Микробы хорошие и плохие. Наше здоровье и выживание в мире бактерий.

В начале сороковых годов Освальд Эвери, Колин Маклауд и Маклин Маккарти из Рокфеллеровского института установили, что исследованные Гриффитом пневмококки подбирали в окружающей среде обрывки молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) патогенного штамма. Тем самым эти ученые получили первые убедительные свидетельства того, что именно из ДНК и состоят гены.

В 1952 году, когда были опубликованы данные об открытиях, сделанных в лаборатории Ледербергов, стало ясно, что бактерии используют целый ряд способов, позволяющих им подхватывать новые признаки. Они могут подбирать гены из окружающей среды, обмениваться ими в ходе конъюгации или получать их вместе с встраивающимися в бактериальную хромосому вирусами. Теперь нам известен и еще один, четвертый путь работающего у бактерий “генетического такси” — так называемые прыгающие гены, или транспозоны, открытые в сороковых годах генетиком Барбарой Мак-Клинток. Транспозон по сути представляет собой какой-либо ген или группу генов с расположенными по краям “вставочными последовательностями” — отрезками ДНК, периодически вырезающимися из одной хромосомы и вставляющимися в другую вместе с расположенными между ними генами.

В клетках растений и животных (содержащих много хромосом в расположенном в центре клетки ядре) транспозоны просто перемешивают гены, при этом время от времени случайно включая их или выключая. У бактерий же транспозон способен переносить гены из главной хромоты в плазмиду, вместе с которой они могут поставляться другими бактериями. Некоторые транспозоны даже содержат гены независимой транспортировки. Стоит им выскочить из главной хромосомы, как они вызывают образование конъюгационного мостика, по которому транспозон передает в другую клетку копию самого себя.

Бактериальный сверхорганизм

Нет никаких оснований предполагать, что это антибиотики дали бактериям средства, позволяющие им обмениваться генами. В образцах бактерий, взятых у пациентов в начале двадцатых годов прошлого века, были обнаружены плазмиды, бактериофаги и транспозоны — все в наилучшем виде и готовые к переносу. Но те же сохраненные медиками образцы свидетельствуют и о том, что гены устойчивости к антибиотикам были редкостью или вообще не встречались у бактерий, вызывавших инфекционные заболевания в начале XX века.

В пятидесятые годы микробиологи еще не осознавали, насколько активно бактерии обмениваются генами, но последствия такого обмена ярко проявлялись в стенах медицинских учреждений всего мира. В 1959 году в больницах Японии были отмечены вспышки устойчивой ко многим антибиотикам формы дизентерии. Вызывавшие эти вспышки бактерии — шигеллы — не поддавались действию четырех различных классов некогда эффективных антибиотиков: сульфаниламидов, стрептомицинов, левомицетинов и тетрациклинов. Как ни странно, шигеллы, выделенные из стула пациентов до начала лечения антибиотиками, обычно оказывались, судя по результатам анализов, вполне чувствительными к препаратам всех четырех классов. Но применение препарата любого из этих классов каким-то образом делало микробов абсолютно устойчивыми ко всем четырем. Все это выглядело совершенно неправдоподобным, пока одна из исследовательских групп не обратилась к образцам стула, взятым у пациентов до начала лечения. Наряду с представителями нормальной кишечной микрофлоры исследователи обнаружили штаммы кишечной палочки, устойчивые к препаратам всех четырех классов. Не могли ли кишечные палочки каким-то образом передавать свою устойчивость ко многим антибиотикам намного более опасным шигеллам? Как выяснилось, именно это и происходило. Более того, японские исследователи установили, что передавать устойчивость ко многим антибиотикам от кишечных палочек шигеллам и обратно довольно просто: достаточно смешивать устойчивую и чувствительную культуры в одной пробирке.

Англоязычные микробиологи узнали эту новость в 1961 году. В майском номере широко читаемого издания Journal of Bacteriology Цутому Ватанабэ и Тосио Фукасава из Университета Кэйо в Токио не только изложили открытия своих коллег, но и сообщили о фантастических результатах собственных исследований. Им удалось отследить передачу как плазмид, так и бактериофагов, несущих гены устойчивости к антибиотикам, между четырьмя разными видами бактерий: кишечной палочкой (Escherichia coli), шигеллой дизентерии (Shigella dysenteriae) и двумя видами сальмонелл (Salmonella typhimurium и S. enteritidis). Последние два вида относятся к числу самых обычных возбудителей пищевых отравлений. Более того, Ватанабэ и Фукасава установили, что время, требующееся на то, чтобы передать гены устойчивости ко многим антибиотикам в пробирке, составляло в среднем около пятнадцати минут. При этом время прохождения зараженной инородными бактериями пищи по территории кишечной палочки в человеческом кишечнике составляет не один час, то есть его более чем достаточно, чтобы бактерии успели сблизиться друг с другом и поделиться несколькими трюками.