій, їхній обмін генами відбувається не просто між видами, але й між родами. Це стало першою чіткою ознакою того, що необмежений обмін генами, по суті, перетворив усе бактеріальне царство на один величезний суперорганізм, об’єднаний фундаментальним потягом до виживання.

Ігнорована небезпека

Хоча мікробіологи й звернули на неї увагу, новина про бактеріальний обмін генами майже не зачепила свідомості лікарів-практиків. Привид непереборної стійкості до лікарських засобів здавався дуже віддаленою проблемою на тлі нібито нескінченного надходження все новіших та небачено потужніших антибіотиків. Але потім стрімкий потік антибіотиків почав міліти. Уже в 1980-х роках фармацевти усвідомили, що в них закінчуються нові біохімічні мішені для антимікробних препаратів. Наступне ж десятиліття принесло безпрецедентне зростання числа високорезистентних нозокоміальних (внутрішньолікарняних) інфекцій. Окрім звичного порушника спокою стафілококу, серед цих інфекцій також були стійкі до лікарських засобів штами нормальної мікрофлори, що рідко викликали якісь проблеми до появи антибіотиків. Головним серед цих «хороших мікробів, що стали поганими» були ентерококи – родина кулястих бактерій, що колись належали до найбезвинніших, а також найбільш розповсюджених бактерій, природних для кишечника людини. У давні часи ентерококи не викликали інфекцій, навіть коли потрапляли у відкриті рани.

Схильними викликати проблеми під впливом антибіотиків ентерококи ставали через дві невід’ємні властивості. З одного боку, вони від природи пристосовані до життя ззовні тіла і можуть годинами виживати на відкритому повітрі, а крім того, можуть витримувати від низьких до середніх доз шкідливих для них хімікатів, таких як дезінфектанти та антибіотики. До 1980 року два з найстійкіших видів ентерококів – Enterococcus faecalis та E. faecium – стали справжньою карою для реанімаційних відділень, де крапельниці, сечовивідні катетери та дихальні трубки пропускали їх до кровоплину та внутрішніх тканин найслабших пацієнтів, з найбільшими порушеннями роботи імунної системи.

Спочатку лікарі вирішили, що пацієнти заражуються ентерококами зі своїх кишечників. Однак невдовзі стало ясно, що лікарні вивели власні окремі штами ентерококових супермікробів. Насичене антибіотиками лікарняне середовище сприяло появі резистентності, а неідеальні санітарні умови – суперстійкості: штами були здатні вперто триматися днями, тижнями, а то й місяцями на поверхнях лікарняних палат, таких як спинки ліжок та стільниці, а також предметах на кшталт стетоскопів, телефонів і пейджерів, яких лікарі та медсестри торкалися між контактами з пацієнтами.

І ще гірше, ентерококи виявилися здатними підхоплювати проблемні гени від інших лікарняних бактерій. Вони не лише збирали десятки генів резистентності до лікарських засобів, але й переймали ДНК руйнівних для людських клітин токсинів під назвою гемолізини, а також адгезинів, свого роду хімічних кігтів, що дозволяли їм проникати на раніше недоступні території, такі як сечовивідні шляхи та сечовий міхур. У процесі цього виведений у лікарні ентерокок став головним умістилищем небезпечних генів, що, у свою чергу, поширювалися на інші бактерії, такі як синьогнійна та кишкова палички. Виникаючи зі звичайної нешкідливої мікрофлори, ці мікроби слідом за ентерококом ставали головними причинами внутрішньолікарняних інфекцій. До середини 1990-х років нозокоміальні інфекції вбивали близько вісімдесяти восьми тисяч американців щороку, приблизно одного кожні шість хвилин – більше за всі автокатастрофи та вбивства, разом узяті.

Найтривожнішим з усього було те, що лікарняні ентерококи підхоплювали п’ять генів, які разом надавали загальної резистентності до антибіотика, що раніше вважався останньою надією, – ванкоміцину. Розроблений у 1956 році, ванкоміцин залишався здебільшого незалученим через його токсичність та погане всмоктування в організмі пацієнтів. У багатьох випадках він викликав ушкодження нирок та втрату слуху і мав вводитись внутрішньовенно. Але 1980-ті принесли з собою розквіт внутрішньолікарняних штамів стафілококу, стійких