Пол Эвальд спрашивает: Можно ли приручить микробов?

Мне хотелось бы стащить всех нас в водосточную канаву, и даже в самый низ, в канализацию, потому что хочу я говорить о диарее (поносе). А в частности, я хочу поговорить о модели диареи. И когда биологи-эволюционисты говорят о моделировании, в действительности они подразумевают моделирование путём естественного отбора. И это подводит меня к названию моего выступления: «Использование эволюции для моделирования болезнетворных организмов по-умному». Ну и выпендрёжный подзаголовок. [«Дарвин в стране выделений»] Но делаю я это вовсе не для того, чтобы казаться умненьким. Я, действительно, думаю, что подзаголовок объясняет, как кто-то типа меня, кто считает «чем я хуже» Дарвина, рассматривает ценность любого, кто вхож в эту область науки о здоровье и в медицину. Область это не слишком-то приветливая для биолога-эволюциониста. Вы, правда, видите огромный потенциал, но видите множество людей, которые словно охраняют свою сферу влияния, и могут очень сопротивляться, если кто-то попытается выступать с идеями.

Поэтому весь разговор сегодня будет касаться двух основных вопросов. Первый это: почему некоторые болезнетворные организмы являются более вредными? И второй, связанный с первым, вопрос: как мы можем получить контроль над ситуацией, если разберёмся с ответом на первый вопрос? Как нам сделать вредные организмы более спокойными? И начну я говорить, к слову, как я уже упомянул, о болезнетворных организмах, вызывающих диарею. А главным, когда я говорю о диарейных организмах, так же, как важным, когда я говорю о любом организме, вызывающем острое инфекционное заболевание, является размышление о проблеме с позиции микроба, с микробной точки зрения. В частности, поразмышлять об основополагающей идее, которая, я думаю, имеется в бесчисленных вариантах у вредных болезнетворных организмов. А идея в том, что с точки зрения микроба, болезнетворные организмы должны перебираться от одного «хозяина» к другому, и часто им приходится полагаться на хорошее состояние «хозяина», чтобы тот перевёз их к другому «хозяину».

Но так бывает не всегда. Иногда вы имеете дело с болезнетворными организмами, которые не рассчитывают на мобильность «хозяина» для своего перевоза. И когда у вас такие микробы, то теория об эволюции говорит нам, что естественный отбор будет в пользу более эксплуататорского, более хищно настроенного организма. Так естественный отбор предпочтёт организмы, которые будут приносить больший вред. Если вместо передачи к другому «хозяину» необходима мобильность «хозяина», то тогда можно ожидать, что победителями в этом соревновании станут более спокойные организмы. Отсюда, если патоген не нуждается в том, чтобы «хозяин» был здоров и активен, и данный отбор предпочитает патогены, которые эксплуатируют своих «хозяев», победителями в соревновании становятся те, которые используют «хозяев» для своего собственного успешного воспроизведения. Но, если «хозяин» должен быть мобильным, чтобы патоген перешёл дальше, тогда тот, который менее вредный выходит в победители.

Итак, я собираюсь применить эту идею к микробам, вызывающим диарею. Микробы диареи передаются в основном тремя способами. Они могут передаваться от человека к человеку при контакте; от человека к еде, после к другому человеку, когда тот съест заражённую еду; или они могут передаваться через воду. И когда они передаются через воду, в отличие от первых двух моделей передачи, эти патогены не полагаются на здоровье «хозяина» для своего дальнейшего распространения. Человек может быть болен и лежать в постели, но всё равно заразить десятки, даже сотни других индивидуумов. Чтобы проиллюстрировать мои слова, эта диаграмма показывает, что если у вас больной лежит в кровати, кто-то будет собирать после него заражённые предметы. Эти предметы будут мыть, а вода потом может попасть в источник питьевой воды. Люди будут приходить к этим источникам, где питьевая вода уже заражена, будут приносить заразу в свои семьи, а могут просто попить из заражённого источника. Главное заключается в том, что неподвижный человек все равно может заразить массу других людей.

И как теория говорит нам, когда диарейные микробы переносятся водой, мы ожидаем, что они будут более хищными, более болезнетворными. Вы можете эти идеи проверить. Так, один способ проверки — посмотреть на все бактерии, вызывающие диарею, и определить все ли бактерии, которые обычно переносятся водой, являются более вредными. И ответ ...— да, являются. И я указал эти названия там просто ради тщеславия бактерий, но главным здесь является... (Смех) что их так много, я могу сказать... главным является то, что эти точки на графике все указывают на очень сильную, положительную связь между степенью количества переноса организмов по воде и степенью вредоносности этих организмов, какое количество смертей они вызывают на каждую невылеченную инфекцию. И все это подразумевает, что мы на правильном пути. Но это же, мне подсказывает, что нам действительно следует задать несколько дополнительных вопросов.

Помните второй вопрос, который я задал вначале, был о том, как мы можем использовать это знание, чтобы болезнетворные организмы переродились в менее вредных? Конечно, сразу предполагается, что если бы было можно заблокировать доступ к воде, то это заставило бы вредные организмы переместиться из правой стороны этого графика в его левую часть. Но это изменение не показывает нам как долго. Я имею в виду, если понадобятся тысячи лет, тогда всё это бесполезно в смысле контроля над этими патогенами. Но если такое может случиться в течение нескольких лет, тогда этот способ может быть очень важным для контроля над самыми опасными проблемами, которые мы ещё не можем контролировать. Другими словами, это предполагает, что мы смогли бы приручить эти организмы. Мы смогли бы сделать их не такими вредными для нас.

И пока я об этом думал, моё внимание привлёк этот микроб, организм биотипа Эль-Тор, называемый холерный вибрион. И этот вид микробов в ответе за вспышки холеры. Я посчитал, что это действительно прекрасный организм для рассмотрения, потому что мы понимаем, почему он настолько опасный. Он опасен, потому что производит токсин (яд), и этот токсин попадает в кровь, когда микроб добирается до кишечника. Это заставляет жидкость вытекать из клеток, которые выстилают стенки кишечника, в просвет, во внутреннюю полость кишечника, а потом эта жидкость течёт только по одному возможному пути, то есть наружу с другого конца. И так вымываются тысячи других конкурентов, которые, в противном случае, могли усложнить жизнь для микроба Вибрио.

Вот что получается, если у вас появился микроб, который производит много токсина. Через несколько дней после начала инфекции всё закончится... ваши фекалии на самом деле не настолько омерзительны как, возможно, вы себе представляете. Это что-то типа мутной воды. И если взять каплю этой воды, то возможно обнаружить миллионы микробов диареи. Если микроб произвёл много токсина, то возможно найти десять или сто миллионов микробов. А если он не произвёл много яда, тогда вы найдёте меньшее количество микробов. Получается, что задача состоит в том, чтобы понять, как определить можно или нет заставить организм, такой как этот микроб, видоизмениться в сторону меньшей вредоносности, путём отрезания возможности передачи его по воде, таким образом, позволяя организму передаваться только от контакта человека с человеком или контактом: человек-еда-человек... где оба способа передачи подразумевают, что человек должен быть мобильным и достаточно здоровым, чтобы быть переносчиком.

И мне приходят в голову несколько возможных экспериментов. Один — это взять много разных штаммов этого микроба... того, который производит много токсина и того, который производит мало... и взять эти штаммы и разбрызгать их по разным странам. В некоторых странах, где возможно, чистые источники воды, поэтому там нет возможности передачи по воде, можно будет ожидать, что микроб эволюционирует в менее вредоносный вид. В других странах, в которых случаи заражения через воду частые, можно ожидать, что эти микробы станут более вредоносными, так? Есть небольшая этическая проблема с таким экспериментом. Я надеялся услышать хотя бы пару вздохов. А ваша реакция заставляет меня немного нервничать.

(Смех)

Но в любом случае, от смеха я чувствую себя лучше. А эта этическая проблема является большой проблемой. Просто, чтобы показать, это — то, о чем мы на самом деле говорим. Это — девочка, которая была почти уже мертва. Она получила сеанс регидратации (восстановление влаги), оживилась, ещё через несколько дней она выглядела как совершенно другой человек. Поэтому мы не хотим проводить такой эксперимент. Но интересно, что он случился в 1991 году. В 1991 году микроб холеры попал в Лиму, Перу, и через два месяца он распространился в соседние области. Ну, я не знаю, как это случилось, и я никакого отношения к этому не имел, уверяю. Я думаю, никто не знает как, но я не отказываюсь, раз уж такое случилось, чтобы проверить подтвердились ли предположения, которые мы делали ранее. Изменились ли микробы в менее вредоносных в местах, таких как Чили, где источники воды одни из самых охраняемых в Латинской Америке? И изменились ли они в более опасных в местах, таких как Эквадор, где меньше всего защищена вода? И Перу получается где-то посередине.

И с помощью субсидирования от фонда Бозак-Крюгер, я получил множество штаммов из этих стран, и мы измерили в лаборатории количество производимых ими токсинов. И мы обнаружили, что в Чили... через два месяца после внезапного появления в Перу, штаммы оказались в Чили... и когда рассматриваешь эти штаммы, это самый дальний левый угол этого графика, то видно, что количество вариаций выработки токсина очень большое. Каждая точка соответствует очагу заражения разных людей... большое разнообразие, где есть место для естественного отбора. Но, что интересно, если посмотреть на все 1990-е, то через несколько лет микробы стали менее патогенными. Они видоизменились, чтобы производить меньше токсина. И, чтобы дать вам ощущение, насколько важным это может быть, если мы посмотрим на 1995 год, мы увидим, что был только один случай холеры, а в среднем, в Чили регистрируется один случай каждые два года.

Значит, всё под контролем. Это то, что мы имеем в Америке, где холера, которая является характерным заболеванием, но мы не думаем, что у нас здесь есть проблема. И её нет... они решили эту проблему в Чили. Но перед тем как стать слишком уверенными, лучше мы посмотрим на некоторые другие страны, чтобы убедиться, что эти микробы не всегда становятся менее опасными. Вот, в Перу они не стали. И в Эквадоре... помните, это место, где самый высокий показатель заражений через воду... и, кажется, что он стал более вредоносным. Но в каждом случае есть масса вариаций, в окружающей среде, в которой живут люди, и я думаю, что единственным реальным объяснением является то, что количество заражений через воду в одном месте разносит опасные штаммы, а в другом менее вредоносные.

И всё это вселяет надежду, похоже, что то, что мы хотели бы делать в любом случае, если бы у нас было достаточно денег, может на самом деле принести нам ещё большую отдачу (выгоду). Это заставит эти микробы стать менее опасными, так, что даже, если люди заразятся, они заразятся более слабым по патогенности штаммом. Он не вызовет тяжёлую болезнь. Но есть ещё один интересный аспект, это, если вы сможете контролировать процесс изменения степени ядовитости, эволюцию вредоносности, тогда вы сможете следить за появлением сопротивляемости к антибиотикам. А идея очень простая. Если в вас попал вредоносный микроб, у большинства людей появятся симптомы, большинство людей начнут принимать антибиотики. Вы создаёте дополнительный стимул для сопротивления, используя антибиотики, таким образом повышая ядовитость, которая приводит к возникновению возрастания сопротивляемости к антибиотикам. А когда вы повысили сопротивляемость к антибиотикам, то антибиотики уже больше не убивают вредоносные штаммы. И у вас ещё более высокий уровень интоксикации.

Вот вы и попали в этот порочный круг. Задача — повернуть всё вспять. Если можно будет снизить рост токсичности, очищая источники воды, то можно будет получить постепенное снижение сопротивляемости к антибиотикам. Итак, можно пройтись по тем же странам и посмотреть. Избежала ли Чили проблемы сопротивляемости к антибиотикам, в то время как Эквадор только начал сталкиваться с этой проблемой? Если мы посмотрим на начало 1990-х, то увидим снова множество вариаций. В данном случае, на оси игрек есть измерения чувствительности к антибиотикам... и я не буду вдаваться в эти подробности. Но у нас много значений для показателей чувствствительности к антибиотикам в Чили, Перу и Эквадоре, и никакой общей тенденции в течение этих лет. Но, если посмотреть на конец 1990-х, пять лет спустя, мы увидим, что в Эквадоре появилась проблема сопротивляемости. Чувствительность к антибиотикам снизилась. А в Чили, восприимчивость к антибиотикам осталась.

И, кажется, что Чили убила двух зайцев. У них микроб эволюционировал в более слабый штамм, и у них не появилось сопротивляемости к антибиотикам. Итак, эти идеи должны обсуждаться до тех пор, пока мы не поймём, почему некоторые организмы становятся ядовитыми. И я хочу привести ещё один пример, потому что здесь говорили немного о малярии. И пример, который я хочу привести или идея, которую я хочу рассмотреть, вопрос такой: что мы можем сделать, чтобы микроб малярии стал менее опасным? Итак, малярия переносится комарами, и обычно, если вы заразились малярией, то чувствуете себя плохо, от чего комару ещё проще укусить вас.

И можно увидеть, просто посмотрев на данные из литературы, что трансмиссивное (через кровососущих) заболевание ещё более опасно, чем не трансмиссивная болезнь. Но, мне кажется, есть действительно удивительный пример того, что можно сделать на практике, чтобы продемонстрировать правильность вышесказанного. В случаях передачи заразы по воде, я бы хотел очищать источники воды, чтобы посмотреть сможем мы или нет заставить микробы стать менее агрессивными. В случае с малярией, что мы хотели бы сделать: комаронепроницаемые дома. А логика здесь немного более сложная. В комаронепроницаемом доме, когда люди заболевают, они сидят в кровати... или в комаронепроницаемой больнице, они сидят в больничной кровати... и комар не может до них добраться.

И, если вы — вредоносный тип в месте, где всё комаронепроницаемо, тогда вы — неудачник. Единственные патогены, которые могут передаваться, это те, которые заражают людей, которые чувствуют себя достаточно здоровыми, чтобы гулять на улице, где и получить укус комара. Поэтому, если бы вы были в комаронепроницаеом доме, то у вас должно получиться заставить микроб измениться и стать менее вредоносным. И был проведён действительно прекрасный эксперимент, который показал, что нам правда стоит начать и сделать это. А эксперимент проводился в Северной Алабаме. Вот, чтобы дать вам небольшое представление о месте, я указал вам звёздочкой место интеллектуального центра Соединённых Штатов, которое как раз там в Луизвилле, Кентукки. И этот по-настоящему прикольный эксперимент был сделан где-то в 350 километрах на юг, в Северной Алабаме, около Департамента управления Долины Теннесси. Они поставили плотину на реке Теннесси. этим они вызвали засорение воды, им нужны были электрическая и гидроэлектрическая энергии. А когда у вас есть застоявшаяся вода, то вы получаете комаров. Они обнаружили в конце 30-х... через 10 лет после того, как построили дамбу... что люди в Северной Алабаме заражены малярией, от трети до половины населения были заражены малярией.

Здесь показаны места некоторых из дамб. Итак, управа Долины Теннесси была немного озадачена. Тогда ещё не было ДДТ, не было Хлорохина, что им делать? Ну, они решили защитить от комаров каждый дом в Северной Алабаме. И они это сделали. Они поделили Северную Алабаму на 11 зон и в течение трёх лет, около 100 долларов на дом, они защитили от комаров каждый дом. А вот данные. Каждый ряд здесь отражает 11 зон. А звёздочка показывает время, когда работы были закончены. И как видите, только комаронепроницаемые дома и больше ничего стало причиной искоренения малярии. И это было опубликовано, между прочим, в 1949 году в выдающейся книге по малярии, называемой «Маляриология Бойда». Но практически ни один эксперт по малярии не знает, что эта книга существует. А это важно, потому что в ней говорится, что если количество укусов сравнительно небольшое, то можно уничтожить болезнь, защитив дома от комаров.

И я предлагаю, чтобы это было сделано во многих местах. Ну, как, знаете, в зоне малярии в Африке южнее Сахары. Но, когда переезжаешь в районы, где укусы случаются очень часто, например Нигерию, то, конечно, уничтожить болезнь не получится. И именно в этом случае нам стоит поддерживать эволюцию по направлению к ослаблению вредоносности. И для меня это эксперимент, который ждёт своего часа, и если он подтвердит предположения, тогда у нас будет очень сильное оружие. В каком-то роде более мощное, чем те, которые мы изучаем, так как основное, что сегодня делается — это надежда на такие вещи, как противомалярийные лекарства. И мы знаем, что здорово делать эти противомалярийные препараты доступными и по низким ценам и большим диапазоном, мы знаем, что, сделав их очень доступными, то вскоре получите сопротивляемость к этим лекарствам. Поэтому это кратковременное решение. А это долговременное решение.

Что предлагаю здесь — это попытаться заставить эволюцию работать в направлении, в котором мы хотим, чтобы она работала, вместо того, чтобы постоянно с ней сражаться как с проблемой, которая сводит на нет все наши усилия по контролю над патогенами, например, с помощью анти-малярийных лекарств. Вот, я привожу эту таблицу только, чтобы показать что я рассказал только о двух примерах. Но, как я говорил ранее, эта же логика применима ко всему, что относится к инфекционным болезням, и должна быть применима. Потому что, когда мы имеем дело с инфекционными болезнями, мы имеем дело с живыми системами. Мы имеем дело с живыми системами; мы имеем дело с системами, которые развиваются. И если сделать что-то с этими системами, то они могут развиться либо в одну, либо в другую сторону. И я говорю о том, что нам нужно понять, как они развиваются, чтобы... нам нужно скорректировать наши вмешательства, чтобы получить наибольшую выгоду в корзину вмешательства, так, чтобы заставить микробы развиваться в направлении, которое мы хотим от них.

Ну, у меня, действительно, нет времени говорить обо всех этих вещах, но я хотел их отразить и указал там, чтобы дать вам представление, что существуют решения, чтобы контролировать развитие вредоносности у некоторых опасных патогенов, с которыми мы встречаемся. И всё это связано со многими другими идеями, о которых говорили. Например, сегодня чуть раньше было обсуждение того, как можно уменьшить уровень заражения СПИДом во время сексуальных связей? Это показывает, что нам нужно понять, как все это будет работать. Может быть уровень заражений снизится, если мы изменим экономику района? Он может снизится, если мы вмешаемся путём убеждения людей быть более честными по отношению к своим партнёрам и так далее.

Но главное — разобраться, как снизить уровень, потому что, если мы его снизим, то мы получим эволюционное изменение в самом вирусе. И данные подтверждают, что вирус действительно изменяется и становится менее агрессивным. И это мы поставим в заслугу нашим эффективным усилиям по контролю. И другая вещь, которая мне очень нравится в этом, кроме факта, что всё это открывает совершенно новое измерение в области исследования вариантов контроля над болезнями, это то, что часто некоторые вмешательства, которые хочется сделать, которые показаны к выполнению, эти вмешательства являются такими, которые сами люди, в любом случае, хотят. Но люди ещё не оценили затраты.

И об этом я говорю сейчас. Если бы мы знали, что получим дополнительные средства от того, что предоставляем чистую воду, то, я думаю, мы смогли бы сказать, давай поднатужимся посильнее в вопросе контроля, чтобы мы на самом деле решили проблему, даже если, просто посмотреть на частоту появления инфекции, вы предположите, что проблему нельзя решить полностью, только очищая источники воды. В любом случае, я заканчиваю на этом, и спасибо вам большое.

(Аплодисменты)