Тайная жизнь домашних микробов: все о бактериях, грибках и вирусах

Dirk Bockmühl

Keim daheim:

Alles über Bakterien, Pilze und Viren

Original title: Keim daheim Copyright © 2018 Droemer Verlag. An imprint of Verlagsgruppe Droemer

Knaur GmbH & Co. KG, München.

All rights reserved. Illustrations by сlaire Lenkova

Copyright © 2018 Droemer Verlag. An imprint of Verlagsgruppe Droemer

Knaur GmbH & Co.KG, Munich

© Юринова Т.Б., перевод на русский язык, 2019

© Оформление. ООО «Издательство «Эксмо», 2020

Предисловие

У вас за последнее время был какой-нибудь странный телефонный разговор, можете припомнить? Я вот помню – это было в перерыве между двумя лекциями, я сидел в своем кабинете и только собирался приняться за бутерброд с сыром, как раздался телефонный звонок. Звонил коллега из одной фирмы, мы с ним уже неоднократно делали совместные проекты.

– Прости, что отвлекаю тебя, – начал он, – но дело в том, что меня собирается убить моя посудомоечная машина!

– Ну, да, ясное дело, – с усмешкой парировал я, одновременно жуя бутерброд. – Но тут наверняка уже подключилась космическая полиция, уж очень это дело смахивает на дешевую научную фантастику.

– А не веришь, так сходи по ссылке, которую я тебе только что выслал.

Я так и поступил, и действительно, на экране появился заголовок из американского интернет-журнала Science Daily: «Моя посудомоечная машина пытается меня убить». Там рассказывалось о работе группы ученых из Словении, обнаруживших в посудомоечных машинах болезнетворные виды грибков, в том числе один вид с таким мрачным названием, как «черные дрожжи», который при определенных обстоятельствах может вызывать тяжелые инфекции.

Мы с коллегой еще какое-то время продолжали перезваниваться и обсуждать это исследование и оценку, данную ему американским научным журналом. Не хочу утомлять вас всеми деталями, но позвольте сформулировать суть дела в одном вопросе: если посудомойка таит в себе такую смертельную опасность, то почему никто из вашего окружения еще не пал жертвой посудомоечной машины? Что касается меня, то я лучше умру, чем снова буду мыть посуду руками. Ясно также следующее: если задумать кого-то умертвить посудомоечной машиной, то придется очень сильно напрячься, причем микробы, укрывшиеся в кухонном агрегате, скорее всего никакой роли при этом играть не будут. Поэтому, прежде чем обходить стороной эту якобы смертоносную машину, запомните, что посудомойка дает превосходную возможность тщательно вымыть посуду и очистить ее от микроорганизмов, если вы, например, возились с сырой курицей, что, между прочим, действительно дело рисковое, поскольку в мертвой курице кишат орды бактерий, которые только и ждут шанса устроить вам изрядный понос с рвотой. Поэтому куриное мясо тщательно доводите до готовности, а разделочные доски, которыми пользовались в процессе, сразу отправляйте в эту самую посудомоечную машину (надеюсь, она у вас есть). Если бы весь мир перестал отправлять трудно отмываемую посуду в посудомойки, поскольку в них якобы затаился какой-то там грибок, который спит и видит, как бы ему наброситься на род человеческий, – вот это бы и стало на самом деле проблемой!

В ходе нашей беседы на страницах этой книги мы подробнее поговорим о том, что правда, а что – нет в подобных публикациях; о том, когда микроорганизмы действительно становятся опасными, а когда они нам необходимы. Однако категорично разделять представителей окружающего нас невидимого мира на хороших и плохих было бы слишком примитивно, и, если вспомнить science fiction, это скорее из области фантастики, чем науки. Хотя среди микробов встречаются не менее яркие персонажи, чем Люк Скайуокер и Дарт Вейдер. Именно поэтому очень полезно больше знать о наших микробиологических попутчиках, тогда можно будет правильно действовать в тех ситуациях, в которых мы с ними сталкиваемся. А если вам все же хочется поиграть в «Звездные войны», то бегайте себе на здоровье, размахивая спреем с очистительным средством вместо пистолета, но имейте в виду, что иногда следует проявлять доброту к крошечным микроорганизмам – они многое для нас делают.

Что именно – с этим я вас поближе познакомлю в своей книге. Я приглашаю вас в невидимый мир микроорганизмов в нас и вокруг нас. В мир, который уже столько лет приводит меня в восторг. До такой степени, что (почти) ничто мне так не мило, как исследовать данную тему и заражать людей своей увлеченностью. Не бойтесь, эта зараза абсолютно безопасна. Пожалуй, для начала я расскажу вам кое-что об этих удивительно многогранных существах и только потом приглашу вас к себе домой на микробиологическую экскурсию, после чего мы выйдем за порог дома на небольшую прогулку. Вас ожидает много открытий и масса практических советов. Для верности я еще раз собрал их в самом конце книги в руководство по правилам хорошего тона в обращении с микробами, чтобы впоследствии вы могли вести себя в их обществе надлежащим образом.

Ну что ж, кажется, можно начинать. Вы готовы?

Часть I
Невидимый мир вокруг нас

1. Микробы и люди – идеальная команда?

Наши невидимые сожители

Мы не одиноки! На эту фразу я натолкнулся недавно в статье бывшего немецкого астронавта Ульриха Вальтера, где он не только высказал предположение о существовании другой жизни во Вселенной, но и математически обосновал его. Меня как микробиолога эта информация с общенаучной точки зрения, конечно, заинтересовала, но в математике, скажем честно, я не особо силен, поэтому математические выкладки отследить не смог. Формулы, приведенные в доказательство существования наших соседей по космосу, оказались для меня длинноваты. Но одно не вызывает сомнений даже у математически не подкованного микробиолога: мы действительно не одиноки, причем везде и в любой момент своей жизни. Чтобы понять это, не обязательно даже всходить на космический корабль и уноситься на поиски в далекие галактики. Можно спокойно оставаться на Земле и выжидать. Ибо наши братья непременно сами нас найдут. Я имею в виду те самые микроорганизмы, которые хоть и невидимы для нас, но исключительно нам важны и обитают повсюду внутри и вокруг нас. Позвольте мне сразу же, прежде чем вы на этом месте состроите брезгливую мину, встать на защиту этих существ. Да, при слове «микроорганизмы» большинство неизбежно подумают о возбудителях болезней, всякой заразе и процессах разложения – да пусть даже всего лишь о недавно вылеченном желудочном гриппе^[1], – однако свою главную роль микробы играют в делах, идущих человеку на пользу и защиту. Я даже могу это доказать. Вы когда-нибудь принимали антибиотики? Тогда вполне вероятно вы могли испытать сомнительное удовольствие от одного побочного явления, которого практически не избежать: диареи. Почему? А очень просто: антибиотики призваны уничтожать бактерии, из-за которых вы попали к врачу и которым обязаны болью в горле, воспалением мочевого пузыря или что там еще с вами случилось. И когда вы глотаете таблетку с антибиотиком, действующее вещество распространяется по вашему организму и, можно надеяться, находит возбудителей вашего заболевания. Но вот только в вас живут и другие бактерии, без которых вам пришлось бы туго, поскольку они помогают при пищеварении, расщепляя определенные частицы пищи и приводя их в то состояние, которое идет вам на пользу. Согласен, кишечник – это не лучшее место жительства, но наши маленькие друзья чувствуют себя там хорошо. Пока не повстречаются с таким вот медикаментом, вероломно пускающим их в расход. Ведь антибиотик не различает, что перед ним – «хорошая» кишечная бактерия или «злой» возбудитель ангины. Вот и получается, что кишечник остается без своих хороших бактерий, а ваш непереваренный обед уходит окольными путями.

Бактерии живут и служат нам защитой не только в кишечнике, но и на коже, где они, в частности, способствуют созданию известной всем кислотной мантии. Мы все выделяем кожный жир, придающий нашей коже эластичность и мягкость, а микроорганизмы перерабатывают его компоненты в слабые кислоты. Эти кислоты, в свою очередь, способствуют тому, что прочие бактерии – те, которые вызывают кожные болезни, – перестают размножаться и, следовательно, больше не могут причинить нам вред.

Этот принцип работает, впрочем, не только на коже. Возьмем, например, кислую капусту. Она не портится, потому что в свежую белокочанную капусту добавляют молочнокислые бактерии, а гнилостных бактерий кислоты не терпят. В прежние времена наструганную капусту хорошенько утаптывали босыми ногами в бочке – попробуйте сами догадаться, откуда поступали молочнокислые бактерии…

 Бактерии, что находятся на коже, помогают создавать кислотную мантию, мешая размножаться вредоносным бактериям.

Как видите, мы заселены, надо надеяться, преимущественно полезными микроорганизмами, причем весьма щедро. Разумеется, никто точно их количество не подсчитывал, но можно исходить из того, что бактериальных клеток в нас примерно столько же, сколько соматических, то есть примерно от 30 до 40 триллионов. Если у вас уже упомянутые выше проблемы с математикой, поясню: триллион – это единица с двенадцатью нулями. Кстати, из клеток нашего организма 25 триллионов составляют красные кровяные тельца; жировых клеток значительно меньше. Знание этого факта меня особенно радует после Рождества, когда начинает казаться, будто жировые клетки (по крайней мере мои) размножаются сверх всяких пропорций.

Но, как известно, цифры – это всего лишь цифры; намного интереснее, что именно мы носим в себе и на себе. На данный момент ответ на этот вопрос уже найден, ну, или по крайней мере сделана попытка его найти. Пару лет назад один американский научный консорциум проанализировал так называемый микробиом человека, то есть ученые исследовали, какие микробы живут в человеческом организме и на теле. Квинтэссенцию кратко сформулирую так: каждого человека сопровождает весьма впечатляющий зоопарк бактерий и грибков, причем по составу этого микробиологического сообщества можно столь же точно определить индивидуума, как по отпечатку пальцев (если даже не точнее). И если вам сейчас на память пришел последний из просмотренных вами теледетективов, то мыслите вы, в общем, верно. Побывав в каком-то помещении, человек оставляет в нем после себя такую уникальную, единственную в своем роде смесь микробиологических клеток, что анализ ее состава позволяет точно установить, что именно тот человек находился в комнате, а не другой. Преступникам это обстоятельство дает повод для беспокойства, ведь криминальные эксперты тоже в курсе, и мы вполне можем предположить, что Шерлок Холмс конца двадцать первого века не будет возиться с отпечатками пальцев для поимки преступников, а возьмет на вооружение молекулярную биологию.

Но, несмотря на существенные успехи, достигнутые в области анализа человеческого микробиома, сегодня мы все еще далеки от понимания, чем хороши «наши» микроогранизмы в частности и каждый в отдельности. Защитная функция кожной флоры, о которой говорилось выше, или помощь при пищеварении, которую оказывают кишечные бактерии, – это все неоспоримые факты, но задачи наших микробов наверняка намного, намного масштабнее. Профессор журналистики Майкл Поллан из Беркли писал как-то, что некоторые из его лучших друзей – бактерии; так далеко я не стал бы заходить, поскольку старомоден и люблю общаться со своими друзьями лично, а с бактериями это, как доподлинно известно, несколько… гм… сложновато. Но высказывание Поллана задает верное направление мысли.

Давайте же, следуя в этом направлении, познакомимся с одной очень интересной группой дружественных нам микробов.

Пробиотики – бактерии, приносящие пользу

Для начала позвольте отметить следующее: не стоит полагать, будто мы сможем управлять нашей микрофлорой. Скорее следует смириться с мыслью, что это она нами управляет, или, по выражению того же Поллана, что мы должны приводить свои интересы в соответствие с интересами наших микробиологических обитателей. Мне в связи с этим импонирует образ садовника, который не может приказать своим посадкам расти, а может лишь поливать и удобрять их, то есть заботиться о том, чтобы его подопечным было хорошо. И когда-нибудь, при условии тщательного ухода, удобрения и прополки, садовник сможет пожать плоды своего труда, а если говорить буквально – сможет наслаждаться цветами или вкушать собственноручно выращенные фрукты и овощи.

 В организме обитает примерно триллион кишечных бактерий!

Ну, а «наши» бактерии, помогут ли они нашему выздоровлению, поспособствуют ли поддержанию здоровья? Это интересный вопрос, ответ на который уже давно нашла пищеперерабатывающая промышленность: пробиотики! Вам наверняка знакомы молочные продукты со всевозможными полезными бактериальными культурами, носящими такие звучные имена, как Lactobacillus acidophilus или Lactobacillus casei; и, вероятно, вы также знаете, что эти молочнокислые бактерии присутствуют в продуктах главным образом для того, чтобы из жидкого молока получился более или менее густой йогурт. Но что же в нем, в пробиотическом йогурте, такого особенного? Я упоминал уже, что кишечная флора для нас очень важна. Мы только сейчас начинаем понимать, что на самом деле делают для нас живущие в нашем кишечнике маленькие помощники. Ну да, сейчас уже ни для кого не секрет, что бактерии помогают нам переваривать пищу, но ведь это еще далеко не все. Практически бесспорно доказано, что кишечные бактерии помогают тренировать иммунную систему и способствуют ее исправной работе. Возможно, вы уже слышали о том, что у детей, вскормленных грудью, меньше проблем с аллергией. Этот феномен объясняется тем, что материнское молоко поддерживает определенные кишечные бактерии, и те в ответ проявляют свои целебные свойства. Этих благодетелей называют бифидобактериями, и они, как и их вышеупомянутые родственники, содержатся в некоторых пробиотических йогуртах, но также их можно купить в концентрированной форме в аптеке – в качестве биоактивной добавки.

В связи с этим возникает один интересный вопрос: а действуют ли бактерии, если принимать их с пищей и если материнское молоко давно уже выведено из рациона по возрасту? Ответить на этот вопрос на самом деле довольно сложно: исследований в настоящее время проводится невероятное количество, но благословенный мир кишечника не так уж просто устроен… Во-первых, бактерии, которые вы отправляете в рот с йогуртом, должны для начала в кишечник попасть, поскольку для бактериальной клетки путь туда больше напоминает путь хоббита через Мордор, чем увеселительную прогулку. Если вы не в курсе, напомню историю из книги Дж. Р. Р. Толкиена «Властелин колец»: там маленькие существа должны преодолевать множество опасностей, чтобы добраться до места, от которого, собственно, хорошо бы держаться подальше, потому что там темно и воняет. И даже если в нашем пищеварительном тракте орки и тролли не водятся, однако есть там одно место, наводящее ужас на наши добрые кисломолочные бактерии, это желудок, в котором столько агрессивной кислоты, что большинство микробов там погибает. Но тут нашим маленьким героям помогает одно их качество, которое вы при упоминании выше слова Lactobacilli, возможно, уже смогли распознать – по крайней мере если вам, как и мне, пришлось в школе пару лет мучиться с латынью. Все же есть порой какая-то польза от знания мертвого языка. Итак, дополнение acidophilus означает «любящий кислоту»; понятно, что у бактериальных клеток с такими предпочтениями довольно хорошие шансы преодолеть путь через желудок.

И все же, действительно ли количества бактерий, попадающих в кишечник, достаточно для того, чтобы они сотворили там доброе дело? На первый взгляд да, если исходить из того, что с капелькой йогурта мы потребляем приблизительно, ну, скажем, миллиард бактерий. Однако у вас в организме кишечных бактерий – опять-таки весьма приблизительно – триллион! Получается, что каждая пробиотическая бактерия, которую вы съели с йогуртом, должна выстоять против тысячи уже обосновавшихся там бактериальных клеток! Могу лишь предполагать, насколько это трудно. Мне, например, обычно ох как не просто отстоять свои предпочтения в собственной семье, когда мы обсуждаем, что будем есть на ужин; а ведь у нас в семье соотношение один к трем. Понятно, что, когда фирмы, которые сбывают такие молочные продукты, заказывают всевозможные исследования, они ставят задачу доказать положительное воздействие полезных штаммов бактерий, и в некоторых случаях есть вполне обоснованные свидетельства тому, что вся концепция работает. Но в последние несколько лет в Европейском союзе стало довольно сложно продвигать целебные свойства продуктов питания; это получается лишь при наличии основательно подкрепленных научных доказательств. Поэтому продвигающей пробиотики индустрии пока что еще сложно разъяснять потребителям, что эти продукты вообще нам несут. Особенно если учесть, что, конечно же, не каждый человек с ходу придет в восторг от перспективы вкушать бактерии и представлять себе, какую работу они там проделывают. Есть вещи, которые человек просто не хочет знать!

Для небрезгливых читателей расскажу историю открытия пробиотиков; между прочим, это не сказка, хоть и может так показаться. Итак, жил когда-то врач по имени Альфред Ниссле, и довелось ему лечить солдат времен Первой мировой войны. Лечил доктор Ниссле не только боевые ранения, но и тяжелые, опасные для жизни диарейные заболевания – в те годы разгулялась жестокая эпидемия^[2]. Удивительно, но ему встречались бойцы, которых эта проблема чудесным образом обходила. Ниссле решил докопаться до причины. Он исследовал содержимое желудка оставшегося здоровым солдата и изолировал некий непатогенный штамм известного вида бактерий Escherichia coli, который и оказался этой причиной.

 Каждая пробиотическая бактерия вступает в бой с 1000 бактериальных клеток.

И действительно – когда Ниссле в ходе лечения начал вводить измученным диареей солдатам концентрированные дозы этих бактерий, пациенты выздоравливали. Бактерия E.coli Stamm Nissle 1917 является основой препарата, который мы на сегодняшний день можем без рецепта купить в аптеке наряду со многими другими подобными средствами для хорошего самочувствия нашего кишечника.

Не беспокойтесь, это не такие же (и тем более не те же самые) бактерии, на которых замешан ваш йогурт; а вот история пробиотических йогуртовых бактерий, к счастью, не такая мерзость. Уже в начале XX века русский иммунолог Илья Мечников описал взаимосвязь между высокой продолжительностью жизни некоторых этнических групп населения Болгарии и потреблением типичных для этой местности молочных продуктов; тем самым он еще до Ниссле обосновал принцип действия пробиотиков. Впрочем, долгие годы многие медики очень критично относились как к молочным продуктам из супермаркетов, так и к биоактивным добавкам из аптек, поскольку их действие еще не было бесспорно подтверждено. Однако со временем возможности этого метода были полностью признаны, во всяком случае, мы можем считать, что эти продукты не вредят, поэтому если от них кому-то хорошо… то и хорошо.

2. Микроб или не микроб – вот в чем вопрос

Я сейчас все время говорил о микроорганизмах, но что же, собственно, понимается под микроорганизмами? Один мой бывший коллега, сотрудник отдела маркетинга, как-то раз сказал мне: «Я звоню тебе по поводу всего, что размером меньше собаки». Я работал тогда микробиологом на одном предприятии, выпускавшем потребительские товары, и был своего рода белой вороной среди сплошных экономистов и химиков. Одна из моих задач состояла в том, чтобы отвечать на вопросы, связанные с микробиологией, причем отвечать быстро и по возможности на все вопросы. Преимущественно это были вопросы: «Какие микробы вызывают прыщи и перхоть?» или – на волне эпидемии гриппа в Германии – «А не эффективны ли наши продукты против этого вируса?» В связи с этим однажды возник и такой вопрос: «А, собственно, какими организмами занимается микробиолог?» Ответить на него оказалось не так просто. Коллега из отдела маркетинга упростил задачу, и хотя его определение полностью принимать всерьез не стоит, но нельзя сказать, что он абсолютно не прав.

Что же это такое – микроорганизмы?

Далекий от науки человек может, наверное, думать, что есть вот животные и растения, а еще есть ряд экзотических тварей типа амеб и медуз (кажется, это тоже животные), грибов (вообще-то это растения… или нет?), а также бактерий и вирусов (но они очень маленькие). Примерно так же представлял себе картину мира и я, когда начинал учиться на биолога, но вскоре вынужден был переосмыслить свои взгляды на живую природу. Прежде чем выяснить местоположение лучших студенческих кабаков, я успел на занятиях уразуметь, что с биологической точки зрения самое разумное – подразделять живые существа на три группы, а именно: бактерии, археи и эукариоты. При этом бактерии и археи, как правило, объединяют в одну группу под названием «прокариоты». Представляю выражение ваших лиц, когда вы читаете эти строки, ибо точно так же выглядел в то время и я; но ничего, сейчас мы вместе посмотрим на эту картину.

На картинке вы видите так называемое филогенетическое дерево жизни, где название «филогенетическое» происходит от греческих слов phyle (род) и genesis (возникновение). Это нечто вроде родословного древа, только представлены тут не мои родственники и предки, а родственные связи между всеми живыми существами на нашей Земле. Принцип при этом тот же: точки пересечения означают общих предков и чем короче отрезок между двумя именами, тем теснее родство между ними.

Возможно, все это еще немного абстрактно, но сейчас покажу на примере моей семьи, и станет ясно.

Ближайший общий предок между мной и моей сестрой – это моя мать. Ближайший общий предок моей тети и меня – моя бабушка. Поскольку отрезок между мной и сестрой короче отрезка между мной и тетей, то мы с сестрой более близкие родственники.

В такую игру можно сыграть с любыми живыми существами, нужно только пропорционально подгонять отрезки, а то общая картина получится не очень наглядной. Показывать все поколения на ней не обязательно. Если вы посмотрите на вышеприведенное филогенетическое древо, то увидите, что у животных, грибов и растений когда-то в прошлом был один общий предок. А еще, намного-намного раньше, общий предок был даже у нас c бактериями – у нас как у животных, которыми мы, собственно, и являемся. Ну, правда, если между вами с тетей временно́е расстояние лет, скажем, шестьдесят, то в этом случае будет чуть подольше. Общий предок растений, животных и грибов, например, обитал миллиард лет тому назад – это если говорить навскидку, прошу не ловить меня на слове, если я ошибся на пару сотен тысячелетий в одну или в другую сторону.