Клин клином: как бактерии избавят нас от неизлечимых болезней

Оружием будущего против инфекций станут не новые антибиотики, а сами микробы. И не только против инфекций бактерии cмогут лечить ожирение, диабет и другие тяжелые недуги

http://slon.ru/biz/1029266/

Мы не знаем до конца, насколько наша жизнь зависит от микробов. Они не просто полезны они неотъемлемая часть нас. Судите сами: около 2% веса тела человека (в среднем килограмма полтора) составляет чистая микробиота. Бактериальных клеток в нас в 15 раз больше, чем наших собственных. Эти бактерии несут более чем три миллиона генов. Для сравнения: человеческий геном содержит примерно в сто раз меньше, а 40 генов достались нам, опять же, от бактерий. Строго говоря, мы ходячие колонии бактерий. И уж точно мы бы без них не выжили, поскольку свои, «хорошие» бактерии защищают нас от чужих, смертельно опасных.

Насколько разнообразен мир микробиоты и насколько глубоки отношения между человеком и его бактериями, стало известно совсем недавно. Долгое время считалось, что если потереть ватной палочкой сначала кожу, а потом донышко склянки с питательной средой, то в склянке вырастут все бактерии, которые живут на коже. В начале ХХI века оказалось, что это вовсе не так. Когда появились сравнительно быстрые и недорогие способы расшифровки ДНК, ученые обнаружили, что микробиота человека в сотни раз богаче. «Просто многое из того, что живет в человеке, не размножается в пробирке с питательной средой, говорит Дмитрий Алексеев, заведующий лабораторией биоинформатики НИИ физико-химической медицины. Когда мы стали выделять и расшифровывать генетический материал микробиоты, оказалось, что в кишечнике живет больше тысячи разных видов бактерий, хотя раньше было известно всего несколько десятков».

Поворотным моментом стала история с ожиревшими мышами. Американский генетик Джефри Гордон и его коллеги из вашингтонского Центра геномных исследований одними из первых обнаружили, что состав флоры у поджарых мышей и их корпулентных сородичей резко различается. Мало того, когда ученые брали микрофлору от полных мышей и пересаживали худым, те набирали вес. И наоборот, полные мыши сбрасывали вес, когда им пересаживали бактерии из кишечника худых.

Дальше больше: как показали последующие эксперименты на мышах и на людях, даже самые щадящие курсы антибиотиков уничтожают бактерии в кишечнике. Со временем восстанавливается количество, но не качество: видовое разнообразие микробиоты становится на порядок беднее. Примерно как с дикой природой, когда выгорает целый лес и вместо сотен разных видов деревьев на его месте сажают сплошную канадскую сосну. Это было бы еще полбеды, но оказалось, что с таким бедным набором штаммов бактерий лабораторные мыши гораздо более склонны к ожирению, сахарному диабету и метаболическому синдрому. В общем, за последние пять лет было многократно доказано, что микроорганизмы в кишечнике влияют на обмен веществ и могут работать в обе стороны: «плохая» микробиота провоцирует болезни, «здоровая» способствует выздоровлению.

Влияние микробов на нас простирается далеко за пределы кишечника: есть немало данных в пользу хитрой коммуникации, которую микробы кишечника устанавливают с мозгом. К примеру, мыши, выращенные в особых стерильных условиях (у которых нет микробиоты), гораздо меньше подвержены стрессу, чем обычные мыши. А если взять линию агрессивных мышей и линию флегматичных мышей и поменять им микробиомы, их поведение тоже изменится соответственно. «Очевидно, что тысячи видов микробов выделяют гораздо больше разных веществ, чем известно науке, говорит Алексеев. Как именно они влияют на наш иммунитет, обмен веществ и на наше поведение, это науке только предстоит выяснить».

В сентрябре этого года в журнале Nature Communications вышла статья российских ученых, которые исследовали микробиоту у людей, живущих в городах (с антибиотиками, фастфудом и всем прочим) и в деревнях (то есть, по идее, ближе к природе, без антибиотиков и фастфуда). Работа, в которой принимали участие больше трех десятков исследователей, длилась три года: в течение года собирали образцы для анализа, еще год заняла расшифровка ДНК, и около года обработка и анализ данных.

«Мы обнаружили, что видовое разнообразие бактерий в кишечнике у городских жителей гораздо беднее, чем у сельских, говорит Дмитрий Алексеев, соавтор работы. И горожане в России, Европе и Америке по микробному составу как близнецы-братья, а вот у сельских жителей, даже в пределах нашей страны, очень сильно отличается. То есть в кишечнике человека также происходит глобализация. Люди по всей земле едят одинаковые гамбургеры, в которых содержатся антибиотики, микробиота скудеет, и дальше это приводит к разным заболеваниям».

Как именно разные болезни связаны с изменениями микробного состава в кишечнике, пока точно неизвестно. Доказано лишь, что связь есть. Также пока не очень понятно, как именно можно лечить с помощью бактерий, но уже сейчас очевидно, что у биологических коктейлей масса преимуществ перед антибиотиками: они не убивают, а наоборот, насаждают полезную флору, у них нет побочных эффектов и они не наносят ущерб экосистемам. А главное, в гонке вооружений, которая уже больше полувека идет между человеком и инфекциями, бактерии не сдают позиций: к каждому новому препарату микробы рано или поздно приспосабливаются.

Арсенал доступных сегодня врачам средств ограничивается пробиотиками и фекальными трансплантациями. Однако, насколько эффективно то и другое, пока сказать трудно.

«С вероятностью пятьдесят процентов, говорит Георгий Шадрин, научный сотрудник НПЦ Оториноларингологии. То есть половине наших пациентов пробиотики помогают, половине нет. Причем иногда бывают неожиданные результаты. Прописываешь человеку с хроническим фарингитом пробиотик, он приходит через месяц и говорит, с горлом проблемы на месте, но зато прошли запоры».

Речь о Blis K12, который стал первым пробиотиком для рта и глотки, одобренным на Западе (в России он зарегистрирован как БАД). Главное действующее вещество этого препарата это бактерии рода S Salivarius, которые встречаются в слюне здорового человека и защищают его от болезнетворных бактерий. Blis применяют для лечения хронических фарингитов, стоматитов и галитоза (плохого запаха изо рта). Этот полезный микроорганизм, если его постоянно принимать в течение нескольких недель, может вытеснить болезнетворные бактерии, которые и вызывают воспаление в глотке и полости рта. Как именно это происходит? Почему у одних людей полезные бактерии S Salivarius вытесняются каким-нибудь жутким золотистым стрептококком, а у других нет? В поиски ответов на эти вопросы сегодня во всем мире вкладываются солидные деньги.

Сейчас в мире, и в России в том числе, идет несколько масштабных метагеномных исследований обитающих в человеке микробов. Например, Евросоюз выделил на это Европейскому консорциуму MetaHIT 22 млн евро, а американский Институт здоровья с 2007 года потратил на аналогичную программу Human Microbiome $153 млн. Российские инвестиции на этом фоне теряются, впрочем, радует, что они вообще есть: Минобрнауки выделил в 20112012 годах грант на 18 млн рублей (менее $600 тысяч). Сейчас в России метагеномными исследованиями занимаются около двух десятков институтов.

Помимо государственных программ, такие исследования финансируют частные компании и это важный знак, что все движется в сторону клинической практики. Например, ученые описали видовой состав микрофлоры, которая вызывает язвенный колит у человека, а компания J&J в этом году выделила $6,5 млн стартапу Second Genome, занимающемуся метогеномными исследованиями, на разработку микробиологического способа лечения этой болезни.

Не так давно в США запустился краудсорсинговый стартап «Мюбиом», в чем-то похожий на нашумевший 23andMe, только здесь расшифровывают ДНК не человека, а микробов, его населяющих. Всего за $90 любой желающий может не только получить генетический паспорт своей внутренней живности, но и внести посильный вклад в науку: ведь чем больше данных от разных людей, тем точнее понимание связи микробов со здоровьем, обменом веществ и, в перспективе, поведением.

И здесь открываются захватывающие дух перспективы. Микробиом может стать инструментом разработки персонализированной медицины. Когда будут известны смысл и свойства тысяч микробов в человеческом теле, можно будет через них диагностировать и лечить многие болезни, причем строго индивидуальным, естественным и лишенным побочных эффектов способом.