Микроб гениальности глазами микробиолога и психиатра. Междисциплинарное путешествие

Оксана Жданова

Сегодня признано заметное влияние психических расстройств на раскрытие творческих способностей. Но существует ещё один «странный» вид влияния, о котором пишут авторы: микроорганизмы. Возможно эти, по выражению Луи Пастера, «бесконечно малые существа» играют не только «бесконечно большую роль в природе», но и определяют удивительные способности человека? Могут ли существовать «микробы гениальности»? Авторы стараются ответить на этот вопрос, рассматривая его с разных сторон.

Глава 1. Человечество и инфекции: рука об руку по жизни

Нечаянно подслушанный разговор

Эксперимент затянулся до глубокого вечера. Сумерки за окном бокса сгустились до плотной темноты. Уличные фонари разливали вокруг себя мягкий желтоватый свет, и снег под ними радостно поблескивал разноцветными искорками. Моя верная помощница ушла сегодня пораньше, завтра ей предстояло сдавать сложный зачет, и я осталась одна приводить в порядок помещение, где проводилась работа с микроорганизмами. Пора и мне домой, там уже наверно заждались. Еще раз, окинув критическим взглядом бокс, я удовлетворенно закрыла за собой дверь, сняла перчатки, маску и шапочку, переоделась и включила кварцевые лампы. В лаборатории тишина, только щелкают реле приборов и слышно гудение ламп. Проходя мимо термостатов — специальных шкафов, где выращивают бактерии, мне вдруг показалось, что кто-то говорит. Я остановилась и прислушалась — тишина. И вдруг снова, как будто издалека, кто-то заговорил глухим усталым голосом:

— Дети! Какие же они еще дети! Им еще столько предстоит познать!

Другой, более высокий и раздраженный голос оппонировал:

— Дети? Хорошенькое дело! А как вам нравится их идея использовать против нас весь этот жуткий арсенал — антисептики, химиопрепараты, антибиотики, средства стерилизации, наконец.

— Ну, антибиотики, положим, не их изобретение, у нас переняли. Проанализировали и то, как мы реагируем на различные факторы окружающей среды, и сделали соответствующие выводы. Воспользовались, так сказать, нашим слабым местом и вот вам, пожалуйста, получите-распишитесь стерилизацию с дезинфекцией. Но, надо признать — они неплохо учатся.

В разговор вступил третий:

— Главного пока они не понимают. Носятся с этой навязчивой идеей избавления от микробов. Глупцы! Что они делать-то будут без нас? Если бы не мы, их бы и не существовало вовсе. Ведь это мы обеспечили им все условия для жизни, да и своим появлением, может быть они нам обязаны!

Совсем тоненький, почти писклявый голосок удивился:

— Как это?

— Да очень просто, — снисходительно отвечал разраженный голос. — Насытили, например, атмосферу пригодным для дыхания кислородом, и, возможно, поспособствовали появлению многоклеточных организмов. Ну, по крайней мере, это мы открыли возможность существования в социуме, где установлен свой порядок и каждый знает, кто он и что он должен делать — это же прототип ткани, в которых определенные клетки выполняют свои функции.

— А! Да, да я знаю! У нас этот социум биопленкой называется. Вот! — радостно и гордо пропищал тоненький.

Рис. 1.1. Микробы куда старше человеческой цивилизации

— Угу. А еще мы их постоянно воспитываем, направляем ход развития их цивилизации, на экономику влияем, помогаем делать открытия, убираем за ними, питаем их, наконец.

— Кстати, они уже догадываются, что мы можем влиять на их поведение.

— Некоторых, между прочим, даже в гении выводим. Имена их увековечиваем, — обиженно проворчал еще кто-то и, помолчав, добавил — Ну, иногда. Не всех. И не все.

— Да, много у нас работы…

— А не пора ли нам расходиться? Время уже позднее, а завтра учитывать результаты эксперимента предстоит. Надо успеть новые поколения образовать и сформировать приличные колонии.

— Ой, у меня же период генерации начинается! Хорошо вам, микобактериям, делитесь только через 16—20 часов, а мне приходится каждые 20—30 минут начинать новый цикл.

Все вдруг стихло и вновь слышалось только гудение ламп и щелканье реле, да из оконного стекла глядело на меня обескуражено мое собственное отражение.

Вот такой занятный разговор мог состояться в каком-нибудь фантастическом романе, если бы автор прихотью своей воли одарил сознанием и голосом бесчисленных существ невидимого мира. «На то он и автор, чтобы небылицы всякие придумывать» — скажет читатель. И все же, давайте попробуем разобраться, что в этом «подслушанном разговоре» выдумка, а что вполне может претендовать на истину. Выясним, наконец, что представляют собой микробы, какую роль они играют в нашей жизни и почему инфекции всегда идут вместе с нами по ветвистой дороге эволюции.

1.1. Что такое инфекции и откуда они взялись?

Знакомьтесь — Её Величество Бактерия!

Да, да, именно Величество. Потому что, бактерии правят бал жизни на Земле и во многом определяют наше существование. Это самые многочисленные жители нашей планеты, после вирусов конечно. Но почему мы их не замечаем? Потому что они очень-очень крошечные.

Сейчас вы держите перед собой книжку и вглядываетесь в текст, но посмотрите внимательнее, может быть, вы еще что-то сумеете разглядеть? Нет? Вот и славно, а то бы вы с испугу бросили нашу книжку и ни за что не стали бы продолжать чтение. А знаете почему? Потому что вы бы увидели огромное количество самых разнообразных МИКРОБОВ, они повсюду! К счастью, устройство нашего глаза не позволяет видеть нам такие мелкие объекты, если, конечно, мы предварительно не вооружимся микроскопом. Ведь человеческий глаз способен различить объекты размером 0.1—0.3 мм. А средний размер бактерий в десять тысяч раз меньше — 0.0005—0.005 мм, не говоря уже о вирусах, которые невозможно увидеть даже с помощью обычного микроскопа. Очень уж они крошечные³ — 0.00002—0.00035 мм, для их изучения особый микроскоп используют — электронный. Но в нашем повествовании речь пойдет преимущественно о бактериях.

Так кто же они, эти самые бактерии, как выглядят и как устроены?

Сегодня вряд ли найдется человек, не знающий о том, что вся информация о любом живом существе хранится в его ДНК (или РНК, если говорить о вирусах). Принцип строения ДНК универсален для всех существ и представляет собой длинную цепочку, состоящую из четырех типов нуклеотидов. Это святая святых любого организма и должна охраняться, как зеница ока. Все существа, обитающие на Земле, делают это по-разному:

Рис. 1.2. Микробная семейка

— Эукариоты (ядерные) хранят свою ДНК, компактно упакованную в хромосомы и спрятанную в ядре — специальном отсеке, отделенным от содержимого клетки оболочкой, называемой ядерной мембраной. Кстати, мы с вами относимся к этой группе и у нас 46 хромосом.

— Прокариоты хранят свои «инструкции», разместив их в одной единственной хромосоме, чаще всего замкнутой в кольцо. Эта хромосома располагается внутри клетки и ничем не отделена от ее содержимого. Так организован генетический аппарат всех бактерий. Кроме основных, у них имеются дополнительные «инструкции» в виде небольших кольцевых ниточек ДНК — плазмид, свободно располагающихся в клетке.

— Акариоты — особые организмы, не имеющие клеточного строения, хранящие свою генетическую информацию в небольших ниточках ДНК или РНК, защищенных белковой оболочкой. Конечно это вирусы — удивительные существа, занимающие промежуточное положение между живой и неживой природой. По сути, они представляют собой генетический материал, защищенный одной или двумя оболочками от внешней среды.

Итак, бактерии относятся к группе «Прокариоты» (доядерные). Теперь давайте посмотрим, как они устроены. Часто бактерии называют просто организованными. Но так ли это на самом деле?

Тело бактериальной клетки представляет собой мешочек, наполненный гелеобразным содержимым — цитоплазмой, в ней располагается основной хранитель генетической информации — нуклеоид или кольцевая хромосома, содержащая в среднем 4100 генов. Кроме того, там могут находиться от 1 до 200 плазмид, несущих дополнительную генетическую информацию, она не является жизненно необходимой, но дает бактериям преимущества в определенных условиях, такой своеобразный «спасательный круг» в условиях трудной жизненной ситуации. Очень важными структурами являются рибосомы, вырабатывающие белок. Они свободно располагаются в цитоплазме, их число непостоянно и меняется в зависимости от нужд клетки. Также некоторые бактерии могут иметь включения, представляющие собой небольшие гранулы, в которых находятся сера, железо, полифосфаты (полимеры фосфорной кислоты — резерв энергии), полимеры продуктов неполного окисления глюкозы (бета-оксимаслянная кислота) и другие вещества.

Тоненькая эластичная оболочка, называемая цитоплазматической мембраной, отделяет внутреннее содержимое бактерии от внешней среды. При этом она обладает избирательной проницаемостью. Через нее внутрь бактерий проникают необходимые вещества, а наружу выводятся вредные. Её принципиальное строение универсально для всех живых клеток — двойной слой фосфолипидов, в который встроены различные белковые молекулы. Мембрана не может обеспечить надежную защиту от механических повреждений, поэтому бактерии обзавелись дополнительной оболочкой, которую называют клеточной стенкой. Она не только защищает бактерии, но и определяет их форму (палочковидную, извитую, нитевидную, шарообразную, звездчатую и др.). Важным компонентом клеточной стенки, является пептидогликан. Он есть только у бактерий, причем у одних он представлен многочисленными слоями и составляет 90% клеточной стенки. В клеточной стенке других бактерий встречается всего один-два слоя пептидогликана, которые сверху покрываются внешней мембраной. Тип клеточной стенки — очень важный признак, положенный в основу распознавания бактерий, а также играющий большую роль в диагностике инфекционных заболеваний. Поэтому все бактерии принято делить по типу строения клеточной стенки на две группы: грамположительные и грамотрицательные. Названия эти даны по фамилии ученого Христиана Грама, предложившего способ окраски, позволяющий различить бактерии.

К первой группе относят бактерии, клеточная стенка которых представлена многочисленными слоями пептидогликана, а ко второй — бактерии у которых один-два слоя пептидогликана покрыты дополнительной мембраной, ее называют наружной или внешней.

Некоторые бактерии приобрели еще одну защитную оболочку — капсулу, она представляет собой слизистый слой, покрывающий клеточную стенку. Такие бактерии, как правило, оказываются опасными для здоровья человека. Капсула помогает бактериям прикрепляться к поверхности субстрата и противостоять защитным силам организма.

Существуют так называемые подвижные бактерии, они способны передвигаться в жидкой среде или по поверхности.

Рис. 1.3. Жгутиковые бегуны — рекордсмены по скорости передвижения

Для этой цели у них имеются особые структуры — жгутики. Их количество и расположение тоже является важным признаком, по которому можно определить вид бактерий. Например, возбудитель холеры имеет только один жгутик, расположенный на одном из полюсов бактериальной клетки, а кишечная палочка обладает большим количеством жгутиков, которые покрывают ее поверхность. Благодаря жгутикам бактерии могут изменять направление движения и выбирать наиболее подходящие условия обитания.

Жгутики представляют собой тоненькие ниточки, в несколько раз превышающие длину самой бактерии и совершают 40—60 оборотов в секунду. Благодаря жгутикам бактерии способны за 10 сек преодолевать 1 мм! Это расстояние превышающее длину самого микроба в 200 раз. Скорость, с которой могут двигаться бактерии, превышает мировой рекорд в беге на 100 метров, в три раза! Мировой рекорд в беге на 100 метров, установленный в 2009 году, составляет 9.58 сек.

А еще есть бактерии, у которых жгутики располагаются не на поверхности, а между наружной мембраной и клеточной стенкой. Они собраны в пучки, прикреплены к полюсам бактерии и обвивают ее вдоль тела. Из-за чего бактерии принимают извитую форму и тоже способны к разным видам движения: штопорообразному, волнообразному, толчкообразному, маятникообразному.

Для осуществления процессов жизнедеятельности (питания, роста, размножения, движения, восстановления поврежденных структур и другие процессы) необходима энергия. Живые существа обладают уникальной способностью — самостоятельно вырабатывать энергию.

Любой организм, любая клетка для осуществления процессов жизнедеятельности нуждается в энергии. В эукариотических клетках она вырабатывается особыми органеллами — митохондриями. Несмотря на то, что бактерии лишены этих органелл, они прекрасно справляются с задачей энергообеспечения. Кстати, ученые считают, что митохондрии — сами бывшие бактерии, которые научились получать энергию при участии кислорода и около 600 млн лет назад перебрались в эукариотические клетки. Поэтому принцип получения энергии у бактерий и митохондрий одинаковый.

Универсальным носителем энергии в живых организмах является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) и весь процесс получения энергии сводится к образованию этого вещества. В клетке расщепление питательных веществ, сопровождается выделением энергии, которая запасается в виде АТФ.

Питательные вещества проникают через цитоплазматическую мембрану в цитоплазму клетки и там под действием ферментов подвергаются расщеплению, при этом разрушаются химические связи и выделяется некоторое количество энергии, которая запасается в виде АТФ. При этом ионы водорода фиксируются с помощью специальных веществ и передаются на электрон-транспортную цепь.

Электрон-транспортная цепь представляет собой систему веществ-переносчиков, которые располагаются в цитоплазматической мембране и, которые, как в эстафете, от одного другому, передают электроны и переносят ионы водорода с внутренней поверхности цитоплазматической мембраны на внешнюю. В результате неравномерного распределения ионов водорода и электрического заряда по обе стороны мембраны, возникает энергия в форме «трансмембранного электрохимического потенциала», которая может преобразовываться мембранной «турбиной» (ферментом) в универсальный носитель энергии — АТФ.

Получение энергии — это сложный последовательный многоступенчатый процесс окисления, т.е переноса электронов от питательного субстрата (первичного донора) к какому-то веществу (конечному акцептору), через промежуточные вещества. У одних бактерий конечным акцептором является свободный кислород (О₂), в таком случае говорят об аэробном дыхании; у других конечным акцептором электронов может быть кислород в связанной форме (нитрат NO₃^‒, карбонат CO₃^‒, сульфат SO₄^2‒) — это анаэробное (бескислородное) дыхание. Дыхание аэробное или анаэробное протекает в цитоплазматической мембране при участии электрон-транспортной цепи. конечным акцептором могут быть органические вещества — этот процесс называют брожением и протекает он только в цитоплазме.

Если свободный кислород принимает электрон, то он становится токсичным — невероятно способным окислять разные вещества, а это опасно для всех живых клеток. Поэтому те бактерии, которые используют свободный кислород в качестве акцептора, научились защищаться от его токсичных форм с помощью специальных веществ — антиоксидантных ферментов. Те же бактерии, которые не имеют таких веществ, вынуждены жить в бескислородной среде. Таким образом, получение энергии может происходить как при участии свободного кислорода, так и без него.

Все бактерии по отношению к кислороду делятся на три группы:

— анаэробы — бактерии, у которых акцептором электронов являются неорганические вещества (нитрат, карбонат или сульфат), кислород для них опасен, живут в бескислородной среде;

— аэробы — получают энергию только при доступе свободного кислорода, поскольку он является конечным акцептором электронов;

— факультативные анаэробы — эти бактерии получают энергию так же, как и анаэробы, но в отличие от них способны защититься от токсичных форм кислорода.

Анаэробы получают энергию не самым эффективным способом — путем неполного окисления в цитоплазме. Неполного, потому что из веществ, которые образуются после расщепления питательных субстратов, можно получить еще больше АТФ, но для этого система переносчиков электронов и водорода должна быть полноценной, содержащей все необходимые компоненты. Этим ресурсом, увы, анаэробы не обладают, в их системах переносчиков отсутствуют некоторые компоненты. Поэтому недоокисленные вещества, например, молочная кислота, становятся бесполезными для бактерий и выбрасываются ими, в окружающую среду. Вот вы любите йогурт или другие кисломолочные продукты? Теперь догадываетесь, как они получаются? Правильно, кисломолочные бактерии расщепляют молочный сахар — лактозу до молочной кислоты и выбрасывают ее в молоко, отчего этот продукт приобретает новые свойства и превращается в йогурт. Тот же процесс происходит при заквашивании овощей. Молочная кислота препятствует размножению гнилостных микробов и является хорошим консервантом. Давным-давно люди научились использовать различные виды брожения (кисло-молочное, спиртовое, пропионовое, масляно-кислое) в своей хозяйственной деятельности, но даже не подозревали, что эти процессы невозможны без бактерий.

Факультативные анаэробы имеют более полноценную систему переносчиков, а кроме того, у них имеются особые вещества, защищающие их от активных форм кислорода.

Большинство бактерий относится к анаэробам и факультативным анаэробам. Чтобы обеспечить себя энергией, бактерии вынуждены съедать огромное количество пищи. А, кроме того, главным источником энергии для подавляющего числа бактерий являются углеводы (сахара). Вот уж кто настоящие сладкоежки!

Рис. 1.4. Бактерии любят хорошо покушать!

Да еще и обжоры, правда, по прихоти эволюции. Только представьте себе: за сутки каждая бактерия потребляет пищи в 30—40 раз больше массы своего тела. Это как если бы человек, массой 70 кг в сутки съедал от 2 до 3 тонн пищи!

Для того, чтобы все это переработать, да еще выполнить другие функции требуется очень высокая скорость протекания химических процессов, ее обеспечивают особые белки-катализаторы, называемые ферментами. Внутри бактериальной клетки их синтезируется около 3000, они обеспечивают протекание триллиона (10¹²) химических реакций в минуту.

Бактерии способны утилизировать самые разнообразные вещества. Не подумайте, что они совсем уж неразборчивы в своем аппетите. Оказывается, они еще те привереды. Если в питательной среде находится несколько сахаров, то бактерии определят легкоусвояемый сахар и сначала съедят его и только потом примутся за другой. В геноме бактериальной клетки закодированы все ферменты, которые необходимы ей в разных условиях существования. Но в каждый конкретный момент времени бактерия не нуждается во всех ферментах сразу, поэтому они синтезируются тогда, когда они действительно необходимы. Это рационально, потому что для одновременного и постоянного синтеза всех ферментов, закодированных в ее геноме, потребуется огромное количество питательных и энергетических ресурсов, и фабрик по производству белков (рибосом). Конечно, есть группа ферментов, которые необходимы для обслуживания жизненно важных процессов, без которых прокариотическая клетка погибнет, такие ферменты синтезируются постоянно. А есть ферменты, потребность в которых появляется время от времени и необходимо иметь механизмы включения и выключения их производства. Поэтому в ходе эволюции появились сложные и эффективные способы регуляции синтеза таких ферментов. Они позволяют бактериям быстро приспосабливаться к меняющимся условиям среды обитания, а значит выживать.

Процесс питания бактерий, тоже специфический. Во-первых, они могут поглощать вещества только в растворенном состоянии; во-вторых, они не могут поглощать крупные молекулы органических соединений. Поэтому бактерии сначала выделяют в окружающую среду экзоферменты (от греч. ехо — вне, снаружи), с помощью которых сложные вещества расщепляются до более простых и переносятся через наружную и/или цитоплазматическую мембрану внутрь клетки. Там они подвергаются дальнейшему расщеплению до еще более простых элементов с выделением энергии. Простые элементы пойдут на синтез необходимых веществ и клеточных структур, а энергия потратится на жизнеобеспечивающие процессы. Кстати, болезнетворные бактерии, именно с помощью экзоферментов повреждают ткани человека, животных или растений.

Разные бактерии выделяют разные ферменты, определяя их наличие можно даже установить вид бактерии. Этот принцип положен в основу диагностики инфекционных заболеваний. От человека получают исследуемый материал (мокроту, кровь, испражнения, отделяемое ран и т.д.) и распределяют его (делают посев) на специальных чашках с питательной средой, подобранной с учетом пищевых пристрастий той или иной бактерии. Потом чашки ставят в теплое местечко — термостат и через положенное время на поверхности питательной среды можно увидеть колонии — скопление потомков одной бактерии. По внешнему виду этих колоний можно предположить, какими бактериями они образованы, поскольку это тоже характерный признак.

Выделенные колонии снова переносят на питательную среду и снова размножают, а потом «предлагают» им «попробовать» специальные питательные среды с различными сахарами. В зависимости от того, какие сахара были расщеплены (каждый сахар может быть расщеплен только своим ферментом) определяют вид бактерий. В общем, процесс распознавания основан на принципе: «Скажи мне, что ты ешь, и я скажу, кто ты».

К сожалению, не все бактерии соглашаются расти и размножаться на питательных средах, многие настолько привередливы, что делают это исключительно в живых организмах.

Ну, и как вам «просто организованные» бактерии?! И это еще не говоря об их других удивительных свойствах.

Так вот, нас окружают и населяют (о, ужас!) полчища этих крошечных удивительных существ. Микроорганизмы обнаруживаются практически везде, то есть мы с ними постоянно взаимодействуем. Вот этот-то процесс взаимодействия живого организма с микробами и принято называть в науке инфекцией. Но не всякий контакт с микроорганизмами приводит к развитию инфекционного заболевания. Строго говоря, «инфекционное заболевание» является одним из вариантов, а точнее крайним проявлением инфекционного процесса, но так сложилось, что в медицинской литературе эти понятия часто отождествляют. Поэтому и мы, чтобы не путать дорого читателя, тоже последуем этому примеру. Давайте определимся, что инфекцией или инфекционным заболеванием мы будем называть такое заболевание, которое развивается вследствие контакта с микроорганизмом и повреждений, которые он вызывал в организме.

В естественных условиях окружающей нас обстановки, сред, свободных от микробов не существует. При каждом вдохе, с мельчайшими частицами влаги, пыли и другими носителями в наши дыхательные пути устремляются микробы. Они попадают в наш организм с пищей, напитками и даже лекарствами. Прикосновение к любым поверхностям и предметам (если только они не являются стерильными) обогащает нас новой порцией микробов, которые потом закономерно попадают в желудочно-кишечный тракт, на слизистую оболочку носоглотки, глаз и т. д. Незримые существа постоянно атакуют наш организм на протяжении всей жизни, от рождения и до самой смерти. Они не оставляют нас в покое даже тогда, когда мы спим. Но мы этого даже не замечаем, если только не заболеваем. К счастью, случается это редко. Почему же так происходит?

Рис. 1.5. В одном кубическом миллиметре — царства микробов!

Во-первых, у нас имеется целый арсенал защитных механизмов и факторов, препятствующих проникновению чужаков в наш организм. Одним из важнейших условий существования живого организма является постоянство внутренней среды. Любые нарушения, вызывающие изменения этого постоянства могут привести организм к гибели (поэтому защитные факторы и механизмы является жизненно важным приобретением).

Во-вторых, не всякие микроорганизмы способны вызывать инфекционное заболевание, а только те, которые обладают способностью нарушать целостность наших тканей. Вообще для возбуждения инфекционного заболевания требуется целый ряд условий. Если вы, к примеру, хотите воспроизвести таковое, то вам потребуется рецепт:

1. Некоторое количество представителей вида болезнетворного микроба (вот уж точно «один в поле не воин»).

Количество бактерий или их токсинов, необходимое для возбуждения инфекционного заболевания, называют «инфицирующей дозой». Для разных видов возбудителей эта величина различна. Чем более опасным является микроб, тем меньшее количество бактерий или их токсинов требуется для развития заболевания. Так, например, для возникновения одних инфекций требуется всего несколько десятков микробных тел (чума, туляремия), а для других — десятки или даже сотни тысяч (сальмонеллез, дизентерия).

2. Организм, восприимчивый к этому болезнетворному микробу.

Выбирая чувствительный организм, позаботьтесь о том, чтобы его иммунная защита была ослабленной. Обратите особое внимание на его принадлежность к биологическому виду. Есть возбудители, которые поражают только человека, тогда вызываемая ими инфекция будет называться «антропонозная». У животных тоже есть свои инфекции, их называют «зоонозными». К некоторым возбудителям чувствительными оказываются как человек, так и животные. Такие инфекции именуют «зооантропонозными».

3. «Входные ворота».

Не забудьте о важности этого компонента. Дело в том, что возбудитель может попасть в организм хозяина только через особое «слабое место», которое он в процессе эволюции обнаружил. Это место принято называть «входными воротами» инфекции. Добраться до «входных ворот» не так-то просто. Как, например, возбудителю гриппа попасть в воздухоносные пути? Необходимо использовать специальный вид «транспорта» следующий к конкретному пункту назначения. Конечно, вирус гриппа и другие возбудители капельных инфекций «выбрали» для этой цели самый удобный маршрут, способ и средство передвижения — по воздуху на мельчайших частичках влаги, слизи, мокроты и пыли.

Другие болезнетворные микробы могут попадать в организм хозяина через несколько «ворот»:

— пищеварительный тракт с пищей и/или водой;

— поврежденную кожу и/или слизистые оболочки при контакте с зараженными предметами обихода (кстати, немытые руки часто используются возбудителями инфекций, чтобы попасть в нужное место);

— слизистые оболочки при прямом контакте с больным (половые инфекции);

— слизистые оболочки и поврежденные участки кожи при контакте с кровью, или предметами, контактировавшими с ней;

— плаценту от матери плоду с кровью.

Обычно возбудитель конкретной инфекции в процессе эволюции избирает для проникновения в организм хозяина какой-то один способ. Однако есть инфекции, возбудители которых могут использовать для этого разные способы.

Кроме того, определенные условия внешней и социальной среды тоже играют важную роль, именно они должны обеспечить встречу и взаимодействие обоих участников инфекционного процесса.

Почему микробы-паразиты вызывают инфекции?

Ну вот, теперь вы знаете рецепт инфекционного заболевания. Но как болезнетворные агенты «запускают» инфекции? Зачем им вообще все это надо и почему разные инфекции вызываются разными микроорганизмами?

Все существа, обитающие на планете, преследуют одну единственную цель — закрепить существование своего вида в биосфере. Поскольку продолжительность жизни любого организма ограничена временными рамками, то становится очевидной необходимость постоянного воспроизведения себе подобных. Еще одним важным условием, обеспечивающим успешность в достижении этой цели, является возможность адаптироваться к изменяющимся условиям среды. В общем, задача сложная, если еще принять во внимание, что все это предстоит проделать в условиях жесткой конкуренции и противостояния. Каждый норовит у тебя отобрать лакомый кусочек, а то и тебя вместе с этим кусочком употребить. А тут еще условия окружающей среды без конца меняются, и от скорости реакции на эти изменения зависит судьба вида в целом.

Для болезнетворных бактерий процесс воспроизводства себе подобных — непростая задача. Это осуществимо только в живом организме, где имеются все необходимые условия, одним из которых, является высокая вероятность встречи со своими сородичами. Дело в том, что бактерии чаще всего размножаются путем деления, которое обеспечивает копирование генов материнского организма и появление клеток-клонов с одинаковым набором генов. Но этого недостаточно, поскольку для выживания необходимо еще уметь приспосабливаться к постоянно изменяющимся условиям внешней среды, т.е приобретать новые свойства. А это уже связано с приобретением новых генов и появлением новых вариантов генотипов. Высокоорганизованные существа (эукариоты) решают эту проблему с помощью процесса полового размножения. В результате, которого дочерний организм становится обладателем нового набора генов, комбинированных случайным образом. Каждый новый организм наследует по половине генов от обоих родителей, поэтому похож на них, и в тоже время отличается. Так внутри вида появляются многочисленные разнообразные варианты генотипов. Некоторые из них оказываются наиболее удачными и обеспечивают выживаемость вида в целом.

Но у бактерий нет полового размножения, тем не менее, они удивительно быстро приспосабливаются к изменяющимся условиям среды и существуют на планете уже очень давно. Как же они решили эту проблему? С одной стороны геном должен быть достаточно стабильным, чтобы обеспечить наследование жизненно необходимой информации, а с другой — достаточно лабильным, чтобы приобретать новые вариации генов, которые позволят изменяться, приспосабливаться и выживать.

Дело в том, что генетическая информация может передаваться двумя путями — вертикальным и горизонтальным. Эукариоты, к которым мы с вами относимся, передают генетическую информацию по вертикали — от родительского организма дочернему. Получив от родителей набор генов, мы уже не можем его изменить⁴. А вот бактерии делают это с легкостью. У них передача генетической информации возможна не только вертикальным путем, но и горизонтальным, то есть от одной клетки к другой (не дочерней)⁵.

Не будем утомлять читателя описанием механизмов горизонтальной передачи генетической информации, поскольку для этого потребуется не одна страница. Скажем только, что горизонтальная передача генов возможна только там, где вероятность встречи с представителями своего вида наиболее высока. Между прочим, горизонтальная передача генов может происходить между бактериями не только внутри одного вида или между родственными видами, но и видами, относящимися даже к разным семействам (т.е. очень далекими «родственниками»).

Итак, болезнетворные микроорганизмы стремятся попасть в организм хозяина, где есть возможность размножиться, получить новую комбинацию генов, «модернизироваться» и тем самым повысить шансы своего вида на выживание.

Популяция паразитов всегда тесно связана с популяцией хозяина. Для болезнетворных микробов паразитизм является необходимой и обязательной стадией в их жизненном цикле. Не будет хозяина — исчезнет паразит. Вместе они образуют своеобразную экологическую систему и неотделимы друг от друга. При этом паразиты довольно прихотливы в выборе своего хозяина.

Вы наверняка знаете о том, что есть инфекции, которыми болеют только представители определенного вида. Например, люди не болеют чумкой собак, а собаки не болеют сифилисом или дифтерией. С чем связана такая избирательность?

Все дело в «золотом ключике». Да-да, представьте себе — у каждого вида микроорганизмов на поверхности имеются особые структуры — «ключики», с помощью которых они открывают «замочек» заветной двери, за которой скрываются вожделенные для них возможности сохранения вида. «Ключики» у каждого вида возбудителей значительно отличаются по химическому строению, поэтому они открывают только соответствующие им по химической природе «замочки». Роль «замочков» выполняют сложные химические вещества, располагающиеся на поверхности клеток человека, животных или растений. Возбудители своими «ключиками» могут открыть только определенные «замочки». Поэтому разные виды животных страдают разными инфекционными заболеваниями. Хотя, есть такие микроорганизмы, которые обладают «универсальными ключами», они способны поражать и человека и животных, к счастью их немного.

Рис. 1.6. Ключевые проблемы есть и у микробов

Самым первым и важным этапом в развитии любой инфекции является прикрепление микроорганизма к клеткам тканей хозяина. Если не удастся прикрепиться, то и никакого инфекционного заболевания не разовьется. Поэтому очень важно, чтобы «ключ» точно соответствовал «замку», от этого зависит прочность прикрепления паразита на поверхности клеток хозяина.

Когда заветная дверь обнаружена и открыта, возникает следующая задача — закрепиться и устоять, а то не ровен час хозяин вознамерится попросить незваных гостей на выход. У него для этого много различных способов имеется. Например, особые белки — антитела, которые защищают «замочки», вещество — лизоцим, разрушающее оболочку бактерий, кислая среда желудочного сока и прочее. Чтобы не погибнуть, нужно уметь выживать в агрессивной среде организма хозяина. Как только болезнетворный микроб оказывается там, он «понимает», что окружающие условия резко изменились и жизненно необходимо адаптироваться к этим новым условиям, т.е. перейти в другой режим функционирования⁶. Конечно, у бактерий нет глаз, ушей, и даже зачатков нервной системы, они вообще считаются «просто» организованными. Тем не менее, они способны распознавать сигналы (электромагнитные волны светового, инфракрасного и ультрафиолетового диапазона, изменение температуры, кислотность среды, концентрации определенных веществ и др.) и таким образом получать данные о своем окружении. Получение своевременной информации о состоянии окружающей среды — одно из непреложных условий выживания. Сигналы из окружающей среды передаются в бактериальную клетку и там преобразуются в другие, которые «включают» или «выключают» определенные гены. В результате бактерии начинают синтезировать вещества, способные защитить их от воздействия агрессивных факторов организма хозяина. Эти вещества (назовем их факторами болезнетворности), синтезированные бактериями-паразитами, наносят вред, повреждая ткани хозяина. А повреждение тканей приводит в конечном итоге к развитию заболевания. Некоторые возбудители вызывают повреждение тканей хозяина, проникая внутрь клеток, их относят к категории «внутриклеточные паразиты».

Но не все так просто. Размеры бактерий несоизмеримо малы по сравнению с организмом хозяина или макроорганизмом (от греч. «μάκρος» — большой). Было бы наивно полагать, что факторы болезнетворности, продуцируемые небольшим количеством бактерий способны обеспечить им выживаемость в организме хозяина. Чтобы подавить сопротивляемость макроорганизма требуются значительные количества факторов болезнетворности, а это значит, что требуется большое количество бактерий, которые смогут их продуцировать. Поэтому после закрепления на поверхности клеток хозяина бактерии начинают активно размножаться и вырабатывать так называемые факторы болезнетворности.

В развитии инфекционных заболеваний выделяют четыре периода: 1) инкубационный; 2) продромальный; 3) разгара; 4) реконвалесценции.

Время от момента проникновения микроба в организм хозяина и до развития первых признаков заболевания называется инкубационным периодом.

Микроорганизму для достижения великой цели необходимо не только закрепиться, но и размножиться на поверхности клеток/в клетках хозяина. В тех местах, где микроорганизмы находят возможность для прикрепления и проникновении (входные ворота инфекции) происходит их первичное размножение. Микробы увеличивают свою численность и адаптируются к новым условиям существования. Процесс этот очень похож на освоение новых земель переселенцами и даже называется «колонизацией». Человек еще пока ни о чем не догадывается, но механизм инфекционного заболевания уже запущен, интервенты уже высадились, осмотрелись и даже готовятся к обороне. Боевые барабаны уже отбивают зловещий ритм.

Когда количество микроорганизмов достигает определенных значений, они начинают действовать сообща. Вместе, как по команде, они приступают к продуцированию веществ, которые обеспечат им выживание в организме хозяина. А кто же отдает команды? Как микроорганизмы узнают, что их количества уже достаточно для того, чтобы усилия, предпринимаемые ими, не пропали даром?

Оказывается, бактерии постоянно общаются между собой — «разговаривают» на своем языке. Функцию «слов» выполняют особые химические сигнальные молекулы, которые постоянно вырабатываются в крошечных тельцах. Такие сигнальные молекулы — аутоиндукторы могут иметь различную химическую природу. Особенность этих молекул в том, что они очень маленькие, они легко проходят через оболочки бактерий в обоих направлениях (туда и обратно). Когда количество бактерий в популяции увеличивается, то и количество сигнальных молекул становится больше. Они проникают в бактериальные тельца, накапливаются там и когда их концентрация достигает определенных значений — «включаются» гены, кодирующие синтез необходимых в данный момент веществ. Бактерии дружно начинают синтезировать токсины и другие вещества, помогающие бактериям и вредящие хозяину. Нарушается целостность тканей и запускается процесс воспаления. В это время у человека появляется головная боль, повышается температура и появляются другие симптомы, которые можно выразить одним словом — недомогание. Это слово хорошо отражает состояние человека во втором (продромальном) периоде инфекционного заболевания. Признаки характерные для данного заболевания еще отсутствуют, но уже понятно, что человек заболел.

Поврежденные клетки нашего организма подают сигналы тревоги, сообщая защитным системам об опасности. Эти сигналы тоже имеют химическую природу, они запускают процесс воспаления, который на самом деле является защитным механизмом хозяина. В случае, если речь идет о болезнетворных бактериях, сигналов тревоги выделяется значительно больше и тогда они усугубляют повреждения, наносимые микробами. Это означает переход к следующему периоду инфекционного заболевания — разгару, характеризующемуся яркими проявлениями болезни, когда предположить (а в некоторых случаях и точно поставить) диагноз можно по одним симптомам.

В течение инфекционного заболевания иммунная система человека вырабатывает защитные факторы, которые при повторной встрече с тем же возбудителем «узнают» его по «ключикам» и обезвредят. Эти факторы делят на две группы. К первой относят антитела — особые белки, которые связывают токсины бактерий или прикрепляются к бактериальным тельцам, превращая их в яркую мишень для защитников организма (фагоцитов и комплимента). Вторую группу образуют лимфоциты-убийцы, которые умеют обнаруживать и разрушать «свои» клетки, внутри которых размножаются пришельцы. Пораженную клетку уже не спасти, а вот предупредить распространение «заразы» можно, уничтожив клетки, где она гнездится.

Когда в организме появляются антитела и лимфоциты-убийцы, они начинают активную деятельность, очищая организм хозяина от болезнетворных агентов. Этот период называют — выздоровлением (реконвалесценцией).

Микроорганизмы погибают, но свершилось главное — следующее поколение, обогащенное новой генетической информацией, уже нашло нового хозяина и там, быть может, уже запущен новый цикл.

Как видите, жизнь болезнетворного микроба очень сложна и опасна. Чему только не научишься, находясь в условиях бесконечного противостояния.

Конечно, описанные нами процессы — это только упрощенная принципиальная концепция развития инфекционных заболеваний. В реальной жизни все намного сложнее. Периоды разгара могут характеризоваться разной степенью выраженности симптомов — от ярких проявлений до их полного отсутствия (манифестные, стертые, бессимптомные). Длительность инкубационного периода часто зависит от вида возбудителя. Так, например, при дифтерии и сифилисе он составляет 7 дней, при чуме 1—2 дня, при гепатите В он может растянуться до 6 месяцев, а при бешенстве — до года. Что касается периода выздоровления, то он наступает, к сожалению не всегда. Исходы инфекционного заболевания могут быть разными: от полного выздоровления до летального исхода. Это крайние варианты, между которыми есть носительство и переход в хроническую форму.

Откуда взялись инфекции?

Что такое инфекции мы разобрались. Но откуда же они берутся? Чтобы ответить на этот вопрос придется совершить небольшой экскурс в прошлое нашей планеты. Возможно, нам удастся узнать тайну происхождения инфекционных заболеваний.

Внутри планеты что-то зловеще рокотало и ее поверхность беспрестанно содрогалась. Тут и там в небо поднимались облака раскаленных газов и пепла, во все стороны растекались реки расплавленной магмы. Со свистом и грохотом, оставляя за собой огненные хвосты, к Земле устремлялись метеориты. Некоторые огромные небесные тела, падая, оставляли чудовищные «шрамы» на ее поверхности. Плотная завеса из дыма и пыли, и беспрестанный рев окружали планету… Так на протяжении нескольких миллиардов лет формировалась Земля.

Постепенно все стихло.

И вдруг Земля обнаружила, что обзавелась земной корой, морями и океанами, и даже первичной атмосферой. Только вот дышать этой атмосферой мы бы с вами не могли, потому что состояла она тогда сплошь из ядовитых газов, таких, например, как метан, сероводород, аммиак, водород, двуокись углерода. Конечно, присутствовали там и благородные газы и пары воды, вот только свободного кислорода в ней не было и никакое живое существо не имело ни малейших шансов выжить в таких условиях.

Прошло несколько миллиардов лет, и лик Земли преобразился до неузнаваемости. Воцарилось относительное сейсмическое спокойствие. Материки и омываемые ими воды наполнились разнообразной жизнью. Изменился и газовый состав атмосферы. Теперь в нем преобладает азот (78%), на долю свободного кислорода приходится 21% и другие газы (углекислый в том числе) составляют 1%. Ученые считают, что современный газовый состав атмосферы сформировался всего-то 50 миллионов лет назад. Согласитесь, что по историческим меркам это не так давно. Но откуда в первичной атмосфере взялся кислород?

Ответ на этот вопрос хранят окаменелые образования — строматолиты. Это «постройки», созданные сообществами (колониями) древнейших жителей нашей планеты. Считают, что около 3,5 млрд лет назад именно цианобактерии или синезеленые водоросли и некоторые другие бактерий были «архитекторами» этих удивительных «строений». Строматолиты имеют различную форму и структуру, состоящую из чередующихся органических слоев (останков сообщества древних бактерий) и минеральных отложений. Такие «строения» появлялись на дне мелководных водоемов. Строматолиты обнаруживают в осадочных породах Австралии, Гренландии, в Южной Африке, Сибири, Казахстане, Киргизии, и других местах планеты.

Рис. 1.7. Фотографии строматолитов (Van Kranendonk M. J., 2011)

Древние бактерии оказались не только умелыми строителями, но и снискали себе славу изобретателей. Оказывается, именно цианобактерии были первооткрывателями кислородного фотосинтеза! Они научились преобразовывать энергию солнечного света в энергию химических связей, выделяя при этом КИСЛОРОД.

Рис. 1.8. Протерозойские строматолиты, северная Сибирь (Бабкин А., 2014)

А ведь сначала фотосинтез был только бескислородным (кстати, многие современные бактерии и археи⁷ до сих пор с его помощью получают органические вещества). Вырабатываемый ими кислород поглощался земной корой и водой мирового океана, где происходили интенсивные процессы окисления и образование новых веществ. Излишки молекулярного кислорода выделялись в атмосферу. Процесс формирования атмосферы с современным газовым составом происходил довольно долго. Только около 1.5 млрд лет назад содержание кислорода в атмосфере достигло 1% от современного уровня. Что обеспечило условия для появления более высокоразвитых существ, в том числе и нас с вами. Вот о чем говорили бактерии поздним вечером в лаборатории. Так что не стоит пренебрежительно относиться к этим крошечным существам. Подумать только, что могут сделать трудолюбие и время!

Итак, в атмосфере уже появился свободный кислород, но еще долго единственными жителями нашей планеты были бактерии и вирусы. Если рассматривать время от момента появления жизни и до наших дней, то две трети этого периода они были единственными представителями живого мира. Потом стали появляться более сложно устроенные одноклеточные организмы (эукариоты), а потом и многоклеточные, к которым мы с вами, дорогой читатель, относимся.

Так вот, за это время бактерии уже успели освоить все экологические ниши, и стали вездесущими и полноправными хозяевами Земли (даже сейчас это самая многочисленная группа живых существ на планете, после вирусов конечно). В настоящее время они населяют самые разнообразные, а порой даже экзотические места. Бактерии можно встретить практически везде — в полярных льдах и горячих источниках, в дистиллированной воде и в воде Мертвого моря, на дне глубочайших впадин Тихого океана, даже в земле на глубине 6—7 км и высоко в атмосфере. Некоторые из них прекрасно чувствуют себя в воде, охлаждающей ядерные реакторы и даже космосе. Микроорганизмы играют чрезвычайно важную роль в жизни планеты. Они участвуют в круговороте углерода, азота, серы; увеличивают плодородие почв, фиксируя азот из воздуха и обогащая им почву; поддерживают газовый состав атмосферы; разлагают останки животных, растений.

Существование микромира определяет жизнь макромира на Земле. Выдающийся французский ученый Луи Пастер писал по этому поводу: «Микробы — бесконечно малые существа, играющие в природе бесконечно большую роль».

Когда же появились многоклеточные организмы (не без прямого участия бактерий и вирусов), то для бактерий это означало появление новых экологических ниш, новых «terra incognita», которые они взялись активно осваивать…

Рис. 1.9. Незваная компания

А теперь представьте себе ситуацию: сидите вы дома, чай ароматный попиваете, читаете, быть может, книжку увлекательную или какими-нибудь другими интересными делами занимаетесь. И вдруг дверь ваша под напором трещит и ломается, а к вам вваливается некто, да не один, а с компанией, и они начинают активно поглощать ваши запасы, занимать вашу же жилую площадь и уже хищно так на вас поглядывать. Что вы будете делать в таком случае:

а) продолжите чаепитие;

б) предложите нежданным гостям торт;

в) попытаетесь избавиться от пришельцев и все восстановить.

Что-то нам подсказывает, что читатель выберет ответ (в). Так поступали и древние многоклеточные. В процессе этой бесконечной борьбы у многоклеточных появились факторы и механизмы, позволяющие им эффективно противостоять мощной интервенции. Это то, что сейчас мы называем защитными силами организма или иммунитетом. А что же бактерии? Они вынуждены были разделиться на группы в зависимости от своих возможностей. Некоторые из них не смогли приспособиться к условиям существования в живых организмах и остались свободноживущими.

Другие бактерии смогли «договориться» с многоклеточными, так возникла группа симбионтных⁸ бактерий. Правда, разные группы бактерий и здесь разделились, и «подписали» разные соглашения со своими (уже партнерами!) многоклеточными. Так, некоторые бактерии, взамен крова и пищи, которые предоставляет хозяин, тоже взяли на себя некоторые обязательства — вырабатывать полезные вещества или выполнять защитную функцию. Союз этот оказался настолько полезным, а услуги оказываемые микробами настолько важными, что закрепились в ходе естественного отбора. Бактерии, «выбравшие» вариант отношений с хозяином, построенный на взаимовыгодных условиях называют мутуалистами. Другие бактерии — комменсалы, находят для себя приемлемыми условия существования в организме более крупных существ и без причинения ущерба хозяину используют то, что ему не нужно. Мутуалисты и комменсалы сформировали особую «касту» бактерий, которая являет собой неотъемлемую часть организма многоклеточных — микробиоту. О ней мы расскажем чуть позже. Среди симбионтных бактерий выделилась еще одна группа — паразиты. Представители этой группы активно используют ресурсы макроорганизма, т.е. питаются и размножаются за его счет, при этом наносят вред — повреждают органы и ткани, тем самым вызывая заболевания.

1.2. Кто в теле хозяин

Итак, на заре эволюции появилась новая экологическая ниша для микробов — многоклеточные организмы. Эту нишу вскоре освоили различные представители микробного мира: бактерии, археи, вирусы, микроскопические грибы и простейшие. Союз многоклеточных и микробов оказался эффективным и полезным для обеих сторон, и закрепился в ходе естественного отбора. В настоящее время, эволюционно сложившуюся совокупность микроорганизмов, максимально адаптированных к жизни в организме многоклеточных, принято называть микробиотой. У нас с вами, дорогой читатель, она тоже имеется. Зачем они нам нужны? Какую пользу приносят? Не лучше ли обойтись без них? Попробуем разобраться в этих вопросах.

Пожалуй, первым, кто обратил внимание на роль микробиоты в организме человека, был Илья Ильич Мечников. Одним из его научных интересов была проблема преждевременного старения человека. В своих работах, посвященных этой проблеме, он выдвинул теорию о том, что причиной старения прежде всего является толстый кишечник человека, а именно токсичные вещества, которые там образуются при расщеплении белковых продуктов гнилостными микробами. Он считал толстый кишечник рудиментарным органом и даже предлагал его удалять. Вместе с тем, Илья Ильич считал, что в кишечнике живут как вредные микробы (гнилостные), так и полезные. К последним он относил «болгарскую палочку» (лактобактерии) и был уверен, что эти благородные бактерии защищают кишечник от вредных и препятствуют старению. Он небезуспешно пропагандировал обязательное употребление кисломолочных продуктов на собственном примере. В аптеках того времени можно было встретить препараты с болгарской палочкой (см. рис. 1.10). Так что, И. И. Мечников был первым, кто впервые обосновано использовал лактобактерии для коррекции микробиоты. Кстати, сейчас такие препараты, содержащие живые симбионтные микроорганизмы (лактобактерии, бифидобактерии, пропионибактерии и др.), называют пробиотиками.

Рис. 1.10. Фотография рекламы из аптеки-музея г. Евпатория (Майа-йогурт Таблетки д-ра Трайнера. Болгарские палочки, рекомендованы медицинскими авторитетами, проф. Мечниковым и др.) при всех острых и катаральных заболеваниях желудочно-кишечного канала, особенно при вздутии живота, при катарах кишок, плохом пищеварении, заболеваниях и воспалениях печени и желчного пузыря, при камнях в печени и при болезнях обмена веществ).

С тех пор представление об сообществе микроорганизмов, населяющих наше тело, значительно изменилось.

Практически все слизистые оболочки (глаз, носоглотки, ротовой полости, желудочно-кишечного тракта, мочеполового тракта) и кожные покровы нашего организма заселены различными представителями микромира. Численность их сопоставима с количеством клеток, из которых мы с вами состоим и к нашему весу они добавляют около 2 кг. Разнообразие же видов может достигать 1000. В нашем теле выделяют участки с однородными условиями обитания, которые принято называть биотопами. Видовое разнообразие и количество микроорганизмов для каждого из них специфично. У всех людей в сравниваемых биотопах всегда определяется общее «ядро», но вместе с тем, имеются и индивидуальные различия. Кроме того, видовой и количественный состав микробиоты зависит от множества факторов (возраст, пол, тип питания, прием лекарственных препаратов, стресс, заболевания, радиация и т.д.). Распределена микробиота в организме крайне неравномерно, что связано с особенными условиями в каждом биотопе (температурой, кислотностью среды, влажностью, доступность питательных веществ, наличием факторов самоочищения). Самым густо заселенным «регионом» нашего организма является кишечный тракт, так как площадь поверхности его слизистой оболочки составляет около 250 кв. м. Неудивительно, что из всех биотопов микробиота кишечника самая многочисленная, разнообразная и наиболее изученная. Поэтому далее речь пойдет именно о ней.

Ученые склонны рассматривать микробиоту не просто как эволюционно сложившуюся совокупность микроорганизмов, максимально адаптированных к жизни в организме многоклеточных, но как своеобразный орган или даже систему.

Действительно, можно провести ряд параллелей между микробиотой и «традиционным органом». Как известно, органы состоят из тканей (клеток, осуществляющих определённые функции) и имеют свою структуру.

Этот своеобразный орган начинает формироваться у нас сразу после рождения, полностью созревая к 1—2 годам и функционирует на протяжении всей жизни. Слизистая оболочка желудочно-кишечного тракта покрыта слоем слизи, выполняющего защитную роль. В этом то слизистом слое и располагаются представители микробиоты. По сути дела, слизистый слой выступает в качестве остова, а функциональная роль принадлежит микроорганизмам. Кстати, микробиота принимает самое непосредственное участие в формировании этого остова.

Организм хозяина и его микробиота вместе образуют единую экологическую систему. Мы предоставляем микробам благоприятные для них места обитания и пищу. А что же мы получаем взамен? Вот лишь некоторые наиболее важные функции, делающие микробиоту неотъемлемой частью нашего организма (Юдина Ю. В., и др., 2019; Dinan K., Dinan T.G., 2022; Sun P. и др., 2021):

· Защищает от внедрения «пришельцев», в том числе и болезнетворных. Занимая определённый биотоп, представители микробиоты эффективно конкурируют с чужаками за места прикрепления на поверхности слизистых оболочек и кожи, питательные субстраты, факторы роста. Кроме того, они создают неблагоприятные условия для заселения и размножения микробов, проникающих из вне: закисляют среду обитания, продуцируют бактерицидные вещества.

· Участвует в формировании слизистой оболочки, утилизируя компоненты слизи, продуцируемой кишечными клетками.

· Тренирует нашу иммунную систему. Являясь постоянным источником принципиально чужеродных веществ, наши симбионты обучают и стимулируют клетки лимфоидной ткани кишечника. В результате чего на слизистых оболочках появляются так называемые секреторные антитела (иммуноглобулины обеспечивающие местную защиту) и клетки-защитники — фагоциты.

· Обеспечивает полноценное пищеварение. Гены микробов кодируют многие ферменты, необходимые для расщепления растительных волокон и некоторых полисахаридов (целлюлозы, крахмала и др.). При этом образуются короткоцепочечные жирные кислоты, которые являются важным энергетическим субстратом для клеток кишечника. Ферменты, продуцируемые микроорганизмами, участвуют в превращение желчных кислот, необходимых для переваривания жиров. Регулируют газовый состав кишечного содержимого, стимулируют двигательную активность кишечника.

· Участвует в детоксикации. Представители микробиоты превращают токсичные продукты белкового распада, образующиеся в процессе пищеварения, в нетоксичные.

· Синтезирует некоторые витамины и биологически активные вещества, необходимые для регуляции работы внутренних органов и центральной нервной системы.

Но самым интересным, на наш взгляд, является взаимодействие между микробиотой кишечника и центральной нервной системой, которое в научной литературе называют «ось мозг — кишечник». Как же осуществляется это взаимодействие и при чем тут микробиота?

Бактерии в ходе своей жизнедеятельности сами продуцируют сигнальные вещества или стимулируют их образование иммунными и эндокринными клетками, ассоциированными с кишечником. Как правило, эти вещества не попадают прямо в мозг, они должны трансформироваться в понятные для него сигналы. Для этого между кишечником и мозгом существует целый ряд посредников. К таким посредникам относятся кишечная нервная система и блуждающий нерв. Кишечная нервная система — большая и сложная часть периферической нервной системы. Эта система располагается в оболочках желудочно-кишечного тракта, и почти автономно и регулирует его работу. В состав кишечной нервной системы входят особые клетки, назовем их «переводчиками», поскольку они «понимают» язык иммунной и нервной систем, а также язык гормонов. Клетки-переводчики получают сигналы из кишечника, трансформируют их и передают информацию в мозг, а он в свою очередь, регулирует работу кишечника.

Оказалось, что таким образом микробиота способна регулировать аппетит и чувство насыщения и даже определять даже наше психоэмоциональное состояние и когнитивные способности.

Любые изменения в составе микробиоты, особенно той части, которая продуцирует короткоцепочечные жирные кислоты, способны не просто «рассорить» мозг с кишечником, но и серьезно нарушить работу мозга. Тут в пору задуматься, кто же в нашем теле настоящий хозяин?

1.3. Паразит и хозяин: «Давайте жить дружно!»

«Паразит — он и есть паразит!» — скажет просветленный читатель. Все это верно, с позиций антропоцентризма. Попробуем взглянуть на взаимоотношения участников системы «паразит-хозяин» с другого ракурса. Ведь, если рассматривать один и тот же предмет в трех разных плоскостях, то можно увидеть три совершенно разных объекта. Но истинное представление о нем мы получаем только в трехмерном пространстве. И так со многим в жизни.

Чаще всего говоря о болезнетворных микроорганизмах, мы смотрим сквозь «медицинскую призму», которая определяет и безусловную вредность, и опасность для человека. В этом вопросе мы — сторона заинтересованная, и, конечно, теперь, имея глубокие научные знания, имея высокотехнологичные средства, хотим получить сатисфакцию за все поражения, которые человечество несет в вечной борьбе с инфекциями.

С точки зрения «хозяина» паразит представляет собой абсолютное зло, с которым необходимо бороться всевозможными методами. Интересно, а как эта проблема выглядит с точки зрения самого паразита?

Попробуем разобраться и ответить на несколько вопросов:

1. Кто, из участников системы «паразит-хозяин», и в какой ситуации извлекает для себя наибольшую выгоду?

2. Является ли гибель хозяина целью паразита?

3. Могут ли быть инфекции полезными для хозяина?

Как вы помните, при инфекционных заболеваниях исходы бывают разные. Полное изгнание возбудителя из организма, сопровождающееся исчезновением всех признаков заболевания называют выздоровлением. В этой ситуации получение наибольшей выгоды смещается в сторону организм хозяина. Он в ходе заболевания приобретает иммунитет (невосприимчивость) к повторному заражению тем же возбудителем. И, повстречавшись на своем жизненном пути с таким же возбудителем, будет вооружен антителами и клетками лимфоцитами-убийцами.

А что же возбудитель? Он получает шанс размножиться и сменить хозяина, но только при благоприятном стечении обстоятельств. Ведь яркое проявление болезни легче заметить, диагностировать и лечить. В современных условиях больного с яркими симптомами проявления инфекции, как минимум, изолируют от общества и тем самым лишат возбудителя возможности смены хозяина. А еще чего доброго лечить примутся. Принимая во внимание обширный арсенал противомикробных препаратов, лечение чаще всего оказывается достаточно успешным, чтобы прекратить существование конкретного микроба и его потомства в конкретном организме хозяина.

В некоторых случаях инфекция переходит в хроническую форму. При этом возбудитель остается в организме навсегда, а у хозяина наблюдается смена периодов временного выздоровления (ремиссии) и возврата (рецидивов) признаков заболевания. В этом случае хозяин является постоянным или периодическим источником выделения возбудителя в окружающую среду. Казалось бы, возбудитель получает явное преимущество. Но ведь благополучие паразита напрямую зависит от продолжительности жизни хозяина, а она, при хронической инфекции, снижается. Выгода для возбудителя все же имеется.

При носительстве внешние признаки инфекции не определяются, но возбудитель остается в организме хозяина еще некоторое время. Человек при этом выглядит и ощущает себя абсолютно здоровым. Это хорошо для конкретного индивидуума и паразита, но плохо для популяции хозяина. С точки зрения медицины носительство играет важную роль в распространении инфекций, обеспечивая циркуляцию возбудителя в популяции хозяина. Бывают и другие случаи носительства — когда человек становится обителью для микроба, без какого-либо проявления заболевания, такое состояние называют здоровым носительством, длительность которого обычно невелика, но иногда может длиться в течение нескольких месяцев и даже лет.

Выразительным примером здорового носительства является печально известная история «тифозной Мэри». В начале прошлого века в США жила Мэри Маллон, она работала кухаркой в разных семьях. Как только Мэри начинала работать, через некоторое время все, кто ел приготовленную ею пищу, заболевали брюшным тифом. За время своей работы кухаркой эта женщина заразила 47 человек, для некоторых из них все закончилось слишком печально.

Паразит, становясь «незаметным» получает возможность беспрепятственно размножаться, превращая организм хозяина в источник инфекции для окружающих людей. Кто получает выгоду в этой ситуации? Несомненно, возбудитель и его вполне конкретный хозяин. А представьте, что будет, если все представители популяции хозяина окажутся здоровыми носителями? Такая ситуация была бы идеальной для системы «паразит-хозяин».

И наконец, рассмотрим последний вариант исхода инфекционного заболевания — летальный. Гибель хозяина ведет к гибели паразита. Выгоды не получает никто.

Если смотреть «сверху» глазами стороннего наблюдателя, становится очевидным, что самым выгодным вариантом взаимоотношений является тот, при котором обеспечивается сохранение популяций и паразита, и хозяина. Прежде всего, этим требованиям удовлетворяют в полной мере бессимптомные и стертые формы инфекции, а также носительство, а значит, они должны быть самыми распространенными вариантами взаимоотношений между паразитом и хозяином. И этому есть подтверждение. Врачам-инфекционистам хорошо знакомо понятие «феномен айсберга», которое отражает ситуацию с инфекционными заболеваниями: верхушка айсберга — его небольшая часть, находящаяся над водой, символизирует случаи инфекционных заболеваний, которые легко регистрируются, благодаря ярким клиническими проявлениям. Большая часть айсберга, его основная масса скрыта под водой — это те случаи инфекционных заболеваний, которые остаются не распознанными.

В системе «паразит-хозяин» оба участника процесса находятся в состоянии бесконечного противостояния, целью которого является взаимная адаптация. Оба участника этого увлекательного процесса оказывают взаимное влияние друг на друга. Болезнетворные агенты изменяют нас, совершенствуя наш иммунитет, а мы, безусловно, изменяем их. Именно благодаря постоянной борьбе с ними, мы, в процессе эволюции, обзавелись таким полезным приобретением как иммунитет. Его механизмы и факторы обеспечивают нам достаточно хорошую защиту и позволяют противостоять большинству окружающих нас «интервентов».

Вот вам и ответ на третий вопрос. Получается, что паразиты, т.е. возбудители инфекций, не такое уж абсолютное зло. Они совершенствуют наши механизмы защиты, делая нас сильнее. Жаль только, что результаты их положительного влияния конкретные индивидуумы не ощутят, потому что процесс формирования защитных механизмов занимает уж очень долгое время — сотни тысяч лет. Ситуация складывается парадоксальная. Влияние паразита на своего хозяина, в одной и той же системе, значительно отличается. Представим себе временную шкалу эволюции какой-либо системы «паразит-хозяин» и разделим ее на отрезки, сопоставимые с продолжительностью жизни особей хозяина (это скорее будут крошечные точки). В каждой конкретной точке этой шкалы влияние паразита на своего хозяина будет негативным. Ведь инфекции нередко представляют серьезную опасность не только для отдельно взятых особей, но и популяции в целом. И чем ближе эта точка будет находиться к «рождению» симбиотической пары «паразит-хозяин», тем более отрицательным будет влияние паразита. Но, чем длиннее путь, по которому симбиотическая «паразито-хозяинная» пара идет рука об руку, тем лучше они «узнают» друг друга и эффективнее приспосабливаются. Через некоторое время эти отношения могут стать «идеальными» и позволят популяциям паразита и хозяина сохранять стабильность. Паразиты получат возможность беспрепятственно размножаться в организме хозяина, а, последний, обзаведется эффективными способами защиты, которые позволят ему «не замечать» паразита. Инфекционные страдания наших далеких предков, оказались залогом нашего благополучия в настоящем.

Рис. 1.11. Важное объявление на придорожном столбе эволюции

1.4. Верной дорогой идем, товарищи?

Возникает еще один вопрос, всегда ли вектор взаимного влияния в системе «паразит-хозяин» остается неизменным?

До тех пор, пока человечество не представляло себе, что такое микробы и какую роль они играют в развитии инфекций, процесс протекал в направлении обоюдного совершенствования терпимости по отношению друг к другу. В результате диалога, который длится уже на протяжении сотни тысяч лет, возбудителям и их хозяевам удавалось приходить к некоторому взаимопониманию. Паразитам, для того чтобы можно было и дальше использовать организм хозяина в своих целях, приходится кое-чем поступаться. Факторы болезнетворности, благодаря которым можно выжить во внутренней среде организма хозяина, приходится ослаблять. Но и хозяин вынужден учиться принципам «биологической дипломатии». Вступая в контакт с пришельцами, ему необходимо сохранить свою видовую индивидуальность и надежно защитить постоянство внутренней среды, в любой момент быть готовым к смертельной схватке с непрошенными гостями. Но при этом не проявлять при этом слишком бурной реакции на вторжение.

Большая работа, целью которой должны стать идеальные отношения между паразитом и его хозяином совершалась медленно, но верно на протяжении многих тысячелетий, вплоть до эпохи великих изменений.

Началом ее стало открытие, сделанное в 1676 г. Антони ван Левенгуком. С помощью «микроскопий» — двояковыпуклых линз ему удалось разглядеть в различных субстратах (дождевой воде, пище, зубном налете и др.) забавных крошечных «зверушек», названных им анималькулями (от лат. animalculum — зверёк, микроскопическое животное). В одном из своих писем, датированном сентябрем 1683 г. и направленном в Лондонское Королевское общество, Левенгук описал и зарисовал основные группы бактерий. По сути дела это было величайшее открытие, которое еще долгое время оставалось незамеченным. Факт существования анималькулей воспринимался ученым миром как забавный казус. Тем не менее, на протяжении следующих 100—150 лет, некоторые пытливые умы все же проявляли интерес к микроскопическим существам и активно собирали информацию о них, описывая различные виды и связывая между собой отдельные факты с наличием микроорганизмов. Так, например, впервые окраску воды Красного моря объясняли развитием в ней цианобактерий.

Однако начиная со второй половины XIX века, микробиология получила активный толчок для развития. А началось все с того, что несколько ученых, независимо друг от друга наблюдали процесс брожения и связали его с жизнедеятельностью микробов. Даже самым прогрессивным и маститым ученым того времени эти открытия казались невероятными и подвергались ими жесточайшей критике. Затем Игнац Филипп Земмельвейс, обратил внимание на высокий уровень смертности женщин от родильной горячки. Он связал частоту смертности пациенток с отсутствием у врачей элементарных правил гигиены. Его предложение мыть руки хлорной водой перед оказанием медицинской помощи вызывало не просто недоумение у врачей XIX века, но даже ожесточенное сопротивление. По роковому стечению обстоятельств, врач-акушер, всю жизнь боровшийся с причиной сепсиса, сам погиб от заражения крови. Мероприятия, к которым когда-то призывал Земмельвейс, в современной медицине называют антисептикой (от лат. anti — против, septicus — гниение).

Пока венгерский врач-новатор в одиночку спасал матерей от родильной горячки и отважно боролся с инертностью мышления ученых-медиков, другому исследователю — Луи Пастеру удалось доказать, что микроорганизмы осуществляют процессы брожения и гниения. Работы английского ученого-хирурга Джозефа Листера, показали необходимость очищения ран от микроорганизмов и содержания в чистоте госпитальных помещений, особенно операционных, хотя тоже встречали сопротивление и скепсис.

Ну, а после того, как Якоб Генле и Роберт Кох представили на заседании Берлинского физиологического общества свои исторические постулаты, позволяющие установить бактериальную причину заболеваний, уже никто не сомневался в том, какую роль могут играть микробы в жизни людей.

И началась эпоха новых открытий в медицине и микробиологии:

К началу XX в. антисептика и асептика победоносно шествовали по госпиталям Европы и России. Больших успехов достигла медицина благодаря Эрнесту Бергману, активно внедрявшему принцип асептики — все, что соприкасается с раной должно быть стерильно. До неузнаваемости изменились операционные помещения, из них исчезли столы из нестроганых досок и корпия — нитки, надерганные из старого и часто нестиранного белья. Грязные сюртуки, со следами крови и гноя, когда-то считавшиеся признаком опытного врача, заменялись на чистые белые халаты, вводилось мытье рук по песочным часам, стерилизовались инструменты, дезинфицировались больничные помещения. И если для человечества это означало победу над осложнениями и преждевременной смертью, то для микробов это было началом новой войны. Теперь одной из главных задач медицины в борьбе с инфекционными заболеваниями стало уничтожение микроорганизмов любыми способами. Тут с большим энтузиазмом используются всевозможные доступные средства физической, химической и биологической природы: различные виды излучений (ультразвуковое, ультрафиолетовое и гамма), антисептики (хлор и йод-содержащие, спирты, кислоты, щелочи, соли тяжелых металлов и др. химические вещества) и конечно антибиотики — продукты жизнедеятельности живых существ. Имя Александра Флеминга тесно связано с их открытием.

Появление антибиотиков в первой половине XIX в. положило начало новой эпохи в медицине и новых проблем между микробами и человеком. Человечество, окрыленное появлением «волшебных пуль», способных «убить живое в живом, не вредя живому» торжествовало. Но радость эта оказалось недолгой и преждевременной. Уже через несколько лет после того, как первый антибиотик вошел в практику (а это был пенициллин) стали появляться сообщения о возникновении устойчивых к его действию микроорганизмов.

Вскоре выяснилось, что микробы задолго до появления человека научились создавать антибиотики — своего рода «оружие массового поражения». С его помощью в невидимом для нас мире между микроорганизмами ведется ожесточенная борьба за «место под солнцем». Бактерии существа изобретательные, они научились не только умело пользоваться этим оружием, но и эффективно защищаться от него разными способами, «записанными» в генах резистентности. Если вы помните, бактерии умеют делиться генетической информацией друг с другом. Гены резистентности очень быстро распространяются не только в популяции своего вида и рода, но и среди «дальних родственников». Поэтому массовое и часто нерациональное применение антибиотиков привело к появлению микроорганизмов разных видов, способных противостоять действию одного, нескольких и даже всех применяемых антибиотиков.

Устойчивые к антибиотикам микроорганизмы порождают новые проблемы. Так, начиная с 50-х годов XX в. и в наше время, увеличивается частота и тяжесть инфекционных осложнений, возникающих в медицинских учреждениях разного профиля. Кроме того, расширяется и изменяется видовой состав возбудителей. Все чаще опасность представляют микроорганизмы, которые раньше не вызывали инфекционно-воспалительных заболеваний. Речь идет о микроорганизмах, относящихся к группе условно-болезнетворных — это большая группа микроорганизмов, которые широко распространены, встречаются повсеместно. Часть из них постоянно проживает в нашем организме, а часть — свободноживущие, но при определенных обстоятельствах не прочь сменить место обитания.

Еще одной причиной, приводящей к увеличению опасности микробов, как ни странно, может быть научный прогресс. Появление новых знаний и технологий совершенствуют качество и поднимают медицинскую помощь на все более высокий уровень. Без всякого сомнения, это замечательно. Современная медицина достигла невероятных успехов. Но, некоторые события могут приводить к неожиданным результатам.

Все чаще высокотехнологичная медицинская помощь позволяет сохранить пациентам жизнь, но при этом их иммунитет нередко оказывается ослабленным, в силу тех или иных причин. Например, пациенты после трансплантации органов вынуждены принимать специальные препараты, подавляющие этот самый иммунитет, иначе трансплантированный орган будет отторгнут.

Мы постоянно взаимодействуем с микроорганизмами, и они различными путями стремятся попасть в нашу внутреннюю среду. Иммунные механизмы здорового человека легко изгоняют непрошенных гостей, но совсем по другому сценарию развиваются события в организме ослабленного человека, представляющего для микроорганизмов новую экологическую нишу. Ослабленный иммунитет, как и любое повреждение на теле человека — открытые настежь «ворота» для инфекции, на которых висит табличка «Добро пожаловать». беспрепятственное проникновение, питательные вещества, отсутствие адекватной реакции со стороны организма хозяина обеспечивают благоприятные условия для размножения новоиспеченному интервенту, и он начинает активно осваиваться, проявляя при этом свои агрессивные свойства. Перебираясь из организма одного хозяина в другой, он будет оттачивать свои болезнетворные свойства.

По данным Всемирной организации здравоохранения, микробу, кандидату в паразиты, достаточно сменить всего пять ослабленных хозяйских организмов, чтобы довести до совершенства свои потенциально болезнетворные способности и получить статус возбудителя инфекции. Способность микробов быстро приобретать устойчивость к антибиотикам наделяет убиквитарную⁹ бактерию свойствами монстра, с которым очень трудно, а порой невозможно бороться. Появление такого «гостя», в отделении реанимации, интенсивной терапии, хирургии, или ожогового отделения, не сулит ничего хорошего для их обитателей. Нередко визиты этих микробов, заметьте нами же спровоцированные, приводят к трагическим событиям.

Микроорганизмы, как, пожалуй, никакая другая форма жизни, испытывают постоянное давление окружающей среды и, поэтому, постоянно эволюционируют. Способность патогенных микроорганизмов изменять свои свойства под влиянием внешних факторов оказалась основной движущей силой в развитии и совершенствовании защитных механизмов высших животных. В давно сложившихся стабильных популяциях системы «паразит-хозяин» эволюционный отбор направлен на сохранение слабовирулентных вариантов паразитов и формирование устойчивости хозяев.

Но так происходит только в системах, неподвергающихся антропогенному влиянию. Человек, в ходе своей деятельности, вольно или невольно трансформирует взаимоотношения между паразитами и их хозяевами, вызывает дисбаланс в них, и тем самым изменяет направление естественно отбора, способствует большему проявлению болезнетворности паразитов и снижению защитных свойств хозяев.

Урбанизация, развитие научного, технического и промышленного прогресса обеспечивает появление новых нехарактерных для природы биоценозов, приводит к изменению предпочтений паразитов, они меняют не только свои традиционные пути и факторы передачи, но и самих хозяев. Одни микроорганизмы, возбудители традиционных заболеваний, получили широкое распространение, другие упрочили и повысили свою болезнетворность или приобрели ее благодаря активной деятельности человека (миграции, производство продуктов питания в промышленных объемах, использование консервантов для увеличения длительности хранения, применение антимикробных препаратов, вакцин и т.д.).

Когда-то, на заре эволюции, человек «подписал» договор об особых взаимоотношениях с микробами комменсалами и мутуалистами, но теперь нарушает его и провоцирует своих «партнеров» на проявление агрессивности вплоть до перехода в категорию паразитов.

Роль микроорганизмов в жизни человека действительно велика, без них жизнь немыслима. Они обеспечивают круговорот веществ в природе, разлагая органические остатки, участвуют в процессе формировании почв и полезных ископаемых, они необходимы нам для получения пищевых продуктов, лекарственных препаратов и т. д. В конце концов, микроорганизмы, обитающие в теле человека, очень важны для здоровья. Но есть и опасные микроорганизмы, они могут становится причиной заболеваний и даже гибели людей. Выступая регулятором численности человеческой популяции, микроорганизмы могут влиять на социальные процессы, определяющие развитие человечества.

1.5. Роль эпидемий в человеческой цивилизации

История человечества неразрывно связана с инфекционными заболеваниями. Некоторые из них порой охватывая города и страны, приобретали характер эпидемий, или даже пандемий, когда инфекция распространялась на целые континенты. Сохранившиеся до наших дней летописи хранят сведения о наиболее трагических событиях, связанных с массовыми заболеваниями. Смертоносные эпидемии оставили о себе память не только в исторических архивах, их следы отпечатались в биологии человека и его культурном наследии. Порой они оказывали глобальное влияние на социум, кардинально изменяя взгляды и мировоззрения людей, их судьбы и ход исторических событий. С уверенностью можно говорить о том, что современный облик человеческой цивилизации в некоторой степени формировался под влиянием эпидемий.

Как бы парадоксально это не звучало, но именно под влиянием опасных болезнетворных микроорганизмов человек, как биологический вид (Homo sapiens) приобрел весьма полезные для себя свойства и «научился» эффективно защищаться от многих инфекционных заболеваний. Одним из таких примеров могут быть взаимоотношения с вирусом Эпштейна-Барр, вызывающему инфекционный мононуклеоз (болезнь Филатова). Этот вирус чаще всего поражает детей в возрасте от года до пяти лет, а к 18 годам почти у 90% взрослого населения в организме уже имеются свидетельства контакта с этим вирусом. Инфекционный мононуклеоз распространен повсеместно, но при этом отмечается одна удивительная особенность: у детей и подростков Африканского континента вирус Эпштейна-Барр не просто вызывает инфекцию, а провоцирует развитие тяжелого опухолевого заболевания — лимфомы Беркитта (до 15 случаев на 100 000 населения; в 95% случаев патология связана с вирусом Эпштейна-Барр). Единичные случаи лимфомы Беркитта регистрируются по всему миру, но значительно реже (2—3 случая на 1 000 000 населения), а связь с вирусом отмечается только в 15—20% случаев. Долгое время этот факт оставался загадкой, но около десяти лет назад выяснилось, что иммунитет африканского населения имеет отличия, обусловливающие его высокую чувствительность к вирусу Эпштейна-Барр.

Дело в том, что на поверхности всех клеток нашего организма имеются особые структуры, называемые главными комплексами гистосовместимости или HLA (Human Leucocyte Antigens), они играют чрезвычайно важную роль в защите организма от инфекций, особенно вызванных внутриклеточными паразитами, в том числе вирусами. Когда в клетку попадает «чужой», то кусочки его белковых структур выставляются на поверхность клетки в ассоциации с HLA. Таким образом, иммунные клетки-солдаты узнают пораженные клетки и уничтожают их вместе с паразитом. Разнообразие генов, кодирующих синтез HLA, чрезвычайно велико (поэтому в популяции людей найти двух особей с одинаковым набором этих генов почти невозможно, это создает большие сложности с подбором подходящего донора при пересадке органов). Одним из вариантов генов HLA является HLA-А*11, который обеспечивает эффективную защиту от вируса Эпштейна-Барр. Оказалось, что среди коренного населения Африканского континента практически не встречаются люди с таким вариантом гена, зато он встречается у европейского населения; очень часто им обладают коренные жители Восточной Азии и Океании. Почему ген HLA-А*11 так неравномерно распределен среди современных людей, где-то густо, а где-то пусто? Откуда он вообще взялся? Чтобы разобраться в этом вопросе, нам придется вернуться в далекое прошлое…

Как известно, колыбелью человечества считают Африку, именно здесь несколько миллионов лет назад появились первые гоминиды — представители рода Homo. Затем они отправились на соседний континент.

Первая волна миграции произошла около 600 сотен тысяч лет назад. Через некоторое время путешественники разделились на две группы, одна отправилась в Европу (от них, в последствии, появились неандертальцы — Homo neanderthalensis), а другая группа ушла далеко на восток и положила начало новой ветви — денисовскому человеку (Homo altaensis). Затем неандертальцы, влекомые жаждой географических открытий и лучших мест для жизни, отправились на восток, где повстречались и породнились с денисовцами. Вторая волна великого переселения из Африки произошла около 60 тысяч лет назад. Проникновение и распространение Homo sapiens по территории Евразии сопровождалось близкими контактами с неандертальцами и денисовскими людьми, в результате которых появлялось потомство. До этого момента на протяжении сотен тысяч лет неандертальцы, денисовские люди и представители Homo sapiens существовали в разных условиях. Разными были не только климат обитания, пища, но и микробиологическое окружение, включая возбудителей различных инфекций. В ходе естественного отбора в разных популяциях людей накапливались и получали распространение те гены, которые обеспечивали наиболее эффективную защиту от болезнетворных микробов, циркулировавших в этой популяции. Когда в геном Homo sapiens стали вливаться гены неандертальцев и денисовцев, то в ходе естественного отбора под селективным давлением внешних факторов, в том числе микробов, распространенных на территории Европы и Азии, оставались наиболее полезные, наделявшие сапиенсов некоторыми преимуществами. Одним из таких чудесных генов оказался HLA-А*11.

Вот так в геноме современных европейцев и азиатов появилось около 2—3% неандертальских генов, а у коренного населения Африки такие гены не встречаются.

Таким образом, болезнетворные агенты определили наличие конкретных вариантов генов в популяциях современного внеафриканского человечества и сформировали систему врожденного иммунитета (Марков А., 2011).

Некоторые инфекции, прокатываясь смертоносными эпидемиями, оставили свой отпечаток в биологии человечества, разделив людей на отдельные генетические популяций.

Ярким примером тому является неравномерность распределения групп крови АВО¹⁰ по странам мира. Так, самая распространенная группа крови О (I) встречается у 97—100% представителей народа майя и индейцев Южной Америки. В то же время среди народов, населяющих Европу, эта группа крови встречается гораздо реже, в среднем 33—39%. А вот группа крови A (II), вторая по распространенности, гораздо чаще определяется у народов Европы (до 50%) и почти не встречается среди индейцев Центральной и Южной Америки (до 1%) (Давыдова Л. Е., 2015).

Существует гипотеза, объясняющая неравномерность распределения групп крови АВО на Земле, ее сформулировали в 1962 г. Ф. Фогель и Г. Петтенкофер. Они предположили, что в этом виноваты эпидемии чумы, оспы, холеры и другие заболевания, неоднократно возникавшие на одних и тех же территориях земного шара.

Оказывается некоторые антигены, расположенные на поверхности эритроцитов имеют большое сходство с антигенами возбудителей некоторых инфекций. Примерами таких совпадений являются антигены эритроцитов людей группы крови О (I) и возбудителей чумы и холеры; антигены эритроцитов людей группы крови А (II) и возбудителя оспы (Vogel F., 1970). Это совпадение может быть фатальным для человека. Представьте себе, что в организм человека с группой крови О (I) попадает чумная бактерия. Иммунная система, наделенная свойством распознавать «чужого», тем не менее, будет пребывать в замешательстве, ведь в организме она обнаруживает «свои» клетки с подобными антигенами. И пока клетки иммунной системы будут находиться в раздумье, возбудитель чумы уже сделает свое черное дело. Таким образом, люди, имеющие эритроцитарные антигены, сходные с антигенами возбудителей, оказываются чувствительными (неустойчивыми) к этим возбудителям. Поэтому, некоторые инфекционные агенты, циркулировавшие на определенных территориях и периодически вызывавшие эпидемии, планомерно уничтожали людей с определенной группой крови.

Как говорится, ничего личного, только естественный отбор.

Есть основания предполагать, что широкая распространенность группы крови О (I) у индейцев Центральной и Южной Америки может быть связана с возбудителем такой инфекции, как сифилис.

Имеются косвенные свидетельства того, что у людей, имеющих группу крови О (I) реже развиваются наиболее злокачественные проявления сифилиса (третичный сифилис и общий паралич). Коренные жители Центральной и Южной Америки долгое время, вплоть до XV в., находились почти в полной изоляции от остального мира, и возбудитель сифилиса, циркулировавший в этой популяции людей «направлял» отбор в пользу тех хозяев, которые обеспечивали бы существование самого паразита, но сами при этом не очень активно погибали, т.е. индивидуумов с группой крови О (I) (Фогель Ф., Мотульски А., 1990).

Распространение в популяции генов, кодирующих относительную устойчивость к определенным возбудителям, было полезным и эффективным в условиях изоляции, но обернулось еще одной трагической страницей в истории человечества.

Итак, аборигенные жители Америки имели некоторое превосходство в отношении сифилиса, по сравнению с выходцами из Старого Света, иммунная система которых, в свою очередь, была уже преобразована чумой и оспой. Когда каравеллы Колумба достигли берегов Америки, то вместе с матросами на берег выбралась и оспа. Среди населения Центральной и Южной Америки разразилась жуткая по своим масштабам пандемия. Однако хозяева континента в долгу не остались. Они передали мореплавателям сифилис, который затем был привезен в организмах матросов в Европу, где вспыхнула эпидемия сифилиса, долго терзавшая население всего континента (Михель Д. В., 2009).

А вот ещё один пример того, чем может отразиться эхо давно прокатившихся эпидемий. Интересное предположение высказано Стивеном О’Брайеном, вирусологом из Национального института рака (США), о том, что устойчивость некоторых индивидуумов к вирусу иммунодефицита человека (ВИЧ), может быть связана с эпидемиями чумы, способствовавших отбору особей, у которых отсутствует рецептор CCR5. Именно этот рецептор является тем «золотым ключиком», с помощью которого ВИЧ проникает в клетки нашего организма (Циммер К., 2018).

Влияние эпидемий на культуру

История человеческой цивилизации, как цветное мозаичное полотно, складывалось из множества событий и некоторые из них были связаны с эпидемиями смертельных заболеваний. Они оставили глубокий след в культурной памяти человечества, и нашли яркое отражение в произведениях мировой литературы и изобразительного искусства.

Длительное время, вплоть до конца XIX века, причины возникновения массовых заболеваний оставались неизвестными. Их масштабы и последствия вызывали у людей благоговейный ужас, а людей творческих с тонкой душевной организацией и богатым воображением они «вдохновляли» на создание мировых шедевров.

Много литературных произведений хранят память о событиях, происходящих во время эпидемии чумы. Под ее влиянием Джон Вильсон создал поэму «Город Чумы», а Даниель Дефо свой роман «Дневник чумного года». К теме чумы обращались Алессандро Мандзони (роман «Обрученные» оказался одним из самых читаемых произведений XIX), Боккаччо, Бодлер, Гете, А. Камю, Эдгар По и др. Не остался в стороне и великий классик русской литературы А. С. Пушкин, отразив в поэме «Пир во время чумы» безумие, которое постигало людей. Доведенные до крайней степени отчаяния внезапностью и молниеносностью болезни, неотвратимостью смерти и полной беззащитностью, они пускаются во все грехи.

Великие мастера, впечатленные чудовищными событиями, создавали мрачные полотна, где неистовствовала болезнь и торжествовала смерть. В средневековой иконографии появился особый жанр. «Чума», «Пляски Смерти», «Триумф», «Трое мёртвых и трое живых», как в зеркале отражают ужасы великого мора: безнадежность и беспомощность человека перед болезнью, ее внезапность и молниеносность (Бульст Н., 2000; Реутин М. Ю., 2003). Кстати, «благодаря» чуме в обиходе появились такие слова, как карантин и лазарет.

Рис. 1.12. Михаэль Вольгемут «Пляска смерти» (1493)

Эпидемии другой инфекции, поразившей жителей Старого Света, английский художник Уильям Хогарт посвятил серию гравюр «Карьера проститутки». Насколько актуальной проблемой был сифилис в XVI веке можно судить по гравюре фламандского художника Яна ван дер Страта «Гваякум и лечение сифилиса». Не ускользнули от наблюдательности художников и признаки врожденного сифилиса (Рембрандт «Портрет Жерара де Лересса»).

В литературных произведениях сифилис также нашел свое отражение. Профессор Падуанского университета Джироламо Фракасторо создал поэму «Сифилис, или о галльской болезни» (1530). Сифилис долгое время привлекал внимание многих литераторов. Об этой инфекции пишут в своих произведениях Мопассан, Манн, Куприн, Булгаков, Горький и многие другие.

Рис. 1.13. Ян ван дер Страт «Гваякум и лечение сифилиса» (1580)

Не остался без внимания и туберкулез. Сюжетная линия многих известных произведений связана с этой инфекцией: «Отверженные» (В. Гюго), «Дама с камелиями» (Дюма-сын), «Шагреневая кожа» (Бальзак), «Анна Каренина» (Л. Н. Толстой), «Идиот» (Ф. М. Достоевский), «Цветы запоздалые» (А. П. Чехов), «Жизнь взаймы» (Э. Ремарк) и др.

Благодаря своей широкой распространенности туберкулез даже вошел в моду в XIX веке. Появились определенные стандарты женской красоты аристократического общества, обусловленные болезнью: бледная, тонкая кожа и худоба.

Как протест несправедливости и трагизму, выплескивали художники на холсты свои впечатления о туберкулезе: «Больная» (В. Д. Поленов), «Портрет М. И. Лопухиной» (В. Л. Боровиковский), «В теплых краях» (Н. А. Ярошенко), «Больная девочка» (Э. Мунк) и др.

Эпидемии как поворотные точки истории

Влияние эпидемий, вызванных особенно опасными микроорганизмами, оказалось куда более заметным. Нередко они формировали исторический ландшафт человеческой цивилизации — определяли религию людей и наносили новые государства на карты, создавали предпосылки для появления нового общественного строя. Вот несколько примеров.

Эпидемия тифа, развернувшаяся в Афинах в 430 г. н. э., а затем распространившаяся по всей Греции, привела к резкому снижению численности населения и ослабила военно-морское могущество Афин. Греческие полисы уже не смогли объединиться в единое государство и вошли в состав Македонской империи.

К началу I века н.э. в Старом Свете сформировалось несколько цивилизаций. Римская империя, простирающаяся от Сирии до Британии, Парфянское царство, Индийская цивилизация и Ханьская империя, между которыми завязались деловые отношения. По торговым путям, связывающим Восток и Запад, ходили не только богатые караваны. Вместе с заморскими товарами в города и страны доставлялись возбудители инфекций, становившиеся причиной массовых заболеваний. В некоторых случаях это приводило к серьезным последствиям и неожиданным поворотам исторического сюжета. Так, например, многочисленные эпидемии II—III веков одна за другой обрушившиеся на Римскую империю постепенно ослабляли и подрывали ее экономическое и политическое могущество. Массовая гибель населения и его беспомощность перед лицом смертельных заболеваний, подрывали веру в пантеон богов. Развитие этой ситуации по времени совпало с появлением христианства и обеспечило его широкое распространение.

Таким образом, эпидемии вызвали развитие социального кризиса. Наряду с другими факторами, они способствовали постепенному переходу Римской империи от язычества к новой монотеистической¹¹ религии (Михель Д. В., 2009).

Несколько позже первая пандемия чумы, именуемая «юстиниановой чумой» (VI в.) внесла свой вклад в подготовку условий для формирования Западной цивилизации и появления качественно нового теократического¹² государства — Арабского халифата, а вместе с ним распространился ислам.

Пандемия, бушевавшая на протяжении нескольких столетий, опустошила и ослабила Средиземноморскую цивилизацию. К этому времени на Аравийском полуострове набирало силу молодое исламское государство. Экспансия арабов, оправданная религией, встречала слабое сопротивление и сопровождалась расселением арабов на завоеванных территориях. В результате грандиозных завоеваний под одним управлением были объединены Ближний Восток, Северная Африка и Испания, а ислам получил статус мировой религии (Игнатенко А. А., 2010).

В эпоху средневековья укреплялась и расширяла свои границы Западная цивилизация. Увеличилась численность населения в городах, возобновились контакты с Востоком, установились торговые отношения, предпринимались паломнические путешествия и Крестовые походы. Все это создавало предпосылки для появления новой пандемии, которая не заставила себя долго ждать. Начавшись на Востоке, чума, выкосила половину населения Китая, чем обусловила ослабление власти монголов и помогла взойти на престол китайской правящей династии Мин. Затем «Черная смерть» добралась до Средиземноморья и Европы, собирая свою страшную жатву. По приблизительным оценкам, только Европа лишилась около 1/3 населения (Михель Д. В., 2009; Супотницкий М. В., Супотницкая Н. С., 2006).

Вторая пандемия чумы определила социальный, культурный, экономический и политический аспекты общества. Поголовная подверженность инфекции, ее необычайно быстрое распространение и неотвратимость гибели заставляли людей обратиться к Богу. Но и здесь они видели всю тщетность возносимых молитв. Сама церковь оказалась такой же беспомощной перед лицом смертельной опасности. Священники, исповедующие умирающих, вскоре погибали сами, многие монастыри опустели. Это вызвало не просто духовный кризис — пошатнулся непререкаемый авторитет Ватикана, который когда-то диктовал свою волю королям. Эпидемия чумы, которая когда-то способствовала широкому распространению христианства, теперь заставила усомниться паству в могуществе духовенства и тем самым создала предпосылки для старта Реформации.

Ужасающая сила чумной эпидемии изменяла мировосприятие людей. В попытках как-то повлиять на ситуацию, остановить моровое поветрие появляются новые религиозные обряды и секты (например, широко распространилось флагеллянтство, его адепты проповедовали самобичевание ради искупления грехов). Была и другая крайность: неотвратимость скорой гибели бросала людей в объятия пьянства и разврата.

Безумие, порожденное чумной эпидемией, толкало отчаявшихся искать виновников. Вскоре по Европе прокатилась волна еврейских погромов, в результате которой было уничтожено около 300 еврейских общин (Супотницкий М. В., Супотницкая Н. С., 2006). Некоторые исследователи даже полагают, что именно тогда в Европе окреп антисемитизм, который в XX веке приведет к холокосту (Voigtländer N., Voth H., 2012).

На фоне бессилия духовенства укреплялась светская власть, которая предпринимала попытки остановить распространение чумы и хоть как-то взять ситуацию под контроль. Организовывался сбор и захоронение тел погибших, закрывались таверны и публичные дома, где инфекция распространялась быстрее. Постепенно вырабатывался комплекс мероприятий, названных впоследствии, санитарным контролем. В те времена он включал в себя карантин, изоляцию больных и их родственников, уничтожение вещей заболевших, организацию специальных захоронений. В измененном и дополненном варианте, санитарный контроль является одним из основных элементов современной системы охраны общественного здоровья.

Не меньшее влияние «Черная смерть» оказала на экономику средневекового Запада и поколебала феодальные отношения, создав предпосылки для изменения общественного строя в будущем и дала толчок для развития городов и промышленности. Снижение численности населения почти вполовину имело серьезные последствия. Из-за отсутствия работников земли оставались невозделанными и производство зерновых культур снизилось. С этого времени активно стало развиваться животноводство, поскольку оно не требовало такого количества рабочих рук, как земледелие. Опустевшие города пополнялись крестьянами, которые могли рассчитывать на более высокий уровень оплаты труда в условиях дефицита рабочих. Ремесленные сообщества, закрытые ранее для посторонних, стали охотнее принимать работников со стороны. Катастрофическая нехватка работников привела к тому, что традиционно мужскими профессиями овладевали женщины. Предпринимались попытки заменить ручной труд в производстве различными механизмами. Эпидемия чумы способствовала развитию текстильного производства. Считалось, что зараза распространяется по воздуху, поэтому на стенах стало принятым вешать гобелены, а окна занавешивать плотными тканями.

Мы видим, что «Черная смерть» во многом определила развитие западной цивилизации. Но нам представляется, что человеческая история эпидемий не закончена и в ней еще имеется много чистых страниц. Некоторые из них мы попытаемся начать заполнять во второй главе, где рассмотрим ряд современных экспериментальных доказательств того, что инфекционные агенты способны вызывать психические расстройства человека.

Примечания

3

Вообще-то размеры бактерий принято измерять в микрометрах (1 мм = 1000 микрон), а вирусов в нанометрах (1 мм = 1000 000 нм).

4

Тут необходимо сделать оговорку: в естественных условиях, так как в настоящее время разрабатывают способы редактирования генома, которые помогут избавиться человечеству от тяжелых генетических заболеваний, этим занимается молекулярная генетика.

5

Вот было бы здорово, если бы мы могли приобретать гениальные способности через рукопожатие. Жаль, что таким образом передаются только некоторые инфекции

6

Мы ведь тоже не ходим в лютый мороз в пляжной одежде.

7

Археи — предковые бактерии, группа микроорганизмов, имеющих сходное строение с истинными бактериями. Преобладали в биосфере древней Земли. Они не способны к паразитизму, многие из них приспособились к существованию в экстремальных условиях.

8

Симбионты — микроорганизмы «проживающие» в организме хозяина и вступающие с ним в различные варианты взаимоотношений.

9

Убиквитарный — встречающийся повсюду, от лат. ubique — повсюду.

10

Система групп крови АВ0 — система, позволяющая различать особые структуры на поверхности эритроцитов (клеток, крови, переносящих кислород), называемые антигенами или агглютиногенами (А и В). Их наличие у каждого человека определяется генами, т.е. они наследуются от родителей. По системе АВ0 выделяют 4 группы крови: О (I), А (II), В (III) и АВ (IV). У людей с группой крови О (I) на поверхности эритроцитов нет ни А, ни В; у людей с А (II) — на поверхности эритроцитов присутствуют только агглютиногены А, у людей с В (III) — только В, а у АВ (IV) — присутствуют А и В. Группа крови человека (наличие агглютиногенов) в течение жизни не изменяется.

11

Монотеизм — религиозное представление о существовании только одного Бога

12

Теократия — гражданская и духовная власть в одном лице. Форма правления, при которой власть в государстве находится в руках религиозного института и духовенства.