Ученые нашли замену колоноскопии: воспаления будут диагностировать по состоянию микрофлоры

— Александр Владимирович, в чем суть нового метода, который вы исследуете?

— Начну издалека. Бактерии известны с XVII века, их находили много и разных: на коже, во рту, в испражнениях, в земле и воде. А вот какую роль они играют, было не ясно. Не было даже понятия «инфекция», а врачи отрицали роль бактерий в возникновении заболеваний. Если при ампутации нож падал на землю, хирург просто поднимал его и продолжал работу. Все изменилось в XIX веке. Тогда удалось выделить отдельные возбудители, вырастить их в культуре один за другим и проследить их патогенные возможности. Связь бактерий с заболеваниями оказалась неопровержимой. Началась эра исследования и борьбы с инфекционными заболеваниями. В результате продолжительность жизни людей удвоилась, и сегодня уже редко кто умирает от инфекций. Но вот беда. Хорошо изучены только мономикробные инфекции, то есть заболевания, которые вызваны одним возбудителем. Но большинство инфекционных заболеваний — полимикробные, как например кариес, стоматит, аппендицит, гастрит, колит, сепсис (заражение крови), генитальные заболевания (вагиниты, вагинозы), инфекции грязных ран и многие другие. О них мы почти ничего не знаем, поскольку не удается выделить одного-единственного возбудителя. Мы знаем только, что в них участвует много самых различных бактерий. Сейчас полимикробные процессы определяются по симптомам и лечатся соответственно.

Конечно, успехи современной микробиологической диагностики огромны, она чрезвычайно чувствительна и позволяет с помощью ПЦР и секвенирования точно определить и перечислить, какие именно бактерии присутствуют в материале, даже если они находятся там в минимальных количествах. Мы также научились выращивать в искусственной среде почти любой интересующий нас микроорганизм. Но вот выращивать более трех разных видов бактерий одновременно мы пока не можем. В искусственной среде один вид перерастет и подавляет остальные в непредсказуемой форме. Реальное взаимодействие бактерий друг с другом в природных смесях нам почти неизвестно.

А метод рибосомальной гибридизации (ribosomale fluorescence hybridization FISH) позволяет проследить, где какая бактерия находится, с кем кооперирует и чем занимается, не изолируя ее от естественного окружения.

— Как это происходит?

— Бактерии плотно набиты рибосомами. Гибридизируя РНК рибосом с олигонуклеотидами, помеченными красками, мы окрашиваем отдельные виды бактерий в выбранный нами цвет и можем под микроскопом проследить, какой вид бактерий, где и в какое время находится в конкретном материале. Безликая до того смесь распадается на четко определяемых по их ролям участников. Метод позволяет проследить передвижения и взаимодействия отдельных видов бактерий, разделяя их на тружеников и созидателей с одной стороны и на явных вредителей и их сообщников с другой.

Настоящий прорыв будет, когда мы сумеем не только наблюдать за их составом и структурой, но и контролировать факторы, влияющие на полимикробные сообщества, направляя их в нужное нам русло.

— Что можно будет сделать, если человек подчинит себе полимикробные сообщества?

— Да что угодно, и не только в медицине. Можно будет, контролируя развитие сообщества микроорганизмов, делать нефть, газ и совершенно новые медикаменты прямо из перегноя, как это делала и делает природа вот уже миллиарды лет. Например, природный биореактор толстой кишки эксплуатирует бактерии в концентрации до 1013 и контролирует при этом одновременно не один микроорганизм, а более пяти тысяч видов. И делает это на постоянной основе, производя из отходов энергию, витамины, гормоны, нейрорегуляторы, антигенную презентацию для определения свой-чужой.

Можно будет наконец найти подходы к диагностике и лечению полимикробных инфекций. Подходы, оправдавшие себя при моноинфекциях, неэффективны при одновременном слаженном взаимодействии множества микроорганизмов. Простой пример. Существует много сильных антибиотиков, прекрасно действующих на изолированные культуры бактерий. Но, несмотря на это, в реальности антибиотики могут и не сработать, когда их убийственное воздействие ограничено отдельными группами бактерий. Процессы в сообществах взаимосвязаны — микроорганизмы могут помогать или, наоборот, подавлять друг друга. Предположим, антибиотик убил часть микробов внутри смеси, на которые он нацелен, а оказывается, что они подавляли другие, не менее опасные. И без своих врагов оставшаяся часть начинает разрастаться со страшной силой. Поэтому важно видеть цельную картину и контролировать, как наши средства влияют на сообщества бактерий, а не на отдельных участников. А если нам удастся победить полимикробные инфекции, люди, вполне вероятно, смогут жить намного дольше.

Наиболее важной является диагностика хронических воспалительных заболеваний кишечника. Методика позволяет в реальном времени оценивать уровень воспаления и эффективность применяемых препаратов, своевременно корректируя лечение. Например, обычно за развитием язвенного колита и болезнью Крона следят, делая колоноскопию раз в год или два, а этого катастрофически мало, чтобы качественно спрогнозировать развитие заболевания и оценить эффективность лечения. Странно представить, какими были бы результаты лечения сахарного диабета, если бы у больных мерили сахар только раз в год и лечили, исходя исключительно из этих измерений и жалоб. Будем надеяться, что ситуация скоро изменится и можно будет диагностировать такие заболевания неинвазивными методами, просто беря у пациентов анализы. Сейчас методику используют в экспериментальном режиме. В планах — предложить применять ее в российских медицинских организациях.

Происходит диагностика следующим образом. Из кала изымается цилиндр. Цилиндр кала фиксируется в парафине. Приготовляются срезы и гибридизируются с набором наиболее важных для работы и здоровья кишечника микробных групп. На срезах цилиндров из кала видна поверхностная слизь и распределение бактерий как в ней по направлению к стенке кишечника, так и от нее по направлению к центру биореактора. Это позволяет напрямую определить состояние защитного слизистого барьера, а также уровня ферментации в кишечном биореакторе, ежедневно наблюдая за развитием заболевания и выявляя нарушения работы.

— Есть бактерия, которая названа вашим именем, — Gardnerella swidsinskii.

— Это стало результатом работы, связанной с бактериальными биопленками. Нам удалось установить, что у большинства пациенток с бактериальным вагинозом во влагалище находится бактериальная биопленка. Микробы этого полимикробного сообщества блокируют воспалительный ответ женского организма, снижают активность иммуноцитов, позволяя бактериям достигать высоких концентраций. Все это осложняет лечение. Одну из образующих бактерий влагалищной биопленки и назвали моей фамилией. К сожалению! Я был бы больше рад, если бы мое имя носила полезная бактерия, вроде тех, которые делают хлеб или квас.

– Как состояние микробиоты кишечника влияет на организм, и можно ли поделить бактерии на вредные и полезные?

— Принято считать, что бактерии делятся на два лагеря — одни нам помогают, другие вредят. Но не стоит заблуждаться — бактерий, заботящихся о нашем благе, не бывает. В нас живут многие десятки тысяч видов микроорганизмов, которые составляют так называемую «здоровую микробиоту». Все они, если смогут, постараются урвать себе кусок за наш счет. Нет и плохих бактерий. Наш организм жестко контролирует состав микробиоты, выбирая и поддерживая наиболее подходящие ему сообщества и одновременно удерживая их на расстоянии, при котором они не могут своевольничать и приносить вред.

И все было бы в этих взаимоотношениях прекрасно, если бы не одно но. Дело в том, что даже самые «хорошие» бактерии тут же превращаются в наших врагов, как только организм дает слабину. За примерами не нужно далеко ходить. В толстом кишечнике обитает около пяти тысяч видов бактерий. Многие из них отъявленные патогены, которые вызывают газовую гангрену, гнойные воспаления, сепсис, эндокардит, как только попадают в наши ткани. Эта воистину убийственная смесь неизменно присутствует в толстой кишке в огромных концентрациях, но человек живет на этом вулкане, не особенно обеспокоенный урчанием внутри и вырывающимися время от времени газами. Причиной этого благополучия является особая структура толстого кишечника. Его стенка покрыта слизистым слоем, не подпускающим бактерии к эпителию. Но если слизистый барьер размягчается, то бактерии проникают внутрь организма и приводят к локальному воспалению — колиту, а также гематогенному разносу возбудителей в разные органы. В зависимости от причины размягчения слизистого барьера и длительности воздействия колит может быть острым и кратковременным или постоянно текущим.

— Где еще можно будет применить ваш метод?

Есть и другие важные направления работы. Дело в том, что полимикробные сообщества участвуют не только в инфекциях, но и в процессах, которые мы пока не причисляем к таковым, а относим к раку, эндокринологии и ревматическим заболеваниям. Например, уже давно известно, что некоторые микроорганизмы могут стать причиной злокачественного перерождения клеток. Так, колонизация желудка биопленкой Helicobacter pylori с высокой долей вероятности ведет к раку желудка. И когда ученые нашли способ воздействовать на эту бактерию, частота возникновения рака желудка во многих странах мира значительно снизилась, несмотря на то что когда-то он был одним из самых частых онкологических заболеваний. Сейчас все идет к тому, что каждым третьим случаем онкологии станет рак толстой кишки. Думаю, не за горами то время, когда мы сможем наладить диагностику рака толстого кишечника, определяя бактерии и вызванные ими процессы в толстом кишечнике. И чем больше ученых будет заниматься этой темой, тем лучше.

Еще одна наша цель — проверить, действительно ли аутоиммунные заболевания являются чисто таковыми. Считается, что при таких болезнях иммунная система реагирует на собственные здоровые ткани. Но я убежден, что на самом деле организм реагирует на какие-то патогены, которые мы просто пока не изучили. Такие примеры уже были. Сейчас все уже забыли о таком заболевании, как острая ревматическая лихорадка. В прошлом ее называли просто ревматизм. Когда-то она была настоящим бичом. Все начиналось с банального тонзиллита, а заканчивалось искореженными суставами и серьезным поражением сердца. Целые поколения страдали от этого. Почему возникали такие последствия, никто не знал. А сейчас мы знаем, что виноват был стрептококк, Streptococcus pyogenes. Антитела, которые вырабатывались в крови для борьбы с бактерией, были иммунологически связаны с тканями сердца и суставов, из-за чего эти органы страдали. И когда тонзиллит начали лечить антибиотиками, ревматическая горячка ушла в прошлое.