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

В распоряжении Джерри Райта, главы Противомикробного исследовательского центра Университета Макмастера в Гамильтоне (провинция Онтарио, Канада), имеется оборудованная по последнему слову техники лаборатория, в которой есть все, что может понадобиться разработчику новых медикаментов, включая стоящий 15 миллионов долларов США аппарат для высокоскоростного скрининга, позволяющий одновременно проверять эффективность действия десятков потенциальных медикаментов на сотни бактериальных мишеней. Однако Райт убедился, что технологии XXI века бледнеют перед лицом изящных механизмов создания антибиотиков, которые можно наблюдать в комке грязи.

“Лучшим умам синтетической химии потребовались годы неимоверных усилий на получение даже в малых количествах таких структурно сложных антибиотиков, как ванкомицин, – объясняет он. – Но многие разновидности бактерий могут делать это с легкостью”. Особый интерес у Райта и его команды из Противомикробного центра вызывают стрептомицеты (Streptomyces) – обширный род почвенных бактерий, давно привлекавших внимание ученых своей способностью образовывать сложные колонии из длинных нитевидных клеток с напоминающими плодоножки стебельками, несущими споры. На определенном этапе эти производящие антибиотики бактерии пополнили наш медицинский арсенал дюжиной с лишним новых классов препаратов, в том числе стрептомицинами, тетрацикли-нами, неомицинами, эритромицинами и ванкомицинами.

В подземном мире микробов эти биохимические соединения, судя по всему, играют две разные роли. Результаты ряда исследований указывают на то, что при низких концентрациях они работают как сигнальные молекулы, позволяя бактериальным клеткам ощущать присутствие других клеток собственного и других видов и реагировать на него⁶⁰

. При более высоких концентрациях они могут играть более знакомую нам роль антибиотиков как ядов, оттесняя конкурентов в бесконечной толкотне сложных микробных сообществ, повсеместно, от пустынь нашей планеты до горных вершин, пропитывающих песок и почву.

Райт начал исследования генов стрептомицетов в середине девяностых. Цель исследований состояла как раз в том, чтобы узнать у этих бактерий некоторые трюки, полезные для разработки лекарственных препаратов. Райт и его аспирант Кистофер Маршалл сосредоточились в особенности на одном отрезке хромосомы, принадлежащей бактерии Streptomyces toyocaensis, о котором было известно, что он задействован в синтезе тейкопланина – антибиотика, близкородственного ванкомицину. Результатом этого исследования стал каталог из нескольких десятков генов, в числе которых был и нежданный подарок судьбы – набор генов самосохранения, защищающих клетки S.

toyocaensis от их собственного яда.

Райта не удивило, что эти гены устойчивости оказались перемешаны у бактерии с генетическими чертежами аппаратуры для производства яда, позволяя микробу эффективно координировать выработку “противоядия”, не менее важную, чем синтез самого яда. Но чего Райт не ожидал, так это того, что кластер из пяти генов устойчивости, выделенный им и Маршаллом из данного обитателя грязи, казался до ужаса знакомым. Любой микробиолог, работавший с внутрибольничными супермикробами, такими как устойчивые к ванкомицину энтерококки, немедленно узнал бы эти гены: один – чтобы срезать места связывания антибиотика на грамположительной клеточной стенке, еще два – чтобы изготавливать устойчивые к антибиотику детали для заделывания возникающих при этом в стенке щелей, и последняя пара – регуляторные гены, позволяющие включать первые три в случае надобности, когда поблизости объявится ванкомицин или какой-либо из его химических родственников.

Райт и Маршалл воспользовались ДНК-зондами, чтобы выудить те же самые гены устойчивости у других стрептомицетов. Они обнаружили эти гены у выделяющего ванкомицин Streptomyces orientals, а также у полудюжины других штаммов и видов, производящих химически родственные ванкомицину антибиотики⁶¹. “Тут-то мы и хлопнули себя по лбу, – говорит Райт. – Если бы мы только провели такой эксперимент пятнадцать лет назад, когда началось широкое применение ванкомицина, мы бы узнали, какой именно механизм устойчивости придет вслед за этим антибиотиком в наши поликлиники и больницы”.