Дикий мир нашего тела. Хищники, паразиты и симбионты, которые сделали нас такими, какие мы есть

Часть плана Рейнирса была довольно легко выполнима. С самого начала Рейнирс понял, что ему вполне по силам стерилизовать поверхность тела матери будущего стерильного животного. Для этого самку надо побрить, выщипать оставшиеся волоски (бактерии любят мех; к этому вопросу мы еще вернемся), окунуть животное в антисептический раствор, а затем поместить в пропитанную антибиотиками оболочку. Это было легко. Такое дело по силам каждому, хотя мне думается, что найдется немного людей, которым бы не терпелось проделать это на практике. Следующий шаг Рейнирса был связан с куда большими сложностями. Он хотел перенести беременную самку, обернутую в стерильную оболочку, в металлический цилиндр и там выполнить операцию кесарева сечения. Изготовить цилиндр, в полости которого не было бы ни одной бактерии, – задача практически невыполнимая. Для этого надо было изготовить абсолютно герметичные перчатки, а это чертовски трудная работа. Шлюзы и переходники давали течь; мало того, воздух внутри цилиндра тоже надо было каким-то образом стерилизовать. Наконец, оставался еще один вопрос – какое животное взять для проведения опытов? Сначала Рейнирс пытался использовать кошек, но они царапались, кусались, рвали перчатки и портили герметичные соединения. Однако это ни в коей мере не поколебало его решимость – он зашел уже слишком далеко, чтобы поворачивать назад.

История умалчивает об эмоциональном состоянии Рейнирса во время этой титанической работы. Легко догадаться, что временами он впадал в тяжелую депрессию. К двадцати годам он так и не смог создать стерильную герметичную камеру. К двадцати шести годам он наконец сделал камеру, но так и не смог получить ни одного свободного от микробов животного – несмотря на все свои старания. Животные: морские свинки, кошки, мыши, крысы и даже куры – мерли как мухи. Животные погибали из-за операций – тяжелых и технически трудных (трудности усугублялись тем, что на начальном периоде приходилось пользоваться перчатками из толстой резины), а кроме того, на каждом этапе операции надо было контролировать стерильность. Все это было настоящим испытанием для животных, хирургов, техников и биологов. Вероятность провала явно перевешивала возможность успеха. Я бы на месте Рейнирса, наверное, сошел с ума, но он держался и в 1935 году, в возрасте двадцати семи лет, наконец, добился своего. После того как в герметичной стерильной камере появились первые живые зверьки, в организмах которых не было ни одного микроба, Рейнирс за одну ночь стал знаменитым. Он даже не потрудился написать статью. Он просто дал объявление в журнале Time [43] о том, что 10 июня 1935 года Джеймсу Артуру Рейнирсу впервые в истории удалось получить животных, полностью свободных от микроорганизмов. Теперь оставалось только выяснить, как скоро погибнут эти абсолютно стерильные животные.

43

http://www.time.com/time/magazine/article/ 0,9171,883334,00.html

Рейнирс работал над своим проектом так долго, что за это время успел защитить диплом и был назначен профессором без защиты диссертации [44] . Можно было подумать, что за столь долгое время Рейнирс успел забыть, ради чего он предпринял этот героический эксперимент. Но нет, он ничего не забыл. Первое, что сделал Рейнирс, закончив первый этап работы, – он сравнил животных, живших в стерильных камерах, с животными, обитавшими в реальном мире. Если Пастер был прав, то морские свинки в камере должны были скоро погибнуть. Если микробы в кишечнике и на коже так важны для жизнедеятельности, то в их отсутствие организмы подопытных животных начнут угасать.

44

К 1937 году Рейнирс был единственным сотрудником факультета, в распоряжении которого была площадь в 5 тысяч квадратных футов, отданная ему для дальнейших опытов со стерильными животными. Это помещение стало домом для свободной от бактериальной флоры жизни. К 1950 году Рейнирс получил в свое распоряжение еще большее помещение, в котором обитало около тысячи животных, включая кур, морских свинок, крыс, а позднее и обезьян. Для того чтобы пройти в стерильную камеру, ученым приходилось окунаться в чан с антисептическим раствором. Это был переход в «дивный новый мир». Колония стерильных животных, таким образом, началась с резервуара в колледже «Нотр-Дам». New York Times, 22 июня 1950 года.

Но стерильные, свободные от всех бактерий морские свинки и не думали умирать, если их не забывали кормить. Мало того, они отличались поистине зверским аппетитом и были более активны, чем их обычные сородичи. Это был успех! Также выяснилось, что подопытные животные отличаются большей продолжительностью жизни, к тому же ни у одного из них не было зубного кариеса [45] . Для Рейнирса эти животные были моделью будущего, которое может наступить и для человека. В статье, опубликованной в журнале Popular Science в 1960 году, эти камеры описывали как миниатюрный футуристический мир, в котором живые существа более не подвержены капризам микробов. Казалось, на старый вопрос дан окончательный, не подлежавший пересмотру ответ [46] . Высказывались мнения о необходимости отправки в космос свободных от бактерий людей или по меньшей мере обезьян. Идея о том, что и мы можем обустроить свое жизненное пространство по образцу камер Рейнирса, казалась для всей читающей публики столь очевидной, что никто даже не высказывал возражений. Здесь, в стерильных камерах, мы воочию видели будущее – не только науки, но и всей нашей жизни. Речь уже не шла о биологическом разнообразии, никто уже не собирался отправлять в будущее ковчег, где будет «всякой твари по паре». Нет, этот ковчег теперь предназначался только и исключительно для нас самих. Рейнирс сумел не только достичь поставленной им цели, он смог воспламенить воображение масс, внушить им веру в то, что и мы – подобно морским свинкам – сможем когда-нибудь насладиться практически вечной жизнью без микробов.

45

Эксперименты, поставленные доктором Дж. Р. Блэйни на животных Рейнирса, впервые показали, что причиной кариеса являются бактерии.

46

Gordon, H. A., and L. Pesti. 1971. Gnotobiotic Animal as a Tool in the Study of Host Microbial Relationships. Bacteriological Reviews 35: 390–429.

Со временем масштабы работ Рейнирса росли. Нотр-Дам предоставлял ему для работы все более просторные помещения и в конце концов выделил в его распоряжение целый институт. Рейнирс совместно с отцом запатентовал несколько стерильных камер, которые до сих пор используются учеными во всем мире, и – что самое главное – подход Рейнирса вместе с его стерильными животными распространился по всему земному шару. Конструкции камер со временем усложнились (теперь они больше похожи на прозрачные мыльные пузыри, чем на подводные лодки), но суть их осталась прежней. Все они являются потомками первых камер Рейнирса, частично сохранившими свой чудовищно-морской облик.

Рейнирсу сказочно повезло – он смог воплотить в жизнь то, о чем мечтал в девятнадцать лет. Сделать это ему удалось благодаря дару предвидения и самоотверженным помощникам – таким, как Филипп Трекслер, сумевший позднее сконструировать камеры более дешевые и меньшие по размерам, чем субмарины Рейнирса. Сам он не дожил до шестидесяти девяти лет, чтобы отметить пятидесятилетие своего проекта, но это и неважно. Он все равно добился фантастического успеха. Изучение инфекционных заболеваний на стерильных животных моделях позволило спасти миллионы жизней. В то же время наблюдения за этими животными привели биологов всего мира к выводу о том, что микробы, живущие в наших организмах, в целом все же вредны. Но Рейнирс упустил из вида одну важную вещь. Этот недосмотр, в принципе, не сыграл никакой отрицательной роли (да и теперь остается второстепенным) в использовании стерильных животных для изучения заболеваний. Здесь ценность подвига Рейнирса остается непреходящей. Допущенная ошибка имеет отношение к вопросу, заданному Пастером: что произойдет, если мы лишим животное или (что то же самое) человека всех бактерий?

В контексте вопроса Пастера – вопроса, непосредственно касающегося наших организмов и того, что микробы делают с нами, и что мы, в свою очередь, должны делать с ними, – недостаток работы Рейнирса имел отношение не к его экспериментам (они были безупречны), а к трактовке их результатов. Рейнирс был механиком. Он воспитывался среди молотов, наковален и железа, а не среди пробирок и чашек Петри с культурами живых клеток. Он не изучал эволюцию, экологию и другие науки, которые могли бы поместить его работу в нужный контекст. Квалификация Рейнирса со временем, конечно, росла, но он больше занимался поиском средств и менеджментом, нежели вопросами жизни. Мы можем простить Рейнирсу, что он не уделял должного внимания биологическим нюансам, простить погибших кошек и морских свинок. Основная беда заключалась в том, что профессиональные биологи начали смотреть на свободных от бактерий животных глазами Рейнирса. Он часто выступал и весьма авторитетно и весомо рассказывал о работах и достижениях своего института. Голос Рейнирса звучал так громко, что постепенно его интерпретации, как истину в последней инстанции, стали повторять и другие. Каждое новое исследование заканчивалось победной барабанной дробью и рефреном: «Убей бактерию!» Убив бактерии, мы навсегда освободимся от своего мрачного прошлого. Мы станем здоровее и счастливее – как морские свинки в их гигантских железных мирах.

Основываясь на работах Рейнирса и на работах его последователей, мы привыкли считать все бактерии вредоносными существами, от которых надо очиститься, чтобы наша жизнь стала напоминать существование морских свинок в герметичных ящиках. Если изначально эксперимент Рейнирса был рассчитан на пятьдесят лет, то социальный эксперимент по освобождению людей от микробов продолжался намного меньше. Совсем недавно мы не принимали никаких антибиотиков, а теперь, по прошествии всего нескольких десятилетий, мы поглощаем их тысячами тонн. Но антибиотики – это не камеры. Они так и не смогли убить все населяющие наши организмы бактерии, хотя мы воображали, что это возможно. Морские свинки и крысы в камерах Рейнирса жили долго, и мы тоже хотели для себя такой судьбы. Мы хотели войти в камеры, в которых смогли бы навсегда избавиться от своего мрачного инфекционного прошлого. Уверенность в лучезарном безмикробном будущем была так сильна, что некоторых детей воспитывали в условиях абсолютной стерильности, лишив их возможности общаться с другими людьми. Это были дети, страдавшие врожденным отсутствием иммунитета, без стерильной камеры у них не было бы никаких шансов выжить. Они жили в стерильной среде, потому что не могли жить иначе. Мы сделали это в надежде и с расчетом на то, что такая стерильная жизнь – как раз то, к чему мы все должны стремиться. Непроницаемая камера, в которой они жили, представлялась если не необходимым, то неизбежным будущим, куда всем нам придется со временем войти. Во всяком случае, тогда казалось именно так.

Рейнирс знал о некоторых проблемах, связанных с экспериментом, знал и о том, насколько трудно противостоять неумолимому натиску жизни. Оказалось, что существуют вирусы, передающиеся непосредственно от матери потомству, поэтому избавиться от них невозможно даже теоретически. Некоторые формы жизни «вмонтированы» в материнскую ДНК. Другими словами, морские свинки, мыши и куры были свободны от всех микроорганизмов, за исключением тех, от которых освободиться нельзя [47] . Строго говоря, в мире до сих пор нет животных, полностью свободных от микроорганизмов, если не считать нескольких чистых линий крыс. Более того, передача по наследству некоторых элементов бактериальных ДНК жизненно необходима. Без микробной ДНК в наших митохондриях мы бы давно вымерли, поскольку митохондрии – это потомки бактерий, внедрившихся в наши клетки и научивших их более эффективно использовать энергию. По крайней мере в этом отношении Пастер был прав.

47

Возможно, прочитав эти строки, вы подумали: «Я знаю, как можно избавиться и от этих вирусов». Если это так, то вас можно поздравить, ибо побуждение, которое вы испытали, есть становой хребет научного прогресса. Науку движет смесь умения, любопытства, одержимости и некоторой надменности. Консервативная, повседневная наука – так называемая научная работа – исходит из другой предпосылки, а именно из того, что решение крупной проблемы вам не по силам Если же вы хотите действовать от лица радикальной науки, то приступайте к составлению своего пятидесятилетнего плана.

Мало того, некоторые животные, которые, казалось бы, на самом деле лишены микроорганизмов, часто были неспособны надолго сохранить это состояние. Периодически бактерии все же проникают в стерильные камеры. Одной-единственной бактериальной или грибковой клетки вполне достаточно для того, чтобы инфицировать всю камеру. Существуют тысячи способов и путей проникновения бактериальных клеток и вирусов в камеры, а оказавшись там, клетки и вирусы тотчас принимаются бесконтрольно размножаться и завоевывать новое пространство. Природа обожает вакуум. Микробы же обожают запечатанных в герметичных камерах морских свинок. В некоторых случаях (скорее, даже в большинстве) животным после столкновения с бактериями становилось хуже. Но почти настолько же часто после заражения микробами животным становилось лучше. Эта разница очень интересна, но она, кроме всего прочего, напомнила нам о том, что по мере усовершенствования герметичных стерильных камер микробы будут совершенствовать свою способность в них проникать. Однажды Рейнирс лишился плодов десятилетнего труда, когда патогенная бактерия проникла в одну из камер и убила всех содержавшихся в ней животных (в интервью одной газете Рейнирс по этому поводу заметил, что он, как и большинство людей, не имеет возможности легко разбрасываться десятилетиями). Именно такие коварные и вездесущие микроорганизмы убили воспитанного в стерильной камере мальчика, самого знаменитого из всех детей, выросших таким образом. Этого ребенка поместили в камеру сразу после рождения, так как он страдал врожденным отсутствием иммунитета. Он рос в стерильных условиях под наблюдением врачей до двенадцатилетнего возраста, после чего изъявил желание выйти в реальный мир. Естественно, его жизнь надо было менять, и врачи пересадили мальчику костный мозг его матери в надежде, что операция поможет восстановить (или, если угодно, создать заново) иммунитет. Операция прошла успешно, внушив надежду на то, что это будет уникальный случай торжества человеческой воли и медицины над врожденной болезнью. Но после операции состояние мальчика резко ухудшилось. В костном мозге матери находился вирус, который быстро убил ребенка. Постоянное присутствие повсюду патогенных организмов, будь то вирусы, бактерии или нечто более крупное, уже само по себе исключает идею о том, что мы когда-нибудь сможем осуществить утопическую мечту жизни без микробов. Конечно, мы можем строить все более объемные герметические сферы (или даже целые дома, насквозь пропитанные антибиотиками), но чем больше будет становиться мир, который мы хотим освободить от микробов, тем труднее нам будет осуществить это на практике. Хуже того – значительная часть бактерий, проникавших в камеры Рейнирса, была безвредной, но практически все микроорганизмы, преодолевающие барьеры, которые мы воздвигаем на их пути с помощью антибиотиков, являются вредоносными. Но проблема заключается не только во всепроникающих бациллах.

Впервые мысль об этой более сложной проблеме пришла в головы ученых, изучавших жизнь термитов. В высыхающих и гниющих мертвых лесах земного шара обосновалась настоящая империя термитов – триллионы насекомых, поедающих то, что не годится в пищу ни одному другому биологическому виду. Представьте себе высохшие стволы и опавшие листья деревьев всего мира. Представьте, как вся эта груда древесины и листвы громоздится вокруг вас. Но этого не происходит, потому что большую часть высохших и погибших деревьев и почти всю опавшую листву поедают термиты. К тому времени, когда на Земле появились первые млекопитающие, мир населяли миллиарды термитов с почти прозрачными телами и длинным, похожим на лапшу, кишечником.