Микробы под номерами

Директор Института экспериментальной медицины, доктор биологических наук Александр ДМИТРИЕВ. Фото Ольги Островской

На днях в Институте экспериментальной медицины торжественно открыли Российско-китайский международный научно-исследовательский центр микроэкологии. Институт и Шаньдунская академия сельскохозяйственных наук подписали договор о сотрудничестве, и теперь ученые двух стран совместными усилиями будут развивать одно из интереснейших направлений в науке о человеке.

Между тем азам молекулярной микробиологии наш собеседник начал обучать китайских коллег еще в 90-е годы прошлого века. «С тех пор наши партнеры сделали огромный скачок в науке, и сегодня по ряду направлений исследований мы от них отстаем», - констатирует он.

- Хорошими учениками, вероятно, они оказались... Но и у российской микробиологии - столетние корни.

- Действительно, по разрешению Александра III наш институт был создан принцем Александром Петровичем Ольденбургским почти одновременно с Пастеровским институтом в Париже и немецким Гигиеническим институтом народного здравия, руководимым Робертом Кохом.

Кстати, формальным поводом послужил банальный укус бешеной собаки: пострадал офицер гвардейского корпуса, которым командовал принц. Укушенного отправили на лечение в Париж (Ольденбургский был хорошо знаком с Луи Пастером), а сопровождавшему его доктору дали указание ознакомиться с рецептом приготовления «яда бешенства». Затем принц поручил уже ветеринарному врачу провести опыты на кроликах, зараженных бешенством.

- Говоря современным языком, ваши коллеги еще в конце ХIХ века, осуществив «трансфер технологии» из Франции, создали отечественную вакцину?

- И создана она была в лаборатории при ветеринарном лазарете лейб-гвардии конного полка, где впоследствии была открыта Станция предупредительного лечения водобоязни по способу Пастера. Тогда же, в 1886 году, впервые в России были предприняты систематические исследования болезнетворных микробов с целью разработки мер борьбы с разными инфекционными болезнями.

Позже принц Ольденбургский обратился к императору с просьбой открыть заведение, подобное Пастеровскому институту, и поскольку средств из казны он не просил, то разрешение получил и приобрел на личные деньги на Аптекарском острове участок земли с несколькими постройками. В декабре 1890 года институт был освящен и торжественно открыт (так что в следующем году отметим уже его 130-летие).

Спустя пять лет именно здесь были получены первые порции противодифтерийной сыворотки, а так называемый «Чумной» форт на самом деле являлся Особой лабораторией ИЭМ по заготовлению противочумных препаратов. Всего до 1915 года было произведено свыше миллиона доз сывороток против чумы, дифтерии, тифа, столбняка.

- Впечатляет. Но вернемся к китайским исследователям: благодаря чему они так быстро преуспели в биомедицине?

- Я обучал китайских исследователей молекулярным методам анализа микроорганизмов в пекинском детском госпитале, практически ежегодно приезжая на несколько месяцев в Китай. Тогда, в 1990-е годы, мы были существенно сильнее их в этой области, но каждый раз, приезжая в Пекин, я видел, как быстро растет уровень научных исследований. Давно подмечена эта особенность современных китайских ученых: они умеют взять самое лучшее из того, что существует в мире, а затем это качественно воссоздать. И тут, видимо, произошло то же самое: они осознанно тратили значительные средства на приобретение новейшего оборудования и на командировки своих лучших сотрудников в ведущие научные центры мира с целью получения новых - самых современных - знаний.

К сожалению, в нашей стране в те же 1990-е случилось полное забвение фундаментальной науки, последствия которого еще будут долго сказываться, в частности, по причине значительного оттока научных кадров. Навряд ли можно было рассчитывать на серьезный хороший результат в своем научном исследовании, если хлористый натрий для него покупался в продуктовом ларьке.

- «Ларек» - это такая фигура речи?

- Нет, это факт: мы в те годы покупали соль в продуктовых магазинах и готовили на ее основе так называемые буферные растворы, используемые в экспериментах.

- Тем не менее в мировой науке ИЭМ удалось остаться одним из наиболее продуктивных центров развития медико-биологических исследований. Спасибо принцу Ольденбургскому!

- Лишний раз сказать ему «спасибо» не помешает, конечно. Сегодня в ИЭМ 31 научная лаборатория, плюс к этому - своя клиника и медицинский научный центр. Мы активно изучаем причины развития многих, и далеко не только инфекционных, заболеваний. Например, наши ученые пытаются выяснить механизмы развития нейродегенеративных заболеваний - таких как болезни Паркинсона, Альцгеймера и рассеянный склероз.

Еще одно плодотворное направление - исследование микробиоты человека и ее коррекция при различных патологиях: 11 из 27 новых медицинских технологий, которые мы сегодня разрабатываем, связаны как раз с этим. В частности, исследователи изучают роль микроорганизмов, обитающих внутри нас, для профилактики онкологических заболеваний.

- Принц создал институт после того, как заболел его денщик. Сегодняшний научный поиск также тесно связан с реальной медициной?

- В современных условиях любая фундаментальная медицинская наука должна быть напрямую связана с клинической практикой. Правда, не всегда получается довести свои разработки до применения в клинике: тут уже нужны другие навыки, которыми ученые не владеют, а главное — огромные финансовые вложения.

Например, в нашем институте создана вакцина против пневмококка, принципиально отличающаяся по структуре от импортной, применяемой сегодня в России. Поясню: до сих пор такие вакцинные препараты были основаны на использовании антигенных свойств полисахаридов, но те являются слабыми антигенами и при их введении не всегда формируется иммунологическая память. Более того, такие вакцины способны вызвать появление новых серотипов патогенных штаммов, и в итоге приходится постоянно повышать так называемую валентность вакцин: начинали с 7-валентной (против семи серотипов микроба), а сейчас выпускается уже 23-валентная.

Наши сотрудники создали вакцину, используя белковые молекулы, которые расположены на поверхности стрептококка и способны вызывать иммунный ответ. Эти белки не меняются от серотипа к серотипу, а потому вакцина на их основе будет эффективна против практически всех типов этого микроба. Два препарата, созданные по этой технологии, успешно прошли доклинические испытания. Более того, мы запатентовали свои препараты, но выйти на уровень уже клинических исследований на людях, а затем на промышленное производство вакцины - согласитесь, это ведь уже не задача фундаментальной науки...

Наши ученые также создали эффективную и безопасную так называемую живую вакцину против гриппа в форме спрея, и мы ежегодно готовим сезонные штаммы этой вакцины для Всемирной организации здравоохранения.

- Первым в стерильный организм новорожденного, как известно, «заселяется» именно стрептококк. Почему в одном случае он «дружит» с человеком, а в другом - может его убить, вызвав сепсис?

- Начнем с того, что стрептококки бывают разные, они делятся на группы, в названиях которых используется почти весь латинский алфавит: от А до U, некоторые группы могут быть представлены несколькими видами стрептококков. В свою очередь многие виды делятся на серологические типы, их тоже может быть несколько десятков.

Ежегодно от заболеваний, вызванных стрептококками, страдают около миллиарда человек: это фарингиты, стрептодермии, скарлатина, рожистое воспаление, а в более тяжелых случаях - сепсис, некротический фасциит, ревмокардит, гломерулонефрит. По сути, патогенные стрептококки уступают лишь вирусу гриппа.

Но некоторые виды микробов не оказывают патологического влияния на здоровье человека. Правда, важен баланс всех видов бактерий в организме: один микроб очень хорошо чувствует другого, а через определенные сенсорные механизмы они взаимодействуют не только между собой, но и с нашим организмом.

Стрептококки обитают на слизистой и поэтому легко передаются во время родов от матери к ребенку. А вообще путей передачи у этого микроба много - по воздуху, через контакт с инфекцией... И не только от человека человеку, некоторые виды попадают к нам от животных и наоборот.

- К сожалению, зачастую микробы «атакуют» пациентов больниц...

- Помните, мы говорили о балансе между микромиром и нашим организмом? Сложные медицинские манипуляции, в том числе введение огромного количества сильных антибиотиков, этот баланс нарушают. От инфекций, которые передаются в процессе оказания медицинской помощи (так они официально называются), увы, крайне сложно избавиться: в каждой больнице много людей, они инфицированы разными микробами, которые циркулируют в воздухе, и срабатывает механизм горизонтальной передачи генов от одних микробов другим.

Так штаммы, ранее восприимчивые к лекарству, приобретают защиту от него: микробы словно помогают друг другу выживать. Есть такое особое состояние их жизнедеятельности - биопленка: они «прижимаются» друг к другу и отделяют себя от окружающего мира плотной оболочкой. Это позволяет им пережить неблагоприятные условия «бытия», например, повышенную кислотность или щелочность окружающей среды. Антибиотики через биопленку, кстати, тоже не проникают, а вот гены устойчивости от одного микроба к другому могут передаваться.

В хирургических стационарах выявить опасный штамм, способный вызвать воспаление после операции, сложно, и пациенту просто вводят мощный антибиотик, который вроде бы гарантирует, что вся «гадость» погибнет. Но в итоге мы можем получить обратный эффект - так называемую multi drug resistance, множественную лекарственную устойчивость.

Работая в пекинском детском госпитале, мы в геноме стрептококка группы А, обитающего в ротовой полости детей, однажды обнаружили необычный фрагмент ДНК, который ранее в этом микробе никто не находил. Дальнейшие исследования показали, что этот фрагмент содержал ген устойчивости к тетрациклину, характерный только для пневмококков. Нам повезло доказать, что этот ген был передан от одного микроба другому. Оставалось изучить, в каких регионах этот «модифицированный» штамм преобладает.

Оказалось, что в Китае 30% штаммов стрептококка группы А содержали этот ген устойчивости, а во Вьетнаме, куда я поехал с экспедицией, уже почти 90%...

- А что у нас?

- На Северо-Западе России где-то 15%... Но это лишь один из генов устойчивости в отношении лишь одного конкретного антибиотика! Штаммы вообще прекрасно способны защититься от лекарств. Но сегодня индустрия туризма бурно развивается, а для микробов границ не существует, они прекрасные путешественники.

При этом со временем преобладающие генотипы конкретного микроба в конкретном регионе могут меняться. Это и неудивительно, микроб тоже подстраивается под окружающие его природные условия, под воздействие на него человека или других микробов. Кстати, именно по этой причине может оказаться неэффективной вакцинация: если препарат был создан под «старый» генотип микроба, который в данном регионе когда-то циркулировал, а затем структура его изменилась, то человек вроде бы и был привит когда-то, а все равно заболел.

- Что ж, если люди меняются, почему бы не меняться и микробам...

- Верно подмечено. И поскольку сосуществуют они вместе уже очень давно, сложились определенные механизмы взаимной регуляции. В наших исследованиях с учеными из США удалось показать, что на физиологию микроба очень сильно влияют условия окружающей среды, будь то питательная среда в пробирке или организм человека. Мы обнаружили, что свойства микроба контролируются регуляторными механизмами, и эта регуляция настолько многогранна, что даже и представить себе сложно. И, скажем, сильный эмоциональный стресс, который переживает человек, способен полностью изменить состав микробиоты в его кишечнике.

Кстати, суммарный геном микробов, обитающих внутри нас (а это от 3 до 5 кг биомассы), в сотни раз превышает наш собственный. Большинство этих микробов пока невозможно культивировать в лабораторных условиях, и мы не знаем их генома, не видим размера, не понимаем, что они «делают» внутри нас. Если исследователи наблюдают их в эксперименте, то называют обычно «микроб номер один», «микроб номер два» и так далее.

В этой ситуации очень важно сохранять баланс между нами и микроорганизмами. При этом история человечества знает много примеров, когда такой баланс нарушался и начинались эпидемии, уничтожавшие города, государства и целые народы. Но по большому счету - зачем микробам убивать своего хозяина?

- Из вредности?

- Им невыгодна наша гибель - придется «переселяться». Поэтому, скорее всего, микроорганизмы постоянно ищут варианты сосуществования с нами, чтобы ничто им не мешало спокойно потреблять, например, нашу глюкозу.

- Остается надеяться, что ничего другого им от нас не потребуется...

- Надеяться необходимо на новые открытия в науке, в том числе российской, и всячески ее поддерживать и развивать. За эти сто с лишним лет произошел огромный скачок в изучении микромира: открытие структуры ДНК позволило изучить геном бактерий, грибов, растений, насекомых, млекопитающих и человека, наконец.

Сегодня ученые ИЭМ умеют инактивировать, то есть сделать неработающим, всего лишь один ген в опасном микроорганизме и получить безопасный для человека штамм - произвести своеобразную генную терапию микроба. Мировая наука сегодня может предсказать, будет ли опасен конкретный микроорганизм для человека, будет ли он способен передаваться от животных человеку или нет.

Сегодня новые технологии развиваются молниеносно, и российские ученые стараются не отставать от своих зарубежных коллег - по мере нашего финансирования, конечно. Важно еще, чтобы и практикующие врачи успевали за быстрым развитием науки и своевременно получали те же знания о механизмах происхождения инфекционных заболеваний. Поэтому на базе ИЭМ совместно с Санкт-Петербургским государственным университетом мы создали кафедру фундаментальных

проблем медицины и медицинских технологий - стараемся готовить врачей, которые хорошо разбираются в биохимии, генетике, вирусологии и микробиологии. Пора наконец понять, что наука, образование и здравоохранение, существующие отдельно друг от друга, просто неэффективны.

Материал опубликован в газете «Санкт-Петербургские ведомости» № 092 (6445) от 24.05.2019.