Микроб гениальности глазами микробиолога и психиатра. Междисциплинарное путешествие
- -
- 100%
- +
И началась эпоха новых открытий в медицине и микробиологии:
К началу XX в. антисептика и асептика победоносно шествовали по госпиталям Европы и России. Больших успехов достигла медицина благодаря Эрнесту Бергману, активно внедрявшему принцип асептики – все, что соприкасается с раной должно быть стерильно. До неузнаваемости изменились операционные помещения, из них исчезли столы из нестроганых досок и корпия – нитки, надерганные из старого и часто нестиранного белья. Грязные сюртуки, со следами крови и гноя, когда-то считавшиеся признаком опытного врача, заменялись на чистые белые халаты, вводилось мытье рук по песочным часам, стерилизовались инструменты, дезинфицировались больничные помещения. И если для человечества это означало победу над осложнениями и преждевременной смертью, то для микробов это было началом новой войны. Теперь одной из главных задач медицины в борьбе с инфекционными заболеваниями стало уничтожение микроорганизмов любыми способами. Тут с большим энтузиазмом используются всевозможные доступные средства физической, химической и биологической природы: различные виды излучений (ультразвуковое, ультрафиолетовое и гамма), антисептики (хлор и йод-содержащие, спирты, кислоты, щелочи, соли тяжелых металлов и др. химические вещества) и конечно антибиотики – продукты жизнедеятельности живых существ. Имя Александра Флеминга тесно связано с их открытием.
Появление антибиотиков в первой половине XIX в. положило начало новой эпохи в медицине и новых проблем между микробами и человеком. Человечество, окрыленное появлением «волшебных пуль», способных «убить живое в живом, не вредя живому» торжествовало. Но радость эта оказалось недолгой и преждевременной. Уже через несколько лет после того, как первый антибиотик вошел в практику (а это был пенициллин) стали появляться сообщения о возникновении устойчивых к его действию микроорганизмов.
Вскоре выяснилось, что микробы задолго до появления человека научились создавать антибиотики – своего рода «оружие массового поражения». С его помощью в невидимом для нас мире между микроорганизмами ведется ожесточенная борьба за «место под солнцем». Бактерии существа изобретательные, они научились не только умело пользоваться этим оружием, но и эффективно защищаться от него разными способами, «записанными» в генах резистентности. Если вы помните, бактерии умеют делиться генетической информацией друг с другом. Гены резистентности очень быстро распространяются не только в популяции своего вида и рода, но и среди «дальних родственников». Поэтому массовое и часто нерациональное применение антибиотиков привело к появлению микроорганизмов разных видов, способных противостоять действию одного, нескольких и даже всех применяемых антибиотиков.
Устойчивые к антибиотикам микроорганизмы порождают новые проблемы. Так, начиная с 50-х годов XX в. и в наше время, увеличивается частота и тяжесть инфекционных осложнений, возникающих в медицинских учреждениях разного профиля. Кроме того, расширяется и изменяется видовой состав возбудителей. Все чаще опасность представляют микроорганизмы, которые раньше не вызывали инфекционно-воспалительных заболеваний. Речь идет о микроорганизмах, относящихся к группе условно-болезнетворных – это большая группа микроорганизмов, которые широко распространены, встречаются повсеместно. Часть из них постоянно проживает в нашем организме, а часть – свободноживущие, но при определенных обстоятельствах не прочь сменить место обитания.
Еще одной причиной, приводящей к увеличению опасности микробов, как ни странно, может быть научный прогресс. Появление новых знаний и технологий совершенствуют качество и поднимают медицинскую помощь на все более высокий уровень. Без всякого сомнения, это замечательно. Современная медицина достигла невероятных успехов. Но, некоторые события могут приводить к неожиданным результатам.
Все чаще высокотехнологичная медицинская помощь позволяет сохранить пациентам жизнь, но при этом их иммунитет нередко оказывается ослабленным, в силу тех или иных причин. Например, пациенты после трансплантации органов вынуждены принимать специальные препараты, подавляющие этот самый иммунитет, иначе трансплантированный орган будет отторгнут.
Мы постоянно взаимодействуем с микроорганизмами, и они различными путями стремятся попасть в нашу внутреннюю среду. Иммунные механизмы здорового человека легко изгоняют непрошенных гостей, но совсем по другому сценарию развиваются события в организме ослабленного человека, представляющего для микроорганизмов новую экологическую нишу. Ослабленный иммунитет, как и любое повреждение на теле человека – открытые настежь «ворота» для инфекции, на которых висит табличка «Добро пожаловать». беспрепятственное проникновение, питательные вещества, отсутствие адекватной реакции со стороны организма хозяина обеспечивают благоприятные условия для размножения новоиспеченному интервенту, и он начинает активно осваиваться, проявляя при этом свои агрессивные свойства. Перебираясь из организма одного хозяина в другой, он будет оттачивать свои болезнетворные свойства.
По данным Всемирной организации здравоохранения, микробу, кандидату в паразиты, достаточно сменить всего пять ослабленных хозяйских организмов, чтобы довести до совершенства свои потенциально болезнетворные способности и получить статус возбудителя инфекции. Способность микробов быстро приобретать устойчивость к антибиотикам наделяет убиквитарную9 бактерию свойствами монстра, с которым очень трудно, а порой невозможно бороться. Появление такого «гостя», в отделении реанимации, интенсивной терапии, хирургии, или ожогового отделения, не сулит ничего хорошего для их обитателей. Нередко визиты этих микробов, заметьте нами же спровоцированные, приводят к трагическим событиям.
Микроорганизмы, как, пожалуй, никакая другая форма жизни, испытывают постоянное давление окружающей среды и, поэтому, постоянно эволюционируют. Способность патогенных микроорганизмов изменять свои свойства под влиянием внешних факторов оказалась основной движущей силой в развитии и совершенствовании защитных механизмов высших животных. В давно сложившихся стабильных популяциях системы «паразит-хозяин» эволюционный отбор направлен на сохранение слабовирулентных вариантов паразитов и формирование устойчивости хозяев.
Но так происходит только в системах, неподвергающихся антропогенному влиянию. Человек, в ходе своей деятельности, вольно или невольно трансформирует взаимоотношения между паразитами и их хозяевами, вызывает дисбаланс в них, и тем самым изменяет направление естественно отбора, способствует большему проявлению болезнетворности паразитов и снижению защитных свойств хозяев.
Урбанизация, развитие научного, технического и промышленного прогресса обеспечивает появление новых нехарактерных для природы биоценозов, приводит к изменению предпочтений паразитов, они меняют не только свои традиционные пути и факторы передачи, но и самих хозяев. Одни микроорганизмы, возбудители традиционных заболеваний, получили широкое распространение, другие упрочили и повысили свою болезнетворность или приобрели ее благодаря активной деятельности человека (миграции, производство продуктов питания в промышленных объемах, использование консервантов для увеличения длительности хранения, применение антимикробных препаратов, вакцин и т.д.).
Когда-то, на заре эволюции, человек «подписал» договор об особых взаимоотношениях с микробами комменсалами и мутуалистами, но теперь нарушает его и провоцирует своих «партнеров» на проявление агрессивности вплоть до перехода в категорию паразитов.
Роль микроорганизмов в жизни человека действительно велика, без них жизнь немыслима. Они обеспечивают круговорот веществ в природе, разлагая органические остатки, участвуют в процессе формировании почв и полезных ископаемых, они необходимы нам для получения пищевых продуктов, лекарственных препаратов и т. д. В конце концов, микроорганизмы, обитающие в теле человека, очень важны для здоровья. Но есть и опасные микроорганизмы, они могут становится причиной заболеваний и даже гибели людей. Выступая регулятором численности человеческой популяции, микроорганизмы могут влиять на социальные процессы, определяющие развитие человечества.
1.5. Роль эпидемий в человеческой цивилизации
История человечества неразрывно связана с инфекционными заболеваниями. Некоторые из них порой охватывая города и страны, приобретали характер эпидемий, или даже пандемий, когда инфекция распространялась на целые континенты. Сохранившиеся до наших дней летописи хранят сведения о наиболее трагических событиях, связанных с массовыми заболеваниями. Смертоносные эпидемии оставили о себе память не только в исторических архивах, их следы отпечатались в биологии человека и его культурном наследии. Порой они оказывали глобальное влияние на социум, кардинально изменяя взгляды и мировоззрения людей, их судьбы и ход исторических событий. С уверенностью можно говорить о том, что современный облик человеческой цивилизации в некоторой степени формировался под влиянием эпидемий.
Как бы парадоксально это не звучало, но именно под влиянием опасных болезнетворных микроорганизмов человек, как биологический вид (Homo sapiens) приобрел весьма полезные для себя свойства и «научился» эффективно защищаться от многих инфекционных заболеваний. Одним из таких примеров могут быть взаимоотношения с вирусом Эпштейна-Барр, вызывающему инфекционный мононуклеоз (болезнь Филатова). Этот вирус чаще всего поражает детей в возрасте от года до пяти лет, а к 18 годам почти у 90% взрослого населения в организме уже имеются свидетельства контакта с этим вирусом. Инфекционный мононуклеоз распространен повсеместно, но при этом отмечается одна удивительная особенность: у детей и подростков Африканского континента вирус Эпштейна-Барр не просто вызывает инфекцию, а провоцирует развитие тяжелого опухолевого заболевания – лимфомы Беркитта (до 15 случаев на 100 000 населения; в 95% случаев патология связана с вирусом Эпштейна-Барр). Единичные случаи лимфомы Беркитта регистрируются по всему миру, но значительно реже (2—3 случая на 1 000 000 населения), а связь с вирусом отмечается только в 15—20% случаев. Долгое время этот факт оставался загадкой, но около десяти лет назад выяснилось, что иммунитет африканского населения имеет отличия, обусловливающие его высокую чувствительность к вирусу Эпштейна-Барр.
Дело в том, что на поверхности всех клеток нашего организма имеются особые структуры, называемые главными комплексами гистосовместимости или HLA (Human Leucocyte Antigens), они играют чрезвычайно важную роль в защите организма от инфекций, особенно вызванных внутриклеточными паразитами, в том числе вирусами. Когда в клетку попадает «чужой», то кусочки его белковых структур выставляются на поверхность клетки в ассоциации с HLA. Таким образом, иммунные клетки-солдаты узнают пораженные клетки и уничтожают их вместе с паразитом. Разнообразие генов, кодирующих синтез HLA, чрезвычайно велико (поэтому в популяции людей найти двух особей с одинаковым набором этих генов почти невозможно, это создает большие сложности с подбором подходящего донора при пересадке органов). Одним из вариантов генов HLA является HLA-А*11, который обеспечивает эффективную защиту от вируса Эпштейна-Барр. Оказалось, что среди коренного населения Африканского континента практически не встречаются люди с таким вариантом гена, зато он встречается у европейского населения; очень часто им обладают коренные жители Восточной Азии и Океании. Почему ген HLA-А*11 так неравномерно распределен среди современных людей, где-то густо, а где-то пусто? Откуда он вообще взялся? Чтобы разобраться в этом вопросе, нам придется вернуться в далекое прошлое…
Как известно, колыбелью человечества считают Африку, именно здесь несколько миллионов лет назад появились первые гоминиды – представители рода Homo. Затем они отправились на соседний континент.
Первая волна миграции произошла около 600 сотен тысяч лет назад. Через некоторое время путешественники разделились на две группы, одна отправилась в Европу (от них, в последствии, появились неандертальцы – Homo neanderthalensis), а другая группа ушла далеко на восток и положила начало новой ветви – денисовскому человеку (Homo altaensis). Затем неандертальцы, влекомые жаждой географических открытий и лучших мест для жизни, отправились на восток, где повстречались и породнились с денисовцами. Вторая волна великого переселения из Африки произошла около 60 тысяч лет назад. Проникновение и распространение Homo sapiens по территории Евразии сопровождалось близкими контактами с неандертальцами и денисовскими людьми, в результате которых появлялось потомство. До этого момента на протяжении сотен тысяч лет неандертальцы, денисовские люди и представители Homo sapiens существовали в разных условиях. Разными были не только климат обитания, пища, но и микробиологическое окружение, включая возбудителей различных инфекций. В ходе естественного отбора в разных популяциях людей накапливались и получали распространение те гены, которые обеспечивали наиболее эффективную защиту от болезнетворных микробов, циркулировавших в этой популяции. Когда в геном Homo sapiens стали вливаться гены неандертальцев и денисовцев, то в ходе естественного отбора под селективным давлением внешних факторов, в том числе микробов, распространенных на территории Европы и Азии, оставались наиболее полезные, наделявшие сапиенсов некоторыми преимуществами. Одним из таких чудесных генов оказался HLA-А*11.
Вот так в геноме современных европейцев и азиатов появилось около 2—3% неандертальских генов, а у коренного населения Африки такие гены не встречаются.
Таким образом, болезнетворные агенты определили наличие конкретных вариантов генов в популяциях современного внеафриканского человечества и сформировали систему врожденного иммунитета (Марков А., 2011).
Некоторые инфекции, прокатываясь смертоносными эпидемиями, оставили свой отпечаток в биологии человечества, разделив людей на отдельные генетические популяций.
Ярким примером тому является неравномерность распределения групп крови АВО10 по странам мира. Так, самая распространенная группа крови О (I) встречается у 97—100% представителей народа майя и индейцев Южной Америки. В то же время среди народов, населяющих Европу, эта группа крови встречается гораздо реже, в среднем 33—39%. А вот группа крови A (II), вторая по распространенности, гораздо чаще определяется у народов Европы (до 50%) и почти не встречается среди индейцев Центральной и Южной Америки (до 1%) (Давыдова Л. Е., 2015).
Существует гипотеза, объясняющая неравномерность распределения групп крови АВО на Земле, ее сформулировали в 1962 г. Ф. Фогель и Г. Петтенкофер. Они предположили, что в этом виноваты эпидемии чумы, оспы, холеры и другие заболевания, неоднократно возникавшие на одних и тех же территориях земного шара.
Оказывается некоторые антигены, расположенные на поверхности эритроцитов имеют большое сходство с антигенами возбудителей некоторых инфекций. Примерами таких совпадений являются антигены эритроцитов людей группы крови О (I) и возбудителей чумы и холеры; антигены эритроцитов людей группы крови А (II) и возбудителя оспы (Vogel F., 1970). Это совпадение может быть фатальным для человека. Представьте себе, что в организм человека с группой крови О (I) попадает чумная бактерия. Иммунная система, наделенная свойством распознавать «чужого», тем не менее, будет пребывать в замешательстве, ведь в организме она обнаруживает «свои» клетки с подобными антигенами. И пока клетки иммунной системы будут находиться в раздумье, возбудитель чумы уже сделает свое черное дело. Таким образом, люди, имеющие эритроцитарные антигены, сходные с антигенами возбудителей, оказываются чувствительными (неустойчивыми) к этим возбудителям. Поэтому, некоторые инфекционные агенты, циркулировавшие на определенных территориях и периодически вызывавшие эпидемии, планомерно уничтожали людей с определенной группой крови.
Как говорится, ничего личного, только естественный отбор.
Есть основания предполагать, что широкая распространенность группы крови О (I) у индейцев Центральной и Южной Америки может быть связана с возбудителем такой инфекции, как сифилис.
Имеются косвенные свидетельства того, что у людей, имеющих группу крови О (I) реже развиваются наиболее злокачественные проявления сифилиса (третичный сифилис и общий паралич). Коренные жители Центральной и Южной Америки долгое время, вплоть до XV в., находились почти в полной изоляции от остального мира, и возбудитель сифилиса, циркулировавший в этой популяции людей «направлял» отбор в пользу тех хозяев, которые обеспечивали бы существование самого паразита, но сами при этом не очень активно погибали, т.е. индивидуумов с группой крови О (I) (Фогель Ф., Мотульски А., 1990).
Распространение в популяции генов, кодирующих относительную устойчивость к определенным возбудителям, было полезным и эффективным в условиях изоляции, но обернулось еще одной трагической страницей в истории человечества.
Итак, аборигенные жители Америки имели некоторое превосходство в отношении сифилиса, по сравнению с выходцами из Старого Света, иммунная система которых, в свою очередь, была уже преобразована чумой и оспой. Когда каравеллы Колумба достигли берегов Америки, то вместе с матросами на берег выбралась и оспа. Среди населения Центральной и Южной Америки разразилась жуткая по своим масштабам пандемия. Однако хозяева континента в долгу не остались. Они передали мореплавателям сифилис, который затем был привезен в организмах матросов в Европу, где вспыхнула эпидемия сифилиса, долго терзавшая население всего континента (Михель Д. В., 2009).
А вот ещё один пример того, чем может отразиться эхо давно прокатившихся эпидемий. Интересное предположение высказано Стивеном О’Брайеном, вирусологом из Национального института рака (США), о том, что устойчивость некоторых индивидуумов к вирусу иммунодефицита человека (ВИЧ), может быть связана с эпидемиями чумы, способствовавших отбору особей, у которых отсутствует рецептор CCR5. Именно этот рецептор является тем «золотым ключиком», с помощью которого ВИЧ проникает в клетки нашего организма (Циммер К., 2018).
Влияние эпидемий на культуру
История человеческой цивилизации, как цветное мозаичное полотно, складывалось из множества событий и некоторые из них были связаны с эпидемиями смертельных заболеваний. Они оставили глубокий след в культурной памяти человечества, и нашли яркое отражение в произведениях мировой литературы и изобразительного искусства.
Длительное время, вплоть до конца XIX века, причины возникновения массовых заболеваний оставались неизвестными. Их масштабы и последствия вызывали у людей благоговейный ужас, а людей творческих с тонкой душевной организацией и богатым воображением они «вдохновляли» на создание мировых шедевров.
Много литературных произведений хранят память о событиях, происходящих во время эпидемии чумы. Под ее влиянием Джон Вильсон создал поэму «Город Чумы», а Даниель Дефо свой роман «Дневник чумного года». К теме чумы обращались Алессандро Мандзони (роман «Обрученные» оказался одним из самых читаемых произведений XIX), Боккаччо, Бодлер, Гете, А. Камю, Эдгар По и др. Не остался в стороне и великий классик русской литературы А. С. Пушкин, отразив в поэме «Пир во время чумы» безумие, которое постигало людей. Доведенные до крайней степени отчаяния внезапностью и молниеносностью болезни, неотвратимостью смерти и полной беззащитностью, они пускаются во все грехи.
Великие мастера, впечатленные чудовищными событиями, создавали мрачные полотна, где неистовствовала болезнь и торжествовала смерть. В средневековой иконографии появился особый жанр. «Чума», «Пляски Смерти», «Триумф», «Трое мёртвых и трое живых», как в зеркале отражают ужасы великого мора: безнадежность и беспомощность человека перед болезнью, ее внезапность и молниеносность (Бульст Н., 2000; Реутин М. Ю., 2003). Кстати, «благодаря» чуме в обиходе появились такие слова, как карантин и лазарет.
Рис. 1.12. Михаэль Вольгемут «Пляска смерти» (1493)
Эпидемии другой инфекции, поразившей жителей Старого Света, английский художник Уильям Хогарт посвятил серию гравюр «Карьера проститутки». Насколько актуальной проблемой был сифилис в XVI веке можно судить по гравюре фламандского художника Яна ван дер Страта «Гваякум и лечение сифилиса». Не ускользнули от наблюдательности художников и признаки врожденного сифилиса (Рембрандт «Портрет Жерара де Лересса»).
В литературных произведениях сифилис также нашел свое отражение. Профессор Падуанского университета Джироламо Фракасторо создал поэму «Сифилис, или о галльской болезни» (1530). Сифилис долгое время привлекал внимание многих литераторов. Об этой инфекции пишут в своих произведениях Мопассан, Манн, Куприн, Булгаков, Горький и многие другие.
Рис. 1.13. Ян ван дер Страт «Гваякум и лечение сифилиса» (1580)
Не остался без внимания и туберкулез. Сюжетная линия многих известных произведений связана с этой инфекцией: «Отверженные» (В. Гюго), «Дама с камелиями» (Дюма-сын), «Шагреневая кожа» (Бальзак), «Анна Каренина» (Л. Н. Толстой), «Идиот» (Ф. М. Достоевский), «Цветы запоздалые» (А. П. Чехов), «Жизнь взаймы» (Э. Ремарк) и др.
Благодаря своей широкой распространенности туберкулез даже вошел в моду в XIX веке. Появились определенные стандарты женской красоты аристократического общества, обусловленные болезнью: бледная, тонкая кожа и худоба.
Как протест несправедливости и трагизму, выплескивали художники на холсты свои впечатления о туберкулезе: «Больная» (В. Д. Поленов), «Портрет М. И. Лопухиной» (В. Л. Боровиковский), «В теплых краях» (Н. А. Ярошенко), «Больная девочка» (Э. Мунк) и др.
Эпидемии как поворотные точки истории
Влияние эпидемий, вызванных особенно опасными микроорганизмами, оказалось куда более заметным. Нередко они формировали исторический ландшафт человеческой цивилизации – определяли религию людей и наносили новые государства на карты, создавали предпосылки для появления нового общественного строя. Вот несколько примеров.
Эпидемия тифа, развернувшаяся в Афинах в 430 г. н. э., а затем распространившаяся по всей Греции, привела к резкому снижению численности населения и ослабила военно-морское могущество Афин. Греческие полисы уже не смогли объединиться в единое государство и вошли в состав Македонской империи.
К началу I века н.э. в Старом Свете сформировалось несколько цивилизаций. Римская империя, простирающаяся от Сирии до Британии, Парфянское царство, Индийская цивилизация и Ханьская империя, между которыми завязались деловые отношения. По торговым путям, связывающим Восток и Запад, ходили не только богатые караваны. Вместе с заморскими товарами в города и страны доставлялись возбудители инфекций, становившиеся причиной массовых заболеваний. В некоторых случаях это приводило к серьезным последствиям и неожиданным поворотам исторического сюжета. Так, например, многочисленные эпидемии II—III веков одна за другой обрушившиеся на Римскую империю постепенно ослабляли и подрывали ее экономическое и политическое могущество. Массовая гибель населения и его беспомощность перед лицом смертельных заболеваний, подрывали веру в пантеон богов. Развитие этой ситуации по времени совпало с появлением христианства и обеспечило его широкое распространение.
Таким образом, эпидемии вызвали развитие социального кризиса. Наряду с другими факторами, они способствовали постепенному переходу Римской империи от язычества к новой монотеистической11 религии (Михель Д. В., 2009).
Несколько позже первая пандемия чумы, именуемая «юстиниановой чумой» (VI в.) внесла свой вклад в подготовку условий для формирования Западной цивилизации и появления качественно нового теократического12 государства – Арабского халифата, а вместе с ним распространился ислам.
Пандемия, бушевавшая на протяжении нескольких столетий, опустошила и ослабила Средиземноморскую цивилизацию. К этому времени на Аравийском полуострове набирало силу молодое исламское государство. Экспансия арабов, оправданная религией, встречала слабое сопротивление и сопровождалась расселением арабов на завоеванных территориях. В результате грандиозных завоеваний под одним управлением были объединены Ближний Восток, Северная Африка и Испания, а ислам получил статус мировой религии (Игнатенко А. А., 2010).
В эпоху средневековья укреплялась и расширяла свои границы Западная цивилизация. Увеличилась численность населения в городах, возобновились контакты с Востоком, установились торговые отношения, предпринимались паломнические путешествия и Крестовые походы. Все это создавало предпосылки для появления новой пандемии, которая не заставила себя долго ждать. Начавшись на Востоке, чума, выкосила половину населения Китая, чем обусловила ослабление власти монголов и помогла взойти на престол китайской правящей династии Мин. Затем «Черная смерть» добралась до Средиземноморья и Европы, собирая свою страшную жатву. По приблизительным оценкам, только Европа лишилась около 1/3 населения (Михель Д. В., 2009; Супотницкий М. В., Супотницкая Н. С., 2006).