Микробы vs человек. Война и мир
29 ноября научный поединок «Science Slam» прошел в Тюменском государственном медицинском университете.
Одним из его участников стала Наталья Перунова, доктор медицинских наук, профессор РАН, ведущий научный сотрудник НИИ медицинских биотехнологий и биомедицины Тюменского медицинского университета, заместитель директора по научной работе института клеточного и внутриклеточного симбиоза (Оренбург). Наталья Борисовна в легко и понятно рассказала о перспективах человечества в борьбе с устойчивостью к антибиотикам у микробов.
— Eсли вы не любите микробов, то вам не повезло с планетой! -начала выступление Наталья Перунова. — Организм человека сам по себе планета, внутри и снаружи которой живут микроорганизмы, и складывается ощущение, что они неплохо нами управляют. Во-первых, их больше. Eсли взвесить всех микробов, живущих в нашем теле, то выйдет примерно 2,5 килограмма -это сопоставимо по весу с мозгом или печенью. Во-вторых, совокупность их клеток в 500 раз больше, чем у человека. За счет всего этого они активно вмешиваются во внутренние процессы организма.
Дошло до того, что наш организм передал часть своих функций микробам — раз не платят аренду за жилье, то пусть работают. Микробы расщепляют некоторые сложные углеводы, а мы потребляем продукт распада. Так что мы не то, что мы едим, а то, что нам переработали микробы. Eсть даже теория, что митохондрии — это древние бактерии, которые забрались в эукариотические клетки, прижились там и теперь живут с нами, постоянно вырабатывая энергию.
Знакомство человечества с микробами не задалось в первую очередь из-за многочисленных эпидемий и инфекций, унесших немало жизней. Было время, когда пневмония считалась приговором. Ситуация изменилась, когда Антони ван Левенгук изобрел микроскоп. С этого момента история медицины пошла семимильными шагами. Придумали первые вакцины и пенициллин — первый антибиотик.
— Микробам стало невесело, -продолжает доктор наук, — и они начали разрабатывать механизмы устойчивости — проще говоря, способ обойти антибиотики. Тогда-то и началась гонка вооружений. На каждый новый антибиотик микробы придумывали новую защиту. Дошло до того, что сформировались супербактерии, устойчивые ко всем существующим антибиотикам. Появились даже микроорганизмы, которые эти антибиотики начали использовать в качестве питания, от них лучше росли, размножались и становились более злыми. Перед наукой постоянно (до недавнего времени) стоял вызов, который можно описать словами королевы из «Алисы в стране чудес»: нужно бежать со всех ног, чтобы только оставаться на месте, а чтобы куда-то попасть, надо бежать как минимум вдвое быстрее!
В процессе борьбы человечество все больше узнавало о противнике. Например, микробы могут расщеплять антибиотики или выбрасывать их из клетки, кодируя процесс в генетическом аппарате, а именно в плазминах, которыми микробы могут меняться с соседями и родственниками. Обнаружилось, что бактерии умеют строить микробные города, а это уже коллективное поведение, а значит, у них есть язык. И, чтоб вас окончательно добить, есть бактериальное IQ, а микроорганизмы можно делить на экстравертов и интровертов.
Позиция «хороший микроб — мертвый микроб» перестала работать, и ученые решили пойти другим путем, смахнув пыль с идеи симбиоза. На основе этой технологии выдвигались разные гипотезы, например в 2000 году Дж. Летерберг сказал, что если мы возьмем клетки и геном человека и микроба, то можно вывести супер-организм. Неплохая мотивация начать дружить, согласитесь.
— В России сформировалось новое направление — инфекционная симбиология, которую мы изучаем в институте клеточного и внутриклеточного симбиоза в Оренбурге. Из стремления учиться у природы появились природоподобные технологии. Так что именно мы изучаем и какие есть способы договориться с микробами? В первую очередь, исследования иммунитета. Здесь имеются в виду не вакцины и сыворотки, так как для неспецифических стафилококков и кишечных палочек их просто не напасешься. Поэтому мы можем взять антимикробные протеины, которые у нас являются частью врожденного иммунитета, и попытаться приспособить их. Начались исследования языка микробов — это разные химические сигналы. Распознав сигнальные молекулы и принцип их действия, мы можем дать сигнал, что нам нужно снизить численность микробов или вообще попросить их на выход с вещами. Проще говоря, ученые смогут не убивать микробов, а управлять ими.
Ученые вспомнили про бактериофаги, или просто фаги, которые едят бактерии, снижая численность и борясь с вредными микроорганизмами. Тут и бифидобактерии — рыцари нашего организма, которые могут и иммунитет стимулировать, и плохих микробов убить. Eсли посчитать соотношение сенсоров к рецепторам у бифидобактерий, то выяснится, что у них высокий IQ и маленький геном, в котором нет места патогенности. Eще такой маленький геном говорит о том, что бифидобактерии узкоспецифичны, и у каждого штамма есть свой характер — набор определенных свойств. Один разрушает микробные города, другой латает кишечник, третий восстанавливает иммунитет. Eсли ученые найдут конкретный штамм с конкретным свойством, то смогут создать узконаправленные пребиотики, которые могут стать альтернативой антибиотиков.
— Eще один любопытный инструмент — хронобиология (раздел биологии, изучающий циклические процессы — О.Г.). Но ведь у микробов нет лапок и наручных часов, откуда же они узнают время? У микробных клеток есть много рецепторов. Они улавливают сигналы и могут переключать свои гены, чтобы выполнять последовательно разные функции — пытаясь делать все сразу, клетка умрет от перегрузок. Соответственно, у микробных клеток есть память и способность запоминать последовательность переключения генов. Eсли выделить микробы из организма, то по этой последовательности переключения генов можно понять, что происходило в организме и, например, как развивалась болезнь. А что касается устойчивости к антибиотикам, хронобиологический подход может помочь найти время ослабления микроба. Условно, он может быть устойчив к антибиотику в течении дня, а вечером у него время отдыха, когда он ослабевает и мы можем с ним справиться, — поясняет доктор наук.
— Мы находимся на пороге новой истории — истории дружбы с микробами, и нам многое предстоит сделать для поиска общего языка. Когда вам особенно грустно, помните, что вы не одиноки, с вами всегда есть бактерии, которые вас любят и о вас заботятся, — подытожила Наталья Перунова.
***
фото: Иллюстрации к презентации выступления Натальи Перуновой.