10% Human. Как микробы управляют людьми

А теперь я расскажу вам о холере — о той самой болезни, из-за которой в далеком 1854 году многие литры водянистых белых испражнений попали в водопровод в лондонском районе Сохо и отравили множество людей. От периодических вспышек этой страшной болезни и в наши дни продолжают страдать жители развивающихся стран. Холеру возбуждает маленькая бактерия — холерный вибрион (Vibrio cholerae), поселяющийся в тонкой кишке. Большинство болезнетворных бактерий стремится незаметно проскочить через кордоны иммунной системы, чтобы затем укрепиться и «окопаться», отразить все атаки и, наконец, вызвать длительную инфекцию. Холерный вибрион ведет себя нахально и с самого начала не скрывает своего присутствия. На первом этапе своей миссии бактерия прикрепляется к кишечной стенке и начинает быстро размножаться. Однако холерный вибрион не стремится задерживаться в организме и вызывать стойкую инфекцию: у него совсем другие планы. Он устремляется наружу, увлекая за собой огромное количество слизи и жидкости из организма несчастного хозяина, для которого этот массовый исход незваных гостей означает хронический понос и обезвоживание.

Поэтому при холере диарея становится общей стратегией и для бактерии, и для иммунной системы. Бактерия использует ее для того, чтобы выбраться наружу и заразить новых жертв, а иммунная система — для того, чтобы очистить организм от патогена и выделенных им токсинов. Механизм таков: стенка кишечника очень похожа на кирпичную стену — она представляет собой слой плотно прилегающих друг к другу клеток. Кирпичи скрепляются цементным раствором, а клетки прочно связаны между собой белковыми цепочками. Это делает стенки кишечника чуть более гибкими. Как правило, любые частицы, пытающиеся проникнуть из кишечника в кровоток, сталкиваются с необходимостью пройти через клетки стенки, а здесь их подвергают самому суровому досмотру. Но иногда белковые цепочки ослабевают, позволяя веществам проникать из крови в кишечник и наоборот. Поэтому в случае необходимости вода может выделиться из крови, просочиться между клетками стенки кишечника прямо в его полость и вызвать диарею. Это полезно в тех случаях, когда организму нужно срочно избавиться от патогенов.

В стратегии холерного вибриона, выходящего из организма вместе с потоками воды, примечательны два аспекта. Первый касается воздействия на имеющиеся у нас микробные сообщества и на работу нашей иммунной системы, а второй — с которого я и начну — интересен сам по себе.

Я имею в виду те «переговоры», которые ведут между собой бактерии V. cholerae, прежде чем коллективно устремиться к выходу. И я вовсе не злоупотребляю антропоморфными метафорами: эти бактерии, как и многие другие, действительно переговариваются между собой. Инфекционная стратегия, которую они выработали, разворачивается по следующему плану. На первом этапе микробы оккупируют тонкую кишку и плодятся как кролики. На втором этапе, когда популяция увеличивается до определенного размера, а хозяин оказывается на волоске от смерти, они вылетают из него с бурными потоками поноса, потому что размножившиеся бактерии уже готовы заразить десять новых хозяев. Сложность этой стратегии в том, чтобы вовремя определить, когда численность популяции будет достаточной для побега с обреченного корабля. Решение этой проблемы называется «определением кворума». Каждая бактерия постоянно выделяет мизерное количество особого вещества. В случае холерного вибриона это вещество называется «холерный аутоиндуктор 1», или CAI-1. Чем больше бактерий в популяции, тем выше концентрация CAI-1. Поэтому в какой-то момент они ощущают, что набран «кворум», то есть минимальное число присутствующих, при котором можно проводить голосование. Когда это происходит, бактерии чувствуют: все, пора бежать.

С этой задачей они справляются не менее ловко. Концентрация CAI-1, а также другого аутоиндуктора, AI2, заставляет холерный вибрион менять экспрессию генов. Бактерии в массовом порядке отключают те гены, которые помогали им прикрепляться к стенке кишечника. Затем они включают другой набор генов — тех, что вырабатывают особое вещество, заставляющее кишечные стенки отворять шлюзовые ворота. Один из этих генов отвечает за выработку токсина, который называется токсином межклеточных соединений, zonula occludens toxin, сокращенно — Zot. Его открыл ученый и гастроэнтеролог Алессио Фазано, уроженец Италии, работающий в Массачусетской детской больнице общего профиля в Бостоне. Под действием Zot цепи, скрепляющие клетки стенок кишечника, ослабевают, позволяя воде проникать внутрь, и холерный вибрион вместе с потоками воды быстро выбирается из кишечника наружу.