Читать онлайн книгу «Разрушители. Грибки и грядущая пандемия» автора Эмили Моноссон
Разрушители. Грибки и грядущая пандемия
Эмили Моноссон
Грибки есть везде. Есть безвредные, есть даже полезные. Однако некоторые из них – это жестокие убийцы. Если мы абстрагируемся и взглянем на все со стороны, то можно утверждать, что грибы являются самыми разрушительными организмами на Земле. Они могут уничтожить все вокруг и остаться единственными на планете. В книге автор Эмили Моноссон рассказывает, как торговля, путешествия и меняющийся климат делают нас всех более уязвимыми для пандемии.
Однако не стоит пугаться раньше времени. Да, грибки – это жестокие организмы, способные уничтожить все живое на планете, но профилактика не невозможна! Прослеживая историю распространения грибков и самые последние открытия в этой области, Моноссон знакомится с учеными, которые неустанно работают над защитой видов, находящихся под угрозой, чьи инновационные подходы к инвазии грибков могут спасти человеческие жизни. Углубляясь в тематические исследования, одновременно увлекательные, отрезвляющие и обнадеживающие, эта книга служит тревожным сигналом, напоминанием о тонкой взаимосвязанности мира природы. И является уроком, позволяющим смотреть на жизнь на нашей планете с осознанием ее хрупкости.
В формате PDF A4 сохранен издательский макет книги.
Эмили Моноссон
Разрушители. Грибки и грядущая пандемия
BLIGHT
Fungi and the Coming Pandemic
EMILY MONOSSON
© ООО Издательство «Питер», 2024
© 2023 by Emily Monosson
© Перевод на русский язык ООО «Прогресс книга», 2024
© Издание на русском языке, оформление ООО «Прогресс книга», 2024
Предисловие
На страницах этой книги упоминаются грибы, растения и животные, для большинства из которых указаны латинские и общепринятые названия. Чаще всего я использовала общие наименования видов, но многие микробы имеют только латинские названия. Все они выделены курсивом.
Я долго сомневалась, в каких единицах измерения указывать вес или температуру: в тех, которые приняты в метрической системе (поскольку ее используют во всем мире, в том числе ученые), или в имперской, которой пользуются в Соединенных Штатах. В итоге было принято решение указывать единицы измерения в метрической системе. Когда я буду писать о температуре, я буду использовать градусы Цельсия.
Наконец, в книге упоминается множество различных государственных учреждений и некоммерческих организаций, чьи названия порой слишком длинны. В большинстве случаев они будут приведены целиком, а некоторые – в виде общеизвестных аббревиатур, например NASA.
Введение
В большой пещере на склоне горы в Вермонте, на полу, покрытом смесью глины и ила, покоится грибковая спора. Она находится здесь с ранней весны, когда летучие мыши, в основном малые бурые ночницы, начинают перебираться в другие места для ночлега, более подходящие для теплого времени года. Пещера служила им укрытием зимой – здесь они пережидали холода и берегли силы, что особенно важно в условиях нехватки пищи. Спора – микроскопическая капсула, слегка изогнутая, как семечко тмина или банана. Она будет лежать на полу пещеры и оставаться неповрежденной месяцами, пока летучие мыши не вернутся осенью. Вот и они: снова устраиваются на зимовку, а одна из них, молодая самка, родившаяся ранней весной, пьет воду из лужицы на полу. Она пролетела десятки миль от места, где родилась, и наконец оказалась в этой пещере. Ее крыло касается пола, где покоится спора, и это все, что той нужно, чтобы начать свой путь. Вскоре спора, которая перекочевала с грязного пола на перепончатое крыло летучей мыши, прорастает и начинает развиваться. Она распускает нитевидные гифы, которые тянутся в поисках пищи.
В коже летучей мыши есть кератин – все, что нужно этому грибку для питания. В пещере холодно, чуть выше нуля, но он предпочитает именно такую температуру. Грибок проникает в крылья малой бурой ночницы и будет питаться ею, пока не придет время размножаться – тогда он сбросит сотни спор и частичек гиф, которые окажутся на других летучих мышах, стенах пещеры и грязном полу. Молодая самка не переживет заражения, а со временем споры и частички грибка приведут к гибели и ее собратьев, с которыми она делила пещеру. Сотни, а затем и миллионы летучих мышей заразятся, и большинство – однако не все – погибнут.
Споры принадлежат грибку под названием Pseudogymnoascus destructans
, который вызывает заболевание, известное как синдром белого носа. С момента своего появления в 2000-х годах оно успело убить миллионы летучих мышей. Возможно, эпидемия началась именно так, как я описала, – со споры, попавшей на пол пещеры.
Тем временем в гористой местности на западе страны прохладный весенний день. Влажный воздух наполняется спорами совсем другого грибка, называемого «ржавчинным». Некоторые из этих спор оказываются на вечнозеленых иголках белоствольной сосны. Дерево старое, десятилетия суровой погоды и ветров сделали его скрюченным, но не смогли сломить. Споры прорастают во влажном, туманном воздухе. Они развиваются, постепенно захватывая иголку за иголкой, ветку за веткой, пока зараженным не оказывается все дерево. Оно никогда не сталкивалось с этим видом грибка, и все его естественные защитные механизмы не могут с ним справиться. Грибок разрастается, иголки постепенно становятся коричневыми и отмирают, пока через несколько лет эта участь не постигнет все дерево, – подобный сценарий происходил миллионы раз с миллионами деревьев. Грибок, вызывающий инфекцию под названием «пузырчатая ржавчина сосны», появился на континенте более века назад и по-прежнему остается проблемой. Грибку, который убивает летучих мышей, всего два десятилетия, но он также распространяется по континенту. Ученые склоняются ко мнению, что этот процесс не остановить: если грибок появился и закрепился, он уже не «уйдет». И тот, что вызывает ржавчину на деревьях, и убийца летучих мышей. Опасность тотального вымирания грозит всем видам, подверженным воздействию грибков.
В совокупности инфекционные грибы и грибоподобные патогены являются самыми разрушительными из всех известных на планете возбудителей болезней. За последние сто лет возросло число новых грибковых заболеваний у разных видов, включая человека. Откуда берутся эти грибки? И можем ли мы сделать что-нибудь, чтобы предотвратить их появление?
* * *
«Ржавчина», плесень, гниль, грибки – мы живем в облаке микроскопических спор, которые в любой момент могут начать развиваться. Грибки повсюду. Мы выуживаем из глубины холодильника давно забытый стаканчик йогурта, открываем его, но находим внутри только толстый зеленый ворс плесени. Розовые и желтые грибки пушатся на стене пострадавшего от наводнения дома. Воздух, которым мы дышим, кишит грибковыми спорами, а под землей гифы проникают еще глубже в почву. По этим клеточным трубочкам текут вода, питательные вещества и другие химикаты. Грибки есть в океанских глубинах, радиоактивных руинах Чернобыля и за влажными полотенцами, развешанными для просушки на Международной космической станции, которая вращается вокруг нашей планеты. Если вы готовите хлеб на закваске, то знаете, что дрожжи, тоже являющиеся грибками, наводняют воздух, которым мы дышим, но почти не приносят вреда. Внутри каждой из крошечных черных точек грибка Rhizopus, который цветет на куске старого хлеба, находятся десятки тысяч спор – именно потому, что их так много, мы в конце концов можем их заметить. Грибок, называемый кукурузной головней, образует округлые галлы, похожие на переполненные сосуды, которые могут разнести по полю 25 миллиардов спор. По оценкам химиков
, ежегодно в атмосферу попадает около 50 миллионов тонн спор, которые разносятся ветром от обитающих на земле грибков. И хотя этот вид размножения характерен для большинства из них, есть виды, которые используют другие способы. Например, дрожжи и их «родственники» размножаются почкованием, отделяя от себя дочерние клетки, хотя в неблагоприятных для этого условиях даже они могут перейти на споры.
Большинство грибков путешествуют с помощью спор. Некоторые из них перемещаются всего на доли дюйма, падая с одного листа на другой. Другие пересекают океаны, выживают при низких атмосферных температурах, в отсутствие влажности, под беспощадным солнечным светом, от которого не скрыться при высотных перелетах. Люди тоже переносят споры – на одежде, в волосах; мы вдыхаем и выдыхаем их тысячами. Споры, попавшие в грязь, могут скрываться в углублениях наших рабочих ботинок и кроссовок, а также в протекторах шин наших легковых и грузовых автомобилей. Мы разбрасываем споры, когда идем по туристической тропе, садимся в самолет, тем самым доставляя их из одного штата в другой или через океан. Они находятся на борту Международной космической станции, и некоторые могут отправиться с нашей помощью на Луну или даже на Марс. Одни выносливее других, а есть такие споры, которые должны быстро прорасти, иначе погибнут, поэтому длительные и трудные путешествия им не подходят. Другие выживают в таком путешествии, но погибают, попав к неподходящему хозяину, или ждут в спящем состоянии до тех пор, пока условия не станут приемлемыми для роста: а вдруг возможный хозяин пустит корни именно здесь, на этом пятнышке почвы? Как раз там, где уже десятилетие покоится спора. Отчасти именно поэтому наше соседство оказывается таким проблематичным – некоторые грибки, вызывающие заболевания, могут выживать в окружающей среде, даже не имея хозяина, в течение нескольких дней, месяцев или лет. В отличие от многих других патогенных микробов, споры грибков демонстрируют удивительную стойкость, причем каждая отдельная спора несет в себе инструкции для следующего поколения плесени, грибка, гнили и множества других собратьев. По некоторым оценкам
, существует не менее шести миллионов различных видов грибков, большинство из которых нам пока неизвестны (для сравнения: мы знаем около двух миллионов видов животных, большинство из которых – насекомые, и почти 400 тысяч видов наземных растений, и это не считая мхи, печеночники и тому подобное). Грибы являются одной из самых плодовитых и разнообразных форм жизни на планете.
Большинство видов грибов необходимы для выживания растений, животных и человека. Микробиом нашего кишечника и кожи населен не только бактериями, но и вирусами, простейшими, грибками – все они являются членами динамичного и разнообразного сообщества микробов, которые мы носим в себе и на себе. Под землей микоризные грибы – то есть те, которые поселяются на корнях растений, – соединяют и питают деревья и другие растения, а также помогают контролировать другие микробы, которые могут вызывать болезни. Спасительный пенициллин, открытый благодаря счастливой случайности и проницательному взгляду Александра Флеминга, производится тем же самым видом грибка, который мы можем увидеть на заплесневелом куске хлеба или кожуре испорченной дыни.
Многие грибки предстают перед нами в виде грибов – мясистых размножающихся тел с причудливыми названиями «Розовое диско», «Ангел-разрушитель», «Пальцы мертвеца». Сморчки, лисички, опята и другие грибы – желанные гости почти на любой кухне. Некоторые из них производят химические вещества, которые могут отправить нас в психоделическое путешествие или убить. Грибы принимают форму нитевидных гиф, которые прощупывают окружающее пространство, тянутся в разные стороны, связываются друг с другом и поднимаются вверх, пробиваясь сквозь кору, почву, а иногда даже асфальт. Эти и другие грибные плодовые структуры (поскольку не все грибы образуют мицелий) выделяют споры. Когда они разрастаются, их гифы проникают в землю и растут внутри и на корневищах деревьев и других растений, а также могут пробиваться через гниющие бревна. Грибы – одни из самых важных чистильщиков в мире: они превращают то, что когда-то жило, обратно в питательные вещества и почву. На самом деле они скорее близки к животным, хотя могут напоминать нам растения, но выделяются в отдельное таксономическое царство, так и называемое – грибы.
Животные, даже микроскопические, потребляют и переваривают пищу. Мы тоже это делаем – с помощью желудка. Грибы же сперва переваривают пищу и отправляют свои пищеварительные соки в окружающую среду. Ферменты разлагают растения, животных и другие микробы – именно таким образом превращаются в питательные вещества поваленная сильным ветром береза, стена в ванной, кусок сыра, человеческое тело. Грибки, питающиеся тем, что умерло, так называемые сапротрофы, превращают кожу и перья, кору и листья в молекулярные строительные блоки – аминокислоты, жирные кислоты и простые сахара, которые, в свою очередь, служат питательными веществами для грибов, растений и других живых существ. Затем грибы поглощают все необходимое из этой расщепленной материи. Если бы не они, мир был бы завален трупами и мы вряд ли смогли бы в нем жить. Многие грибы существуют если не в сотрудничестве, то в мире с другими живыми существами, но есть и исключения: некоторые питаются живой материей. Большинство грибов дают жизнь, а грибковые патогены ее забирают.
Возможно, вы читали о массовой гибели лягушек. А если живете на северо-востоке США, то наверняка заметили исчезновение летучих мышей или знакомы со смертельно опасными дрожжами, путешествующими по больницам и домам престарелых. Если вы любите кофе, какао или бананы, то, возможно, читали статью или две с тревожными заголовками, предупреждающими об их потенциальной гибели. Однако грибковые угрозы не являются проблемой конкретного вида, как можно предположить, листая новостную ленту. Они имеют гораздо больший масштаб, устойчивы, разнообразны и могут стать настоящей катастрофой. Потеря каждого вида или популяции влечет большие последствия. Лягушки и летучие мыши питаются мотыльками и другими насекомыми, поэтому их исчезновение дает возможность процветать гусеницам, поедающим урожай, и насекомым, которые служат переносчиками болезней. Орех и сосна поддерживают целые экосистемы, в которых обитают медведи, птицы, рыбы, растения и сообщества микробов, включая грибы, которые мы могли бы употребить в пищу. Что случится, если медведь или какая-нибудь птица внезапно лишится своего источника питания?
Я рассказываю эту историю, полную потерь, с точки зрения экологов, лесоводов, медиков, биологов, политиков и граждан, которые работают наперекор времени и пытаются спасти жизнь растений, животных и людей, какой мы ее знаем. Многие согласны с тем, что, если грибок, вызывающий заболевание, поселился в природе, он уже не «уйдет». Будет дремать без вреда для себя в отсутствие подходящего хозяина, но останется с нами надолго. И все согласны с тем, что лучшая возможность для любого вида пережить грибковую пандемию – быть генетически разнообразным. Некоторые пытаются предотвратить будущие грибковые пандемии, ужесточая политику в области торговли и путешествий или применяя новые технологии. Другие потратили десятилетия на выведение деревьев, устойчивых к болезням, хотя вряд ли доживут до тех времен, когда их работа станет видна. Ученые-растениеводы, генетики и хранители семян стремятся сохранить разнообразие сельскохозяйственных культур, чтобы наши потомки тоже знали, каковы на вкус бананы или пшеница. Их коллективные усилия дарят надежду на то, что так и будет, но общество должно подключиться к этой работе.
Профилактика – дело трудное, но осуществимое. Работать на предупреждение – значит с большим вниманием относиться к экспорту-импорту растений и животных, проводить экспресс-диагностику заболеваний и вовремя реагировать, если тест окажется положительным, и, что еще важнее, перемещаясь по миру, самим соблюдать меры профилактики. Также необходимо защищать биоразнообразие и стараться сокращать потери среды обитания. Там, где профилактика не помогла, следующим этапом выживания в условиях грибковой пандемии должна стать защита генетического разнообразия и потенциальных генов устойчивости в популяции деревьев, саламандр или продовольственных культур. Но гарантий генетического спасения не существует. Устраняя естественные барьеры между видами, мы получаем новые болезни, большинство из которых будут доброкачественными, некоторые вызовут небольшие проблемы, а другие способны вызывать катастрофические последствия.
Эпидемии и пандемии, о которых я пишу на этих страницах, начинались с того, что грибок перемещался из своей родной среды в совершенно новую, где ему попадался подходящий хозяин. В мире существует множество грибков, и хотя большинство из них безвредны, некоторые при определенных условиях могут причинить много бед. Наша задача на будущее – не допустить встречи потенциально опасных грибков с восприимчивыми хозяевами, в том числе и с нами.
Примечания к введению
1 Golan J.J., Pringle A. Long-Distance Dispersal of Fungi // Microbiology Spectrum, 2017. Р. 1–24.
2 Elbert W. et al. Contribution of Fungi to Primary Biogenic Aerosols in the Atmosphere: Active Discharge of Spores, Carbohydrates and Inorganic Ions by Ascoand Basidiomycota // Atmospheric Chemistry and Physics Discussions 6, 2006. № 6.Р. 11 317–11 355.
3 Трудно найти точную оценку количества видов животных, растений или микробов. Некоторые подсчеты основаны на «идентифицированных» и охарактеризованных видах, а другие, как в случае с грибами и бактериями, могут быть основаны как на охарактеризованных видах, так и на анализе ДНК. Одно из недавних исследований видов грибов показало, что их может быть до 12 миллионов. См. подробнее: Wu B. et al. Current Insights into Fungal Species Diversity and Perspective on Naming the Environmental DNA Sequences of Fungi // Mycology, 10. May 7, 2019. Р. 127–140. Данные о разнообразии жизни см. в статье: Ritchie H., Spooner F., Roser M. Biodiversity and Wildlife // Our World in Data. https://ourworldindata.org/biodiversity-and-wildlife#:~:text=We%20have%20identified%20and%20described,around%205%20to%2010%20million.
Часть I
Последствия
Глава 1
Прибытие
Четвертого ноября 2016 года в еженедельном отчете о заболеваемости и смертности Центра по контролю и профилактике заболеваний США (US Centers for Disease Control and Prevention, или CDC) появилось упоминание о, вероятно, новом виде инфекции. Хотя ранее о ней не было известно, она проявилась практически одновременно в разных точках мира. Новая инфекция плохо поддавалась диагностике и отличалась высокой смертностью: от 30 до 60 % инфицированных пациентов погибали. Однако даже при правильном диагнозе было трудно предсказать положительный исход для пациента – инфекция почти не поддавалась медикаментозному лечению. Помимо этого, она передавалась от одного пациента к другому, была устойчивой и быстро заражала больничное оборудование и помещения. Эта странная инфекция была вызвана Candida auris, грибком, который является видом дрожжей. Появление нового грибкового патогена
– явление необычное, но нередкое, особенно для постоянно растущей популяции пациентов с ослабленным иммунитетом, среди которых и те, кто принимает мощные стероидные препараты, и те, кто выжил после рака, перенес трансплантацию. Необычность C. auris заключалась в том, что у него появилась устойчивость к некоторым или ко всем противогрибковым препаратам в зависимости от штамма. Он распространялся от пациента к пациенту и между больницами, что больше свойственно бактериям и вирусам, чем грибкам. А еще казалось, будто он появлялся из ниоткуда и отовсюду одновременно.
Центр по контролю и профилактике заболеваний отвечает, в частности, за наблюдение и выявление заболеваний. Его первой миссией, начатой еще в 1940-х годах, была борьба с малярией, но с тех пор он превратился в ведущее агентство по отслеживанию и оповещению медицинского мира о новых загадочных инфекциях – от Эболы до менингита, гриппа, ВИЧ и COVID-19. Центр привлекает к сотрудничеству лучших врачей, ветеринаров, микробиологов и эпидемиологов, а также других ученых. В 2015 году, еще до того, как о C. auris заговорили как о серьезной проблеме, медицинская микологическая лаборатория, находящаяся в Пакистане, отправила несколько образцов в принадлежащую Центру по контролю и профилактике заболеваний референс-лабораторию по изучению грибков. В Пакистане произошла вспышка заболевания, и ученые искали подтверждение тому, что не ошиблись и обнаруженный ими грибок является Saccharomyces cerevisiae – дрожжами, которые известны как пивные. Они используются для приготовления пива, вина и хлеба, но при некоторых обстоятельствах могут заражать людей и вызывать у них болезни. Лаборатория обнаружила, что дрожжи были идентифицированы неправильно. Вместо S. cerevisiae из Пакистана прибыл C. auris, который впервые был обнаружен десятилетием раньше в Японии – при взятии мазка из уха пациента. Отсюда и название Candida auris – грибок уха.
Год спустя C. auris начал появляться в других местах по всему миру, включая несколько случаев, диагностированных постфактум в Соединенных Штатах. Именно в этот момент Центр по контролю и профилактике заболеваний выпустил свое первое предупреждение о появлении этого заболевания. Сразу после этого случаи стали диагностироваться по нарастающей, счет пошел на сотни только в США, а по всему миру – на тысячи. В апреле 2019 года газета New York Times опубликовала историю пациента
, который был госпитализирован с C. auris в больницу Маунт-Синай в Бруклине (Нью-Йорк) и умер через три месяца. Палата, в которой он наблюдался, к этому времени уже была заселена грибком. Доктор Скотт Лорин, глава больницы, рассказал Times, что «заражено было все – стены, кровать, двери, шторы, телефоны, раковина, доска для письма, помпа. Матрас, перила кровати, отверстия в канистрах, оконные шторы, потолок – в палате абсолютно все имело следы грибка». Поскольку грибок не поддавался дезинфицирующим средствам
, используемым в то время, в больнице пришлось снять плитку с пола и потолка. Том Чиллер – руководитель отделения микотических болезней Центра по контролю и профилактике заболеваний, имеющий за плечами десятилетний опыт работы, сказал, что C. auris вызывает большую озабоченность, потому что никто не знает, как он появился и откуда взялся, тем более что он остается очень устойчивым к лечению
. Он назвал этот грибок «тварью из Черной лагуны»
.
Еще более тревожащими выглядят опасения ученых, которые предполагают, что дрожжи являются предвестниками других грибковых патогенов человека. За последнее столетие грибковые инфекции почти уничтожили некоторые другие виды, но нам до сих пор везло. Возможно, наше везение на исходе.
* * *
Мир кишит дрожжами
, которые живут на клопах, яблоках, синеполосатых ворчунах, каучуковых деревьях, цветах, в почве, мангровых зарослях, на множестве других живых организмов. Видов дрожжей тысячи, но большинство, включая Candida, не причиняет нам вреда, а некоторые даже являются частью микробиома нашего кишечника – сообщества бактерий, вирусов, дрожжей и других микроорганизмов, которое в нем живет. Большинство сообществ устроено так, что каждый их обитатель выполняет свою задачу, и микробиомы не являются исключением: одни микробы приносят пользу, делясь ресурсами или пространством со своими соседями; другие конкурируют, выбрасывая вредные химические вещества, чтобы помешать соседним микробам потреблять их пищу или селиться на их участке нашего кишечника или кожи. Некоторые микроорганизмы делают свое дело и не приносят ни пользы, ни вреда. Ученые только начинают разбираться в этих сложных взаимоотношениях и в том, как они влияют на нас. Большинство микробов, вызывающих заболевания, для микробиома человека являются чужаками: вирус гриппа, бактерия Borrelia burgdorferi, ответственная за болезнь Лайма, или Salmonella, провоцирующая пищевое отравление. Но иногда такой безобидный микроб, как Candida albicans, полноправный обитатель нашей кишечной флоры, который, как правило, мирно живет с нами большую часть нашей жизни, в определенных условиях может вызвать у нас заболевание или даже убить.
И C. albicans, и C. auris относятся к отделу подцарства высших грибов Ascomycota – разнообразной группе, в которую входят те самые «Пальцы мертвеца», сморчки, формой напоминающие мозг, и нежные алые эльфовы чаши. Внутри Ascomycota есть меньшая группа, называемая Saccharomycotina, или дрожжи, куда входит и Candida. Некоторые из них имеют близкое родство, а другие – отдаленное. Дрожжи Candida представляют собой необычное собрание живых организмов, которое принято описывать как «мусорную корзину, в которой находятся сотни видов, мало связанных друг с другом»
. Чтобы подчеркнуть разницу между этими «родственниками», один ученый сказал мне, что C. auris и C. albicans отличаются друг от друга так же, как люди от рыб. Если и есть что-то общее у разных видов дрожжей, так это их склонность существовать в виде одиночных клеток, подобно бактериям, но с небольшим количеством или отсутствием характерных признаков, из-за чего трудно отличить один вид от другого, пока не удастся собрать их в колонии на чашке Петри. Колони появляются, когда дрожжи размножаются миллионами. Чаще всего это происходит бесполым путем
: клетки отпочковываются от клонов, удваивая популяцию каждые сто минут или около того, – такой жизненный цикл больше свойствен бактериям, чем грибам. В редких случаях дрожжи ведут себя более типично для грибов: выращивают гифы или размножаются половым путем – для этого необходимы определенные условия. Способность к половому или бесполому размножению характерна для многих, если не для всех грибов, однако некоторые предпочитают только один вид, а другие могут их чередовать. Грибы фантастически разнообразны в вопросах размножения
: у каждого есть тысячи различных «типов спаривания». Когда дрожжи спариваются, их обычно круглые тела вытягиваются и становятся похожими на «шму» – это мультяшный персонаж середины XX века, который впервые появился в комиксе «Лил Эбнер». Сексуально восприимчивые «шму» притягиваются друг к другу с помощью химических запахов, называемых феромонами. Когда дрожжи культивируются в чашке Петри, невидимые клетки со временем собираются в скопления размером с булавочные уколы, которые после превращаются в округлые холмики или плоские диски, похожие на брызги краски. Колонии C. auris обычно имеют кремовый или белый цвет, но в некоторых средах приобретают оттенки розового или фиолетового.
Грибковая инфекция кожи, гениталий или горла может заставить нас спрятать пальцы на ногах и отправиться к врачу, но она редко бывает смертельной. Опасность возникает, когда грибок проникает в нашу кровь. Ежегодно около миллиарда пациентов
борется с грибковыми инфекциями, и для 150 миллионов они представляют угрозу для жизни; 1,6 миллиона человек в мире умирают. Эта цифра сопоставима с количеством смертей от туберкулеза и почти в три раза превышает смертность от малярии. Инвазивные виды в зависимости от вида, штамма и других условий убивают от 30 до 100 % зараженных. В больницах частой причиной инфекций, передающихся через кровь, становится вид дрожжей Candida, причем в большинстве случаев виноват грибок C. albicans. Еще до появления C. auris системные дрожжевые инфекции были известны своей высокой смертоносностью, несмотря на лечение противогрибковыми препаратами, – от них умирает около 40 % больных
.
Первые сообщения о росте числа инфекций Candida появились в 1950-х годах. Сюда можно отнести большой спектр заболеваний: от молочницы (вызванной дрожжами, растущими во рту и горле) до вагинальных инфекций или, что еще хуже, редких грибковых инфекций, поражающих основные внутренние органы, например сердце. Причиной такого роста стало широкое распространение антибиотиков. Некоторые специалисты даже называют дрожжевые инфекции «болезнью антибиотиков»
. При всех их преимуществах, которых действительно немало, мощные препараты могут уничтожать не только бактериальную инфекцию, но и полезные бактерии. Например, антибиотики широкого спектра действия способствуют чрезмерному росту грибков, «убивая» такие кишечные бактерии, как Lactobacillis и Bifidobacterium, которые помогают держать Candida под контролем. Когда количество этих бактерий снижается, мы, по сути, собственноручно жмем на красную кнопку, и грибок, подобный C. albicans, взрывает все вокруг. Так что антибиотики могут сделать нас более уязвимыми для некогда безобидных грибков.
К счастью, врачи умеют очень эффективно лечить пациентов, которые длительно принимают антибиотики, противогрибковыми препаратами, чередуя лекарства, когда это возможно, чтобы избежать возникновения резистентности. При менее опасных для жизни инфекциях можно обойтись без антибиотиков, однако если приема этих препаратов не избежать, помогут живые культуры Lactobacillus acidophilus – еще один повод добавить в свой рацион йогурт. Или мы можем принимать капсулы с Saccharomyces boulardii – дрожжами, которые помогают поддерживать микробный баланс. Если мы сможем поддерживать наш микробиом в здоровом состоянии, то вероятность того, что он будет атакован враждебными микроорганизмами, снизится.
На протяжении большей части существования человечества наш микробиом помогал держать в узде потенциально инвазивные микробы – особенно те, которые уже поселились в организме. Большинство из этих микробов – бактерии, которые по численности и разнообразию превосходят грибы. На это есть веская причина: температура нашего тела. Многие бактерии процветают при 37 °C – нормальной температуре человека, – но для многих грибов, предпочитающих температуру от 12 до 30 °C, наше тело подобно Долине Смерти
. Нам, млекопитающим, становится просто слишком жарко, но это тепло, подобно здоровому микробиому, защищает нас от болезнетворного вторжения. Впрочем, в последнее время некоторые ученые стали опасаться, что наш так называемый температурный барьер начинает нас подводить.
* * *
Более десяти лет назад Артуро Касадевалл, микробиолог и иммунолог из Школы общественного здравоохранения Блумберга им. Джона Хопкинса, опубликовал работу, в которой высказал мнение, что относительная непереносимость повышенной температуры тела для грибков, возможно, способствовала появлению млекопитающих. Это явление он назвал «грибковым фильтром»
. «Существование млекопитающих абсурдно, – говорит он. – Нам приходится так много есть. Большинство людей едят четыре или пять раз в день, и количество пищи превышает то, которое потребляют большинство других животных на планете. Большая часть съеденной пищи уходит на поддержание температуры нашего тела»
. Мы – высокоэнергетические животные, и Касадевалл утверждает, что, казалось бы, для нас должен был быть выбран не самый благоприятный обмен веществ. Примерно 66 миллионов лет назад млекопитающие не были доминирующим видом, а почти 200 миллионов лет до этого Землей правили гигантские зауроподы, стегозавры и тероподы вроде Tyrannosaurus rex. Затем в планету врезался астероид, и удар привел к вымиранию почти 80 % всех видов животных: от динозавров до морских беспозвоночных.
Постастероидный период, по словам Касадевалла, «был связан с массовым процветанием грибов, о чем мы знаем благодаря ископаемым. Вероятно, выжившие животные могли подвергаться воздействию грибковых спор и потенциальных патогенов»
. Известняк, сланец и песчаник, образовавшиеся из многовековых отложений, хранят свидетельства не только о том, что когда-то было костями. Окаменелости, отпечатанные в этих слоях, – это воспоминания о червях, растениях, насекомых и микроскопических частичках жизни: от пыльцы растений до грибковых спор. Миллиардов и миллиардов спор. После катаклизма Земля, скорее всего, была завалена мертвыми и умирающими растениями и животными – пир для грибов. Гипотетически никакой второй эры рептилий и не могло быть, потому что более восприимчивые виды оказались заражены грибками, а выжить смогли только теплокровные. Возможно, именно поэтому бактерии и вирусы, которые, как правило, переносят человеческий «парник», обычно являются более серьезными патогенами по сравнению с грибками.
Касадевалл считает, что изменение климата ставит под сомнение одну из важных систем, защищающую нас от грибков. Более теплая окружающая среда может позволить некоторым из них выработать более высокую температурную устойчивость. Если грибок сможет преодолеть температурный барьер, то люди и другие млекопитающие могут стать носителями новых грибковых инфекций. Дрожжи, которые обычно растут в болотах или на яблонях, могут эволюционировать, чтобы жить в козах, летучих мышах или людях.
В 2010 году Касадевалл и Моника Гарсия-Солаче написали в соавторстве статью для научного журнала
. Они предположили, что более высокие температуры изменят и, вероятно, увеличат географический ареал грибков, вызывающих заболевания, а также приведут к отбору новых грибковых патогенов с более высокой устойчивостью к теплу тела. В 2019 году, менее чем через десять лет, Касадевалл и его коллеги предположили, что появление C. auris может быть первым примером нового грибкового патогена человека, вызванного изменениями климатических условий
. По его словам, проблема заключается в том, что по мере того, как мы будем вступать в век более высоких температур, некоторые грибки будут адаптироваться, прорываясь через грибковый фильтр. «Сейчас большинство грибков в окружающей среде просто не в состоянии пережить температуру наших тел, но, если некоторые из них адаптируются, мы можем стать открытыми для новых патогенов. Именно это я и утверждал в отношении C. auris»
.
Касадевалл предполагает, что гриб, который может расти при температуре до 36 °C в жаркие дни, со временем эволюционирует и сможет выживать при 37 °C, то есть в нашем диапазоне. Возможно, для естественного отбора хватит всего одного градуса. Известно, что грибы быстро адаптируются к температуре, а это значит, что каждый по-настоящему жаркий день, по словам Касадевалла, становится ходом в рисковой игре, в которой тебе либо везет, либо ты теряешь все. «Мы утверждаем, что тревожная сигнализация уже сработала, и это не ошибка, – говорит Касадевалл. – Другими словами, грибок, который вчера был готов к работе, заражал другие виды, возможно, насекомых или рептилий, но не был способен выдержать тепло человеческого тела, сегодня как-то приспособился. Теперь у нас огромная проблема. Стоит, однако, отметить, что этому могут быть и другие объяснения, – признает Касадевалл, – но в данный момент у нас их нет».
Когда в 2006 году C. auris впервые был обнаружен в ухе японского пациента, образец был отправлен в архив. Исследователи, занимавшиеся определением дрожжей, которые способны заразить человека, сделали это, чтобы в дальнейшем изучить новую инфекцию и определить, как на нее можно воздействовать
. Однако в том же году грибок был обнаружен у группы пациентов уже в Южной Корее – все страдали хроническими ушными инфекциями. Затем в 2009 году стало известно, что C. auris проник в кровоток одного пожилого пациента и двух младенцев также в Южной Корее. Выжил только один. Стало очевидно, что «ушной» грибок смертельно опасен
. К 2016 году Центр по контролю и профилактике заболеваний рассматривал C. auris уже как серьезную угрозу, поэтому рекомендовал больницам и другим учреждениям долгосрочного ухода в США быть начеку. К тому времени штаммы, похоже, уже путешествовали от одного пациента к другому, из одного медицинского учреждения в другое. Согласно одной из гипотез, грибок смог заразить слуховой проход, поскольку в нем естественным образом прохладнее, чем в остальных частях тела. Он сделал первый шаг в более терпимую среду и оказался в «парнике», то есть в нашем теле.
* * *
В 2019 году Брендан Джексон, медицинский эпидемиолог из Центра по контролю и профилактике заболеваний, вместе с другими учеными агентства опубликовал работу под названием «О происхождении вида: что влияет на рост Candida auris?»
. Группа исследователей выявила четыре генетически различных вида C. auris, которые возникли «почти одновременно» в Восточной Азии, Южной Азии, Африке и Южной Америке. Большинство случаев заболевания в Соединенных Штатах, вероятно, происходило из южноазиатской популяции. Следующая работа, которую опубликовала другая группа, добавила к уже имеющейся еще одну популяцию – иранскую, поскольку заражение пошло от пациента из этой страны
. Ученые предположили, что существуют четыре местонахождения опасных «залежей», или четыре отдельные группы, которые произошли от общего предка. Это значит, что, возможно, имеется большее число видов C. auris. Такое открытие можно сравнить с другим, не менее поразительным: в конце 2019 года появилось сразу несколько различных вариантов вируса SARS-CoV-2, вызывающего COVID-19, и они произошли не от одного штамма, который эволюционировал с течением долгого времени.
Когда только появились сообщения о C. auris как о новом грибке, способном вызвать заболевания у людей, Джексон отнесся к этой информации скептически. Он подумал, что, возможно, это псевдовспышка, неправильно диагностированный дрожжевой грибок, который существовал в течение многих лет, а потом был обнаружен благодаря усовершенствованию технологии выявления заболеваний. Но данные из более ранней публикации, в которой были рассмотрены более 10 тысяч образцов Candida, собранных в период с 1996 по 2009 год, ни в одном из которых C. auris не был обнаружен, быстро заставили Джексона отнестись к ситуации с большим вниманием
.
Последующий анализ образцов, собранных в период с 2004 по 2015 год, выявил всего четыре случая и только один до 2013 года. Этот грибок еще более примечателен тем, что отдельные его «залежи» настолько разбросаны по карте мира, что мы можем гадать, откуда они взялись и почему именно сейчас активно вышли на поверхность. Чтобы понять, насколько странной является модель появления C. auris, подумайте о том, что в течение нескольких месяцев после появления SARS-CoV-2 его смогли отследить до одного региона в Китае и обнаружили, что в какой-то момент времени вирус мог перейти от летучих мышей, панголинов или других диких животных к людям
. Вирус Эбола тоже возник в одном районе Центральной Африки, а затем распространился по другим регионам
. Недавно появившееся грибковое заболевание Sporothrix brasiliensis, которое передается от кошек к людям (и от кошек к кошкам), было обнаружено в Бразилии, Аргентине, Парагвае и Панаме. Впервые болезнь была выявлена в Рио-де-Жанейро в 1998 году и стала диковинкой
, однако затем благодаря кошкам распространилась по всей Америке. Нет ничего необычного в том, что болезнь возникает в одном месте и путешествует по миру (мутируя по мере распространения), но чтобы болезнетворный микроб одновременно появился в разных географических районах и имел разные генетические характеристики – это странно
.
Новый захватчик, которым стал C. auris, в 2019 году получил неожиданного союзника в распространении, и им оказался вирус SARS-CoV-2. В то время как миллионы людей попали в больницы с диагнозом COVID-19, C. auris уже терпеливо «дремал» в палатах. Все, что ему требовалось для пробуждения, – чтобы число ослабленных пациентов стало больше, а система здравоохранения смотрела в сторону, занятая борьбой с другим опасным противником
. В одной из больниц Флориды вспышка грибковой инфекции произошла во время вирусного всплеска 2020 года. Из пятнадцати выявленных случаев C. auris в двенадцати речь шла о пациентах с COVID-19. Было установлено, что вспышка произошла от одного источника, которым, возможно, стал недавно поступивший тяжелобольной пациент. Когда всплеск вирусных заболеваний спал, утихли и грибковые. По мере того как ситуация будет меняться и SARS-CoV-2 станет очередным эндемичным вирусом человека, C. auris ждет другая судьба: он не только останется угрозой, но и будет способен оказывать еще более разрушительное влияние, чем то, которое мы уже наблюдали.
* * *
C. auris представляет собой тройную угрозу: он плохо реагирует на лекарства, живуч и никуда не денется с этой планеты. Но будут и другие. К счастью, большинство из нас не настолько беззащитны, чтобы дать себя заразить. Если у нас и есть какая-то суперсила против патогенов, так это иммунная система. Каждый день мы подвергаемся воздействию тысяч различных микроскопических организмов, включая десятки грибков, в том числе и дрожжевых. Кожа – наша первая линия обороны: она является физическим барьером, укрепленным вторичной сетью бактерий, грибков и других микробов, соседствующих в нашем теле. Наши легкие похожи на сложное ветвистое дерево жизни, и всего одна клетка отделяет то, что находится внутри нашего тела, от того, что снаружи. Пожалуй, легкие являются самым уязвимым органом нашего организма. Они защищены постоянно работающим биологическим конвейером из слизи, которая перемещается по нижнему слою клеток, обильно покрытых ресничками – тонкими волосковидными структурами. Слизь действует как ворсистый валик, задерживая микроскопический мусор – в том числе споры, пыль и пыльцу, – а реснитчатые клетки перемещают всю эту грязь в сторону от легких. Когда мы чихаем или кашляем, то избавляемся от слизи, содержащей мусор. Некоторые заболевания, например муковисцидоз, не позволяют этой системе работать должным образом, в результате чего больные становятся более восприимчивыми к инфекциям из-за отсутствия этого физического барьера. Наш пищеварительный тракт также выстлан клетками, вырабатывающими слизь, которые помогают защитить нас от проникновения инфекции.
Иногда даже передовые системы дают сбой, и тогда в дело вступает клеточный иммунный ответ – макрофаги, Т-клетки и другие. Они притягиваются к захватчикам, поглощают или убивают их. Некоторые имеют целый арсенал химических защитных средств, который также идет в дело. В результате нас лихорадит, и мы испытываем весь букет сопутствующих реакций, которые заставляют нас чувствовать себя плохо, но это всего лишь побочный эффект борьбы, которую ведут наши защитники. Лихорадка спасает нас от захватчиков, которые не способны выдерживать высокую температуру. Эта неспецифическая реакция позволяет выиграть время для более мощной и целенаправленной защиты – адаптивного ответа, в котором ключевую роль играют Т-клетки. Они убивают инфицированные клетки, привлекают другие и помогают регулировать иммунный ответ. Еще один тип иммунных клеток – В-лимфоциты, которые вырабатывают специфические антитела, направленные против патогена. Именно эти клетки отвечают за иммунную память – способность противостоять тем же бактериям, вирусам или грибкам во второй или третий раз. Когда мы делаем прививку, то провоцируем эту реакцию, чтобы она была готова к любым будущим воздействиям. Эта система в той или иной форме защищала позвоночных – от лягушек до людей – на протяжении сотен миллионов лет. Она не идеальна, но настолько многогранна, что в условиях, когда одна стратегия может не сработать, другая вполне способна помочь.
«Если Т-клетки не уничтожат захватчика, это сделают нейтрофилы, – считает Стюарт Левитц. – Или макрофаги. Некоторые организмы заболевают только тогда, когда у них отказывают сразу несколько защитных систем»
. Левитц – врач-инфекционист и миколог из Медицинской школы Массачусетского университета, занят изучением реакции иммунных клеток на грибки. Он любит показывать студентам-медикам мультфильм Гэри Ларсона, в котором пожарные растягивают сетку для женщины, выпрыгивающей из горящего здания. Она отскакивает и попадает через окно в другое горящее здание. «Подобным образом устроена и иммунная система у многих организмов: они выживают в одной ситуации, чтобы затем броситься в другую. Так что в этом отношении C. auris ничем не отличается от многих других грибковых патогенов, которым трудно проникнуть в организм со здоровой иммунной системой».
Раньше инвазивная грибковая инфекция была редким явлением. «Если таковой случай происходил, – вспоминает Левитц о своих первых днях в медицине, которые пришлись на 1980-е годы, – его выносили для обсуждения на конференции – вот насколько редкими были грибковые инфекции. Теперь же мы наблюдаем их постоянно»
. Причина в том, что мы живем в эпоху людей с ослабленным иммунитетом. Иммунная система увеличивающегося населения планеты в той или иной степени нарушена. Достижения в области трансплантации органов позволили бесчисленному количеству молодых и пожилых людей жить полноценной жизнью с пересаженными почками, легкими, сердцем и другими органами. Только в Соединенных Штатах ежегодно проводится около 40 тысяч операций по пересадке органов. И все эти пациенты принимают иммуноподавляющие препараты, чтобы снизить вероятность отторжения, а некоторые нуждаются в них до конца жизни. Люди, пережившие рак, в зависимости от его типа также могут жить с ослабленной иммунной системой, как и многие из нас, кто просто стареет или использует мощные стероидные препараты для борьбы с такими заболеваниями, как астма, хроническая обструктивная болезнь легких (chronic obstructive pulmonary disease, или COPD) и муковисцидоз. За фантастические достижения медицины приходится платить, и в некоторых случаях такой платой становится ослабление иммунной системы. Мы живем дольше и лучше, но становимся все более восприимчивыми к инвазивным грибкам
.
Левитц начал свою практику, когда вирус иммунодефицита человека, или ВИЧ, который вызывает СПИД, был на подъеме, но еще не достиг своего пика в США. Под ударом вируса находятся клетки CD4, или Т-клетки. Левитц так вспоминает о начале своей работы: «Мы наблюдали в больнице все эти случаи грибковой инфекции под названием Cryptococcus»
. Обычно этот грибок редко поражает иммунокомпетентные организмы, но было похоже, что ВИЧ вступил в сговор с бактериями и грибками, которые обычно не могут жить на человеке. Подавляя нашу иммунную систему, он открыл ворота и впустил оппортунистов. Левитц продолжил изучать и лечить пациентов с Cryptococcus и другими инвазивными оппортунистическими грибковыми инфекциями.
Спустя четыре десятилетия для людей, которые получают лечение, ВИЧ уже не является смертным приговором, тем не менее число инфицированных по-прежнему поразительно огромно – во всем мире противовирусную терапию получают более 28 миллионов ВИЧ-инфицированных. Это составляет около 75 % всех людей с вирусом, то есть 9,7 миллиона человек не лечатся, к тому же каждый год диагностируется еще несколько миллионов заболевших
. Также от криптококкового менингита ежегодно умирают сотни тысяч людей. Вирус СПИДа, а также рост числа людей с ослабленным иммунитетом и активное использование антибиотиков создали благодатную почву для оппортунистических инфекций. Единственным выходом в обстоятельствах, когда наши естественные защитные силы не справляются или не могут ответить, становятся противогрибковые препараты.
Работу противогрибковых препаратов можно сравнить с химической войной, которая ведется на микроскопическом поле. Хитрость заключается в том, чтобы уничтожить врага, оставив невредимыми мирных жителей, что может быть непросто, учитывая, что их бывает трудно отличить друг от друга. Несмотря на сходство между дрожжами и бактериями, грибы в большей степени близки к животным. Например, и наши клетки, и грибковые являются эукариотическими, при этом у нас генетический материал находится в ядре, и это то, что отличает клетки человека от других, допустим бактериальных. И наши, и грибковые клетки также имеют общую структуру и схожий состав, что, в свою очередь, затрудняет уничтожение грибковых клеток без вреда для наших собственных. Несмотря на это, антибиотики, такие как пенициллин, относительно безопасны, поскольку их действие направлено на компонент клеточной стенки бактерий, которого у нас нет. Мощный противогрибковый препарат амфотерицин B, появившийся на рынке в 1959 году, стал настоящим спасением. Он действует, создавая дыры в мембранах грибковых клеток и нарушая их нормальное функционирование. Одной из мишеней для противогрибковых препаратов, таких как амфотерицин, является химическое вещество эргостерол, которое необходимо грибкам для создания мембран, окружающих их клетки. В мембранах наших клеток эргостерола нет, зато есть холестерин. Эти две молекулы имеют во многом схожую химическую структуру, поэтому химическое вещество, воздействующее на одну из них, может случайно воздействовать и на другую, вызывая потенциально смертельные побочные эффекты, такие как почечная недостаточность. Левитц говорит, что врачи назвали этот процесс «амфоужасным»
, то есть катастрофическим для обеих сторон. Сейчас доступны менее токсичные составы, а также другие, не настолько токсичные классы противогрибковых препаратов. Однако их не так много.
Препараты принято классифицировать по способу уничтожения или по тому, на какую часть клетки или клеточного механизма направлено их действие. Существуют три основных класса противогрибковых препаратов, используемых для лечения системных инфекций: полиены (к которым относятся амфотерицин и нистатин), азолы и эхинокандины. Для сравнения: существует более десятка классов антибиотиков, направленных против бактерий. Амфотерицин действует на сам эргостерол. Азолы – на фермент, с помощью которого грибки его производят (к слову, в нашем организме есть похожий фермент, на который некоторые азольные препараты также могут воздействовать). Эхинокандины не позволяют грибкам производить еще одно важное химическое вещество, задействуемое для построения клеточной стенки грибов, – 1,3-?-d-глюкан
. Наши клетки не используют эту молекулу, что позволяет снизить риск побочных эффектов.
Антибиотики и противогрибковые препараты – это мощные лекарственные средства. Однако и те и другие теряют свою эффективность, когда их мишени – бактерии и грибки – развивают устойчивость к воздействию. Болезнетворные бактерии, захватывая наш организм, начинают размножаться, и чаще всего в результате этого мы заболеваем. Каждый раз, когда клетка воспроизводится (это относится и к нашим собственным клеткам), ДНК реплицируется, а затем делится на новые дочерние клетки. Это происходит независимо от того, создают ли клетки клонов или размножаются половым путем. При воспроизведении ДНК неизбежны ошибки, или мутации, одни из которых не оказывают большого влияния на жизнь клетки, некоторые способны к самопочинке, а других хватает, чтобы клетку убить. Есть и полезные мутации, например изменение существующего фермента, которое позволяет клетке детоксицировать и выживать под воздействием смертельных химических веществ, включая антибиотики и противогрибковые препараты (для микробов-мишеней это смертельные химикаты). К полезным также можно отнести мутацию, которая позволяет клетке выкачивать вредные химические вещества, и изменение белка, который приобретает способность скрывать ключевую молекулу, на которую направлено действие лекарства.
Новые мутации – это лишь один из способов, с помощью которого микробы развивают устойчивость к лекарствам, которыми мы пользуемся. Микроб также может получить устойчивость от других микробов, например, бактерии известны тем, что способны делиться генами устойчивости. Ученые обнаружили, что в некоторых случаях гены, придающие устойчивость к некоторым из современных лекарств (особенно к тем, что получены из природной среды, включая многие из наших антибиотиков), существовали тысячелетиями – они развились в бактериях задолго до того, как мы начали задавливать их антибиотиками
. Но для выживания не всегда нужны гены устойчивости. Некоторые микробы и грибки, включая C. auris, могут сохранять свою работоспособность под воздействием лекарств и других неблагоприятных факторов окружающей среды, потому что образуют биопленки – микробные коллективы, в которых бактериальные или грибковые клетки, находящиеся снаружи, жертвуют собой, чтобы защитить клетки внутри
. К таким биопленкам можно отнести зубной налет во рту или тину, которая покрывает поверхность пруда. Биопленки являются отличительной чертой резистентности, поскольку через них трудно проникнуть лекарствам и другим химическим веществам, например дезинфицирующим средствам.
Грибки, устойчивые более чем к одному классу лекарств, называются мультирезистентными, ко всем препаратам – панрезистентными. По сути, такие виды вызывают неизлечимую инфекцию. Летом 2021 года Центр контроля и профилактики заболеваний сообщил о двух отдельных вспышках панрезистентного C. auris, который противостоял трем основным классам противогрибковых препаратов
. Самое странное в способности дрожжей оказывать такое сопротивление – никто не может объяснить, как он смог приобрести удивительную лекарственную устойчивость. C. auris – новый человеческий патоген, и он не подвергался десятилетиями воздействию антимикробных препаратов, как другие грибки и бактерии. Даже патогены, устойчивые к одному препарату, могут стать проблемой.
Около 90 % изолятов C. auris (выращенных и протестированных дрожжей) в Соединенных Штатах устойчивы к флуконазолу, популярному противогрибковому препарату. Это проблема, потому что иногда пациентов лечат флуконазолом, чтобы препятствовать появлению инфекций Candida во рту, мочевыводящих путях, кишечнике, влагалище или в других местах, «а это может привести к размножению C. auris», – говорит Левитц. Таким образом, в некоторых случаях использование препарата непреднамеренно прокладывает путь к колонизации грибка, а значит, и развитию инфекции. «В мире микробов все конкурируют со всеми, – напоминает он. – В некоторых случаях главным конкурентом может быть потенциально смертоносная инфекция»
.
* * *
Любой новый патоген, такой как C. auris, имеет в запасе несколько способов, которые помогают ему покинуть привычное место обитания и перейти в нового хозяина
. Один из них – приобретение новых свойств. Представьте себе грибок, который ежечасно борется за выживание на протяжении длительного времени и многих поколений. Ничего удивительного в том, что в результате он может выработать защитное покрытие – небольшое, но которого хватит, чтобы оберегать его или даже маскировать от других микробов или клеток. Затем он приобретает некоторые ферменты, которые позволяют ему противостоять химическим веществам – они могут исходить от других микробов или входить в состав сельскохозяйственных пестицидов с противогрибковым действием. Если грибок сможет преодолеть эти химикаты, то окажется способен преодолеть те же или подобные химикаты, используемые в качестве противогрибковых препаратов для лечения инфекции. Возможно, он также эволюционирует, чтобы переносить более высокие температуры. Итак, у нас есть дрожжевой грибок, который когда-то нашел свой дом на яблоне или в болоте, но теперь может вполне счастливо жить в нашем теле, обходить нашу иммунную систему и обезвреживать наши лекарства. Затем некоторые из нас переносят его из одной страны в другую, затем в третью, и в конце концов он находит хозяина в больничной палате – туда перевели пациента, которому недавно пересадили органы, или пожилого человека с ослабленной иммунной системой.
Смертельно опасные дрожжи – не единственная грибковая инфекция, число которых растет. Летом 2018 года студенты, возвращавшиеся из служебной поездки в Тихуану (Мексика), прибыли в Нью-Йорк со странной пневмонией
. Врачи лечили их антибиотиками, но безрезультатно, тогда им пришлось обратиться в Центр по контролю и профилактике заболеваний. Эпидемиологи обнаружили, что другие добровольцы, участвовавшие в подобных поездках по Центральной и Северной Америке, также заболели. В итоге у всех была диагностирована и вылечена инфекция Coccidioides, или долинная лихорадка.
До заражения студенты были здоровы и имели хорошую иммунную систему
. В отличие от грибков, которые предпочитают хозяев с ослабленной иммунной системой, Coccidioides не имеет таких ограничений. Этот грибок обитает на большей части юго-запада США и в некоторых районах Мексики и Центральной Америки, где климат теплый и сухой. Для правильной диагностики очень важно знать, где именно пациент заразился, особенно в случае, когда мы имеем дело с микробами, которые могут быть распространены в одних регионах и отсутствовать в других. Если грибок эндемичен для конкретного региона страны, в другом врачи не всегда смогут быстро разобраться в том, что стало источником заболевания, тем более что конкретные грибковые инфекции вообще встречаются редко, – это и произошло в Нью-Йорке. В 2019 году было зарегистрировано 20 003 случая заболевания долинной лихорадкой, в основном у жителей Калифорнии и Аризоны. В среднем от нее умирают 200 американцев в год. Ученые полагают, что с изменением климата грибок будет двигаться все дальше по территории США. Согласно одной из моделей распространения, к концу XXI века грибок поразит большую часть Запада вплоть до Монтаны
Конец ознакомительного фрагмента.
Текст предоставлен ООО «Литрес».
Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию (https://www.litres.ru/pages/biblio_book/?art=71233540) на Литрес.
Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.
Эмили Моноссон
Грибки есть везде. Есть безвредные, есть даже полезные. Однако некоторые из них – это жестокие убийцы. Если мы абстрагируемся и взглянем на все со стороны, то можно утверждать, что грибы являются самыми разрушительными организмами на Земле. Они могут уничтожить все вокруг и остаться единственными на планете. В книге автор Эмили Моноссон рассказывает, как торговля, путешествия и меняющийся климат делают нас всех более уязвимыми для пандемии.
Однако не стоит пугаться раньше времени. Да, грибки – это жестокие организмы, способные уничтожить все живое на планете, но профилактика не невозможна! Прослеживая историю распространения грибков и самые последние открытия в этой области, Моноссон знакомится с учеными, которые неустанно работают над защитой видов, находящихся под угрозой, чьи инновационные подходы к инвазии грибков могут спасти человеческие жизни. Углубляясь в тематические исследования, одновременно увлекательные, отрезвляющие и обнадеживающие, эта книга служит тревожным сигналом, напоминанием о тонкой взаимосвязанности мира природы. И является уроком, позволяющим смотреть на жизнь на нашей планете с осознанием ее хрупкости.
В формате PDF A4 сохранен издательский макет книги.
Эмили Моноссон
Разрушители. Грибки и грядущая пандемия
BLIGHT
Fungi and the Coming Pandemic
EMILY MONOSSON
© ООО Издательство «Питер», 2024
© 2023 by Emily Monosson
© Перевод на русский язык ООО «Прогресс книга», 2024
© Издание на русском языке, оформление ООО «Прогресс книга», 2024
Предисловие
На страницах этой книги упоминаются грибы, растения и животные, для большинства из которых указаны латинские и общепринятые названия. Чаще всего я использовала общие наименования видов, но многие микробы имеют только латинские названия. Все они выделены курсивом.
Я долго сомневалась, в каких единицах измерения указывать вес или температуру: в тех, которые приняты в метрической системе (поскольку ее используют во всем мире, в том числе ученые), или в имперской, которой пользуются в Соединенных Штатах. В итоге было принято решение указывать единицы измерения в метрической системе. Когда я буду писать о температуре, я буду использовать градусы Цельсия.
Наконец, в книге упоминается множество различных государственных учреждений и некоммерческих организаций, чьи названия порой слишком длинны. В большинстве случаев они будут приведены целиком, а некоторые – в виде общеизвестных аббревиатур, например NASA.
Введение
В большой пещере на склоне горы в Вермонте, на полу, покрытом смесью глины и ила, покоится грибковая спора. Она находится здесь с ранней весны, когда летучие мыши, в основном малые бурые ночницы, начинают перебираться в другие места для ночлега, более подходящие для теплого времени года. Пещера служила им укрытием зимой – здесь они пережидали холода и берегли силы, что особенно важно в условиях нехватки пищи. Спора – микроскопическая капсула, слегка изогнутая, как семечко тмина или банана. Она будет лежать на полу пещеры и оставаться неповрежденной месяцами, пока летучие мыши не вернутся осенью. Вот и они: снова устраиваются на зимовку, а одна из них, молодая самка, родившаяся ранней весной, пьет воду из лужицы на полу. Она пролетела десятки миль от места, где родилась, и наконец оказалась в этой пещере. Ее крыло касается пола, где покоится спора, и это все, что той нужно, чтобы начать свой путь. Вскоре спора, которая перекочевала с грязного пола на перепончатое крыло летучей мыши, прорастает и начинает развиваться. Она распускает нитевидные гифы, которые тянутся в поисках пищи.
В коже летучей мыши есть кератин – все, что нужно этому грибку для питания. В пещере холодно, чуть выше нуля, но он предпочитает именно такую температуру. Грибок проникает в крылья малой бурой ночницы и будет питаться ею, пока не придет время размножаться – тогда он сбросит сотни спор и частичек гиф, которые окажутся на других летучих мышах, стенах пещеры и грязном полу. Молодая самка не переживет заражения, а со временем споры и частички грибка приведут к гибели и ее собратьев, с которыми она делила пещеру. Сотни, а затем и миллионы летучих мышей заразятся, и большинство – однако не все – погибнут.
Споры принадлежат грибку под названием Pseudogymnoascus destructans
, который вызывает заболевание, известное как синдром белого носа. С момента своего появления в 2000-х годах оно успело убить миллионы летучих мышей. Возможно, эпидемия началась именно так, как я описала, – со споры, попавшей на пол пещеры.
Тем временем в гористой местности на западе страны прохладный весенний день. Влажный воздух наполняется спорами совсем другого грибка, называемого «ржавчинным». Некоторые из этих спор оказываются на вечнозеленых иголках белоствольной сосны. Дерево старое, десятилетия суровой погоды и ветров сделали его скрюченным, но не смогли сломить. Споры прорастают во влажном, туманном воздухе. Они развиваются, постепенно захватывая иголку за иголкой, ветку за веткой, пока зараженным не оказывается все дерево. Оно никогда не сталкивалось с этим видом грибка, и все его естественные защитные механизмы не могут с ним справиться. Грибок разрастается, иголки постепенно становятся коричневыми и отмирают, пока через несколько лет эта участь не постигнет все дерево, – подобный сценарий происходил миллионы раз с миллионами деревьев. Грибок, вызывающий инфекцию под названием «пузырчатая ржавчина сосны», появился на континенте более века назад и по-прежнему остается проблемой. Грибку, который убивает летучих мышей, всего два десятилетия, но он также распространяется по континенту. Ученые склоняются ко мнению, что этот процесс не остановить: если грибок появился и закрепился, он уже не «уйдет». И тот, что вызывает ржавчину на деревьях, и убийца летучих мышей. Опасность тотального вымирания грозит всем видам, подверженным воздействию грибков.
В совокупности инфекционные грибы и грибоподобные патогены являются самыми разрушительными из всех известных на планете возбудителей болезней. За последние сто лет возросло число новых грибковых заболеваний у разных видов, включая человека. Откуда берутся эти грибки? И можем ли мы сделать что-нибудь, чтобы предотвратить их появление?
* * *
«Ржавчина», плесень, гниль, грибки – мы живем в облаке микроскопических спор, которые в любой момент могут начать развиваться. Грибки повсюду. Мы выуживаем из глубины холодильника давно забытый стаканчик йогурта, открываем его, но находим внутри только толстый зеленый ворс плесени. Розовые и желтые грибки пушатся на стене пострадавшего от наводнения дома. Воздух, которым мы дышим, кишит грибковыми спорами, а под землей гифы проникают еще глубже в почву. По этим клеточным трубочкам текут вода, питательные вещества и другие химикаты. Грибки есть в океанских глубинах, радиоактивных руинах Чернобыля и за влажными полотенцами, развешанными для просушки на Международной космической станции, которая вращается вокруг нашей планеты. Если вы готовите хлеб на закваске, то знаете, что дрожжи, тоже являющиеся грибками, наводняют воздух, которым мы дышим, но почти не приносят вреда. Внутри каждой из крошечных черных точек грибка Rhizopus, который цветет на куске старого хлеба, находятся десятки тысяч спор – именно потому, что их так много, мы в конце концов можем их заметить. Грибок, называемый кукурузной головней, образует округлые галлы, похожие на переполненные сосуды, которые могут разнести по полю 25 миллиардов спор. По оценкам химиков
, ежегодно в атмосферу попадает около 50 миллионов тонн спор, которые разносятся ветром от обитающих на земле грибков. И хотя этот вид размножения характерен для большинства из них, есть виды, которые используют другие способы. Например, дрожжи и их «родственники» размножаются почкованием, отделяя от себя дочерние клетки, хотя в неблагоприятных для этого условиях даже они могут перейти на споры.
Большинство грибков путешествуют с помощью спор. Некоторые из них перемещаются всего на доли дюйма, падая с одного листа на другой. Другие пересекают океаны, выживают при низких атмосферных температурах, в отсутствие влажности, под беспощадным солнечным светом, от которого не скрыться при высотных перелетах. Люди тоже переносят споры – на одежде, в волосах; мы вдыхаем и выдыхаем их тысячами. Споры, попавшие в грязь, могут скрываться в углублениях наших рабочих ботинок и кроссовок, а также в протекторах шин наших легковых и грузовых автомобилей. Мы разбрасываем споры, когда идем по туристической тропе, садимся в самолет, тем самым доставляя их из одного штата в другой или через океан. Они находятся на борту Международной космической станции, и некоторые могут отправиться с нашей помощью на Луну или даже на Марс. Одни выносливее других, а есть такие споры, которые должны быстро прорасти, иначе погибнут, поэтому длительные и трудные путешествия им не подходят. Другие выживают в таком путешествии, но погибают, попав к неподходящему хозяину, или ждут в спящем состоянии до тех пор, пока условия не станут приемлемыми для роста: а вдруг возможный хозяин пустит корни именно здесь, на этом пятнышке почвы? Как раз там, где уже десятилетие покоится спора. Отчасти именно поэтому наше соседство оказывается таким проблематичным – некоторые грибки, вызывающие заболевания, могут выживать в окружающей среде, даже не имея хозяина, в течение нескольких дней, месяцев или лет. В отличие от многих других патогенных микробов, споры грибков демонстрируют удивительную стойкость, причем каждая отдельная спора несет в себе инструкции для следующего поколения плесени, грибка, гнили и множества других собратьев. По некоторым оценкам
, существует не менее шести миллионов различных видов грибков, большинство из которых нам пока неизвестны (для сравнения: мы знаем около двух миллионов видов животных, большинство из которых – насекомые, и почти 400 тысяч видов наземных растений, и это не считая мхи, печеночники и тому подобное). Грибы являются одной из самых плодовитых и разнообразных форм жизни на планете.
Большинство видов грибов необходимы для выживания растений, животных и человека. Микробиом нашего кишечника и кожи населен не только бактериями, но и вирусами, простейшими, грибками – все они являются членами динамичного и разнообразного сообщества микробов, которые мы носим в себе и на себе. Под землей микоризные грибы – то есть те, которые поселяются на корнях растений, – соединяют и питают деревья и другие растения, а также помогают контролировать другие микробы, которые могут вызывать болезни. Спасительный пенициллин, открытый благодаря счастливой случайности и проницательному взгляду Александра Флеминга, производится тем же самым видом грибка, который мы можем увидеть на заплесневелом куске хлеба или кожуре испорченной дыни.
Многие грибки предстают перед нами в виде грибов – мясистых размножающихся тел с причудливыми названиями «Розовое диско», «Ангел-разрушитель», «Пальцы мертвеца». Сморчки, лисички, опята и другие грибы – желанные гости почти на любой кухне. Некоторые из них производят химические вещества, которые могут отправить нас в психоделическое путешествие или убить. Грибы принимают форму нитевидных гиф, которые прощупывают окружающее пространство, тянутся в разные стороны, связываются друг с другом и поднимаются вверх, пробиваясь сквозь кору, почву, а иногда даже асфальт. Эти и другие грибные плодовые структуры (поскольку не все грибы образуют мицелий) выделяют споры. Когда они разрастаются, их гифы проникают в землю и растут внутри и на корневищах деревьев и других растений, а также могут пробиваться через гниющие бревна. Грибы – одни из самых важных чистильщиков в мире: они превращают то, что когда-то жило, обратно в питательные вещества и почву. На самом деле они скорее близки к животным, хотя могут напоминать нам растения, но выделяются в отдельное таксономическое царство, так и называемое – грибы.
Животные, даже микроскопические, потребляют и переваривают пищу. Мы тоже это делаем – с помощью желудка. Грибы же сперва переваривают пищу и отправляют свои пищеварительные соки в окружающую среду. Ферменты разлагают растения, животных и другие микробы – именно таким образом превращаются в питательные вещества поваленная сильным ветром береза, стена в ванной, кусок сыра, человеческое тело. Грибки, питающиеся тем, что умерло, так называемые сапротрофы, превращают кожу и перья, кору и листья в молекулярные строительные блоки – аминокислоты, жирные кислоты и простые сахара, которые, в свою очередь, служат питательными веществами для грибов, растений и других живых существ. Затем грибы поглощают все необходимое из этой расщепленной материи. Если бы не они, мир был бы завален трупами и мы вряд ли смогли бы в нем жить. Многие грибы существуют если не в сотрудничестве, то в мире с другими живыми существами, но есть и исключения: некоторые питаются живой материей. Большинство грибов дают жизнь, а грибковые патогены ее забирают.
Возможно, вы читали о массовой гибели лягушек. А если живете на северо-востоке США, то наверняка заметили исчезновение летучих мышей или знакомы со смертельно опасными дрожжами, путешествующими по больницам и домам престарелых. Если вы любите кофе, какао или бананы, то, возможно, читали статью или две с тревожными заголовками, предупреждающими об их потенциальной гибели. Однако грибковые угрозы не являются проблемой конкретного вида, как можно предположить, листая новостную ленту. Они имеют гораздо больший масштаб, устойчивы, разнообразны и могут стать настоящей катастрофой. Потеря каждого вида или популяции влечет большие последствия. Лягушки и летучие мыши питаются мотыльками и другими насекомыми, поэтому их исчезновение дает возможность процветать гусеницам, поедающим урожай, и насекомым, которые служат переносчиками болезней. Орех и сосна поддерживают целые экосистемы, в которых обитают медведи, птицы, рыбы, растения и сообщества микробов, включая грибы, которые мы могли бы употребить в пищу. Что случится, если медведь или какая-нибудь птица внезапно лишится своего источника питания?
Я рассказываю эту историю, полную потерь, с точки зрения экологов, лесоводов, медиков, биологов, политиков и граждан, которые работают наперекор времени и пытаются спасти жизнь растений, животных и людей, какой мы ее знаем. Многие согласны с тем, что, если грибок, вызывающий заболевание, поселился в природе, он уже не «уйдет». Будет дремать без вреда для себя в отсутствие подходящего хозяина, но останется с нами надолго. И все согласны с тем, что лучшая возможность для любого вида пережить грибковую пандемию – быть генетически разнообразным. Некоторые пытаются предотвратить будущие грибковые пандемии, ужесточая политику в области торговли и путешествий или применяя новые технологии. Другие потратили десятилетия на выведение деревьев, устойчивых к болезням, хотя вряд ли доживут до тех времен, когда их работа станет видна. Ученые-растениеводы, генетики и хранители семян стремятся сохранить разнообразие сельскохозяйственных культур, чтобы наши потомки тоже знали, каковы на вкус бананы или пшеница. Их коллективные усилия дарят надежду на то, что так и будет, но общество должно подключиться к этой работе.
Профилактика – дело трудное, но осуществимое. Работать на предупреждение – значит с большим вниманием относиться к экспорту-импорту растений и животных, проводить экспресс-диагностику заболеваний и вовремя реагировать, если тест окажется положительным, и, что еще важнее, перемещаясь по миру, самим соблюдать меры профилактики. Также необходимо защищать биоразнообразие и стараться сокращать потери среды обитания. Там, где профилактика не помогла, следующим этапом выживания в условиях грибковой пандемии должна стать защита генетического разнообразия и потенциальных генов устойчивости в популяции деревьев, саламандр или продовольственных культур. Но гарантий генетического спасения не существует. Устраняя естественные барьеры между видами, мы получаем новые болезни, большинство из которых будут доброкачественными, некоторые вызовут небольшие проблемы, а другие способны вызывать катастрофические последствия.
Эпидемии и пандемии, о которых я пишу на этих страницах, начинались с того, что грибок перемещался из своей родной среды в совершенно новую, где ему попадался подходящий хозяин. В мире существует множество грибков, и хотя большинство из них безвредны, некоторые при определенных условиях могут причинить много бед. Наша задача на будущее – не допустить встречи потенциально опасных грибков с восприимчивыми хозяевами, в том числе и с нами.
Примечания к введению
1 Golan J.J., Pringle A. Long-Distance Dispersal of Fungi // Microbiology Spectrum, 2017. Р. 1–24.
2 Elbert W. et al. Contribution of Fungi to Primary Biogenic Aerosols in the Atmosphere: Active Discharge of Spores, Carbohydrates and Inorganic Ions by Ascoand Basidiomycota // Atmospheric Chemistry and Physics Discussions 6, 2006. № 6.Р. 11 317–11 355.
3 Трудно найти точную оценку количества видов животных, растений или микробов. Некоторые подсчеты основаны на «идентифицированных» и охарактеризованных видах, а другие, как в случае с грибами и бактериями, могут быть основаны как на охарактеризованных видах, так и на анализе ДНК. Одно из недавних исследований видов грибов показало, что их может быть до 12 миллионов. См. подробнее: Wu B. et al. Current Insights into Fungal Species Diversity and Perspective on Naming the Environmental DNA Sequences of Fungi // Mycology, 10. May 7, 2019. Р. 127–140. Данные о разнообразии жизни см. в статье: Ritchie H., Spooner F., Roser M. Biodiversity and Wildlife // Our World in Data. https://ourworldindata.org/biodiversity-and-wildlife#:~:text=We%20have%20identified%20and%20described,around%205%20to%2010%20million.
Часть I
Последствия
Глава 1
Прибытие
Четвертого ноября 2016 года в еженедельном отчете о заболеваемости и смертности Центра по контролю и профилактике заболеваний США (US Centers for Disease Control and Prevention, или CDC) появилось упоминание о, вероятно, новом виде инфекции. Хотя ранее о ней не было известно, она проявилась практически одновременно в разных точках мира. Новая инфекция плохо поддавалась диагностике и отличалась высокой смертностью: от 30 до 60 % инфицированных пациентов погибали. Однако даже при правильном диагнозе было трудно предсказать положительный исход для пациента – инфекция почти не поддавалась медикаментозному лечению. Помимо этого, она передавалась от одного пациента к другому, была устойчивой и быстро заражала больничное оборудование и помещения. Эта странная инфекция была вызвана Candida auris, грибком, который является видом дрожжей. Появление нового грибкового патогена
– явление необычное, но нередкое, особенно для постоянно растущей популяции пациентов с ослабленным иммунитетом, среди которых и те, кто принимает мощные стероидные препараты, и те, кто выжил после рака, перенес трансплантацию. Необычность C. auris заключалась в том, что у него появилась устойчивость к некоторым или ко всем противогрибковым препаратам в зависимости от штамма. Он распространялся от пациента к пациенту и между больницами, что больше свойственно бактериям и вирусам, чем грибкам. А еще казалось, будто он появлялся из ниоткуда и отовсюду одновременно.
Центр по контролю и профилактике заболеваний отвечает, в частности, за наблюдение и выявление заболеваний. Его первой миссией, начатой еще в 1940-х годах, была борьба с малярией, но с тех пор он превратился в ведущее агентство по отслеживанию и оповещению медицинского мира о новых загадочных инфекциях – от Эболы до менингита, гриппа, ВИЧ и COVID-19. Центр привлекает к сотрудничеству лучших врачей, ветеринаров, микробиологов и эпидемиологов, а также других ученых. В 2015 году, еще до того, как о C. auris заговорили как о серьезной проблеме, медицинская микологическая лаборатория, находящаяся в Пакистане, отправила несколько образцов в принадлежащую Центру по контролю и профилактике заболеваний референс-лабораторию по изучению грибков. В Пакистане произошла вспышка заболевания, и ученые искали подтверждение тому, что не ошиблись и обнаруженный ими грибок является Saccharomyces cerevisiae – дрожжами, которые известны как пивные. Они используются для приготовления пива, вина и хлеба, но при некоторых обстоятельствах могут заражать людей и вызывать у них болезни. Лаборатория обнаружила, что дрожжи были идентифицированы неправильно. Вместо S. cerevisiae из Пакистана прибыл C. auris, который впервые был обнаружен десятилетием раньше в Японии – при взятии мазка из уха пациента. Отсюда и название Candida auris – грибок уха.
Год спустя C. auris начал появляться в других местах по всему миру, включая несколько случаев, диагностированных постфактум в Соединенных Штатах. Именно в этот момент Центр по контролю и профилактике заболеваний выпустил свое первое предупреждение о появлении этого заболевания. Сразу после этого случаи стали диагностироваться по нарастающей, счет пошел на сотни только в США, а по всему миру – на тысячи. В апреле 2019 года газета New York Times опубликовала историю пациента
, который был госпитализирован с C. auris в больницу Маунт-Синай в Бруклине (Нью-Йорк) и умер через три месяца. Палата, в которой он наблюдался, к этому времени уже была заселена грибком. Доктор Скотт Лорин, глава больницы, рассказал Times, что «заражено было все – стены, кровать, двери, шторы, телефоны, раковина, доска для письма, помпа. Матрас, перила кровати, отверстия в канистрах, оконные шторы, потолок – в палате абсолютно все имело следы грибка». Поскольку грибок не поддавался дезинфицирующим средствам
, используемым в то время, в больнице пришлось снять плитку с пола и потолка. Том Чиллер – руководитель отделения микотических болезней Центра по контролю и профилактике заболеваний, имеющий за плечами десятилетний опыт работы, сказал, что C. auris вызывает большую озабоченность, потому что никто не знает, как он появился и откуда взялся, тем более что он остается очень устойчивым к лечению
. Он назвал этот грибок «тварью из Черной лагуны»
.
Еще более тревожащими выглядят опасения ученых, которые предполагают, что дрожжи являются предвестниками других грибковых патогенов человека. За последнее столетие грибковые инфекции почти уничтожили некоторые другие виды, но нам до сих пор везло. Возможно, наше везение на исходе.
* * *
Мир кишит дрожжами
, которые живут на клопах, яблоках, синеполосатых ворчунах, каучуковых деревьях, цветах, в почве, мангровых зарослях, на множестве других живых организмов. Видов дрожжей тысячи, но большинство, включая Candida, не причиняет нам вреда, а некоторые даже являются частью микробиома нашего кишечника – сообщества бактерий, вирусов, дрожжей и других микроорганизмов, которое в нем живет. Большинство сообществ устроено так, что каждый их обитатель выполняет свою задачу, и микробиомы не являются исключением: одни микробы приносят пользу, делясь ресурсами или пространством со своими соседями; другие конкурируют, выбрасывая вредные химические вещества, чтобы помешать соседним микробам потреблять их пищу или селиться на их участке нашего кишечника или кожи. Некоторые микроорганизмы делают свое дело и не приносят ни пользы, ни вреда. Ученые только начинают разбираться в этих сложных взаимоотношениях и в том, как они влияют на нас. Большинство микробов, вызывающих заболевания, для микробиома человека являются чужаками: вирус гриппа, бактерия Borrelia burgdorferi, ответственная за болезнь Лайма, или Salmonella, провоцирующая пищевое отравление. Но иногда такой безобидный микроб, как Candida albicans, полноправный обитатель нашей кишечной флоры, который, как правило, мирно живет с нами большую часть нашей жизни, в определенных условиях может вызвать у нас заболевание или даже убить.
И C. albicans, и C. auris относятся к отделу подцарства высших грибов Ascomycota – разнообразной группе, в которую входят те самые «Пальцы мертвеца», сморчки, формой напоминающие мозг, и нежные алые эльфовы чаши. Внутри Ascomycota есть меньшая группа, называемая Saccharomycotina, или дрожжи, куда входит и Candida. Некоторые из них имеют близкое родство, а другие – отдаленное. Дрожжи Candida представляют собой необычное собрание живых организмов, которое принято описывать как «мусорную корзину, в которой находятся сотни видов, мало связанных друг с другом»
. Чтобы подчеркнуть разницу между этими «родственниками», один ученый сказал мне, что C. auris и C. albicans отличаются друг от друга так же, как люди от рыб. Если и есть что-то общее у разных видов дрожжей, так это их склонность существовать в виде одиночных клеток, подобно бактериям, но с небольшим количеством или отсутствием характерных признаков, из-за чего трудно отличить один вид от другого, пока не удастся собрать их в колонии на чашке Петри. Колони появляются, когда дрожжи размножаются миллионами. Чаще всего это происходит бесполым путем
: клетки отпочковываются от клонов, удваивая популяцию каждые сто минут или около того, – такой жизненный цикл больше свойствен бактериям, чем грибам. В редких случаях дрожжи ведут себя более типично для грибов: выращивают гифы или размножаются половым путем – для этого необходимы определенные условия. Способность к половому или бесполому размножению характерна для многих, если не для всех грибов, однако некоторые предпочитают только один вид, а другие могут их чередовать. Грибы фантастически разнообразны в вопросах размножения
: у каждого есть тысячи различных «типов спаривания». Когда дрожжи спариваются, их обычно круглые тела вытягиваются и становятся похожими на «шму» – это мультяшный персонаж середины XX века, который впервые появился в комиксе «Лил Эбнер». Сексуально восприимчивые «шму» притягиваются друг к другу с помощью химических запахов, называемых феромонами. Когда дрожжи культивируются в чашке Петри, невидимые клетки со временем собираются в скопления размером с булавочные уколы, которые после превращаются в округлые холмики или плоские диски, похожие на брызги краски. Колонии C. auris обычно имеют кремовый или белый цвет, но в некоторых средах приобретают оттенки розового или фиолетового.
Грибковая инфекция кожи, гениталий или горла может заставить нас спрятать пальцы на ногах и отправиться к врачу, но она редко бывает смертельной. Опасность возникает, когда грибок проникает в нашу кровь. Ежегодно около миллиарда пациентов
борется с грибковыми инфекциями, и для 150 миллионов они представляют угрозу для жизни; 1,6 миллиона человек в мире умирают. Эта цифра сопоставима с количеством смертей от туберкулеза и почти в три раза превышает смертность от малярии. Инвазивные виды в зависимости от вида, штамма и других условий убивают от 30 до 100 % зараженных. В больницах частой причиной инфекций, передающихся через кровь, становится вид дрожжей Candida, причем в большинстве случаев виноват грибок C. albicans. Еще до появления C. auris системные дрожжевые инфекции были известны своей высокой смертоносностью, несмотря на лечение противогрибковыми препаратами, – от них умирает около 40 % больных
.
Первые сообщения о росте числа инфекций Candida появились в 1950-х годах. Сюда можно отнести большой спектр заболеваний: от молочницы (вызванной дрожжами, растущими во рту и горле) до вагинальных инфекций или, что еще хуже, редких грибковых инфекций, поражающих основные внутренние органы, например сердце. Причиной такого роста стало широкое распространение антибиотиков. Некоторые специалисты даже называют дрожжевые инфекции «болезнью антибиотиков»
. При всех их преимуществах, которых действительно немало, мощные препараты могут уничтожать не только бактериальную инфекцию, но и полезные бактерии. Например, антибиотики широкого спектра действия способствуют чрезмерному росту грибков, «убивая» такие кишечные бактерии, как Lactobacillis и Bifidobacterium, которые помогают держать Candida под контролем. Когда количество этих бактерий снижается, мы, по сути, собственноручно жмем на красную кнопку, и грибок, подобный C. albicans, взрывает все вокруг. Так что антибиотики могут сделать нас более уязвимыми для некогда безобидных грибков.
К счастью, врачи умеют очень эффективно лечить пациентов, которые длительно принимают антибиотики, противогрибковыми препаратами, чередуя лекарства, когда это возможно, чтобы избежать возникновения резистентности. При менее опасных для жизни инфекциях можно обойтись без антибиотиков, однако если приема этих препаратов не избежать, помогут живые культуры Lactobacillus acidophilus – еще один повод добавить в свой рацион йогурт. Или мы можем принимать капсулы с Saccharomyces boulardii – дрожжами, которые помогают поддерживать микробный баланс. Если мы сможем поддерживать наш микробиом в здоровом состоянии, то вероятность того, что он будет атакован враждебными микроорганизмами, снизится.
На протяжении большей части существования человечества наш микробиом помогал держать в узде потенциально инвазивные микробы – особенно те, которые уже поселились в организме. Большинство из этих микробов – бактерии, которые по численности и разнообразию превосходят грибы. На это есть веская причина: температура нашего тела. Многие бактерии процветают при 37 °C – нормальной температуре человека, – но для многих грибов, предпочитающих температуру от 12 до 30 °C, наше тело подобно Долине Смерти
. Нам, млекопитающим, становится просто слишком жарко, но это тепло, подобно здоровому микробиому, защищает нас от болезнетворного вторжения. Впрочем, в последнее время некоторые ученые стали опасаться, что наш так называемый температурный барьер начинает нас подводить.
* * *
Более десяти лет назад Артуро Касадевалл, микробиолог и иммунолог из Школы общественного здравоохранения Блумберга им. Джона Хопкинса, опубликовал работу, в которой высказал мнение, что относительная непереносимость повышенной температуры тела для грибков, возможно, способствовала появлению млекопитающих. Это явление он назвал «грибковым фильтром»
. «Существование млекопитающих абсурдно, – говорит он. – Нам приходится так много есть. Большинство людей едят четыре или пять раз в день, и количество пищи превышает то, которое потребляют большинство других животных на планете. Большая часть съеденной пищи уходит на поддержание температуры нашего тела»
. Мы – высокоэнергетические животные, и Касадевалл утверждает, что, казалось бы, для нас должен был быть выбран не самый благоприятный обмен веществ. Примерно 66 миллионов лет назад млекопитающие не были доминирующим видом, а почти 200 миллионов лет до этого Землей правили гигантские зауроподы, стегозавры и тероподы вроде Tyrannosaurus rex. Затем в планету врезался астероид, и удар привел к вымиранию почти 80 % всех видов животных: от динозавров до морских беспозвоночных.
Постастероидный период, по словам Касадевалла, «был связан с массовым процветанием грибов, о чем мы знаем благодаря ископаемым. Вероятно, выжившие животные могли подвергаться воздействию грибковых спор и потенциальных патогенов»
. Известняк, сланец и песчаник, образовавшиеся из многовековых отложений, хранят свидетельства не только о том, что когда-то было костями. Окаменелости, отпечатанные в этих слоях, – это воспоминания о червях, растениях, насекомых и микроскопических частичках жизни: от пыльцы растений до грибковых спор. Миллиардов и миллиардов спор. После катаклизма Земля, скорее всего, была завалена мертвыми и умирающими растениями и животными – пир для грибов. Гипотетически никакой второй эры рептилий и не могло быть, потому что более восприимчивые виды оказались заражены грибками, а выжить смогли только теплокровные. Возможно, именно поэтому бактерии и вирусы, которые, как правило, переносят человеческий «парник», обычно являются более серьезными патогенами по сравнению с грибками.
Касадевалл считает, что изменение климата ставит под сомнение одну из важных систем, защищающую нас от грибков. Более теплая окружающая среда может позволить некоторым из них выработать более высокую температурную устойчивость. Если грибок сможет преодолеть температурный барьер, то люди и другие млекопитающие могут стать носителями новых грибковых инфекций. Дрожжи, которые обычно растут в болотах или на яблонях, могут эволюционировать, чтобы жить в козах, летучих мышах или людях.
В 2010 году Касадевалл и Моника Гарсия-Солаче написали в соавторстве статью для научного журнала
. Они предположили, что более высокие температуры изменят и, вероятно, увеличат географический ареал грибков, вызывающих заболевания, а также приведут к отбору новых грибковых патогенов с более высокой устойчивостью к теплу тела. В 2019 году, менее чем через десять лет, Касадевалл и его коллеги предположили, что появление C. auris может быть первым примером нового грибкового патогена человека, вызванного изменениями климатических условий
. По его словам, проблема заключается в том, что по мере того, как мы будем вступать в век более высоких температур, некоторые грибки будут адаптироваться, прорываясь через грибковый фильтр. «Сейчас большинство грибков в окружающей среде просто не в состоянии пережить температуру наших тел, но, если некоторые из них адаптируются, мы можем стать открытыми для новых патогенов. Именно это я и утверждал в отношении C. auris»
.
Касадевалл предполагает, что гриб, который может расти при температуре до 36 °C в жаркие дни, со временем эволюционирует и сможет выживать при 37 °C, то есть в нашем диапазоне. Возможно, для естественного отбора хватит всего одного градуса. Известно, что грибы быстро адаптируются к температуре, а это значит, что каждый по-настоящему жаркий день, по словам Касадевалла, становится ходом в рисковой игре, в которой тебе либо везет, либо ты теряешь все. «Мы утверждаем, что тревожная сигнализация уже сработала, и это не ошибка, – говорит Касадевалл. – Другими словами, грибок, который вчера был готов к работе, заражал другие виды, возможно, насекомых или рептилий, но не был способен выдержать тепло человеческого тела, сегодня как-то приспособился. Теперь у нас огромная проблема. Стоит, однако, отметить, что этому могут быть и другие объяснения, – признает Касадевалл, – но в данный момент у нас их нет».
Когда в 2006 году C. auris впервые был обнаружен в ухе японского пациента, образец был отправлен в архив. Исследователи, занимавшиеся определением дрожжей, которые способны заразить человека, сделали это, чтобы в дальнейшем изучить новую инфекцию и определить, как на нее можно воздействовать
. Однако в том же году грибок был обнаружен у группы пациентов уже в Южной Корее – все страдали хроническими ушными инфекциями. Затем в 2009 году стало известно, что C. auris проник в кровоток одного пожилого пациента и двух младенцев также в Южной Корее. Выжил только один. Стало очевидно, что «ушной» грибок смертельно опасен
. К 2016 году Центр по контролю и профилактике заболеваний рассматривал C. auris уже как серьезную угрозу, поэтому рекомендовал больницам и другим учреждениям долгосрочного ухода в США быть начеку. К тому времени штаммы, похоже, уже путешествовали от одного пациента к другому, из одного медицинского учреждения в другое. Согласно одной из гипотез, грибок смог заразить слуховой проход, поскольку в нем естественным образом прохладнее, чем в остальных частях тела. Он сделал первый шаг в более терпимую среду и оказался в «парнике», то есть в нашем теле.
* * *
В 2019 году Брендан Джексон, медицинский эпидемиолог из Центра по контролю и профилактике заболеваний, вместе с другими учеными агентства опубликовал работу под названием «О происхождении вида: что влияет на рост Candida auris?»
. Группа исследователей выявила четыре генетически различных вида C. auris, которые возникли «почти одновременно» в Восточной Азии, Южной Азии, Африке и Южной Америке. Большинство случаев заболевания в Соединенных Штатах, вероятно, происходило из южноазиатской популяции. Следующая работа, которую опубликовала другая группа, добавила к уже имеющейся еще одну популяцию – иранскую, поскольку заражение пошло от пациента из этой страны
. Ученые предположили, что существуют четыре местонахождения опасных «залежей», или четыре отдельные группы, которые произошли от общего предка. Это значит, что, возможно, имеется большее число видов C. auris. Такое открытие можно сравнить с другим, не менее поразительным: в конце 2019 года появилось сразу несколько различных вариантов вируса SARS-CoV-2, вызывающего COVID-19, и они произошли не от одного штамма, который эволюционировал с течением долгого времени.
Когда только появились сообщения о C. auris как о новом грибке, способном вызвать заболевания у людей, Джексон отнесся к этой информации скептически. Он подумал, что, возможно, это псевдовспышка, неправильно диагностированный дрожжевой грибок, который существовал в течение многих лет, а потом был обнаружен благодаря усовершенствованию технологии выявления заболеваний. Но данные из более ранней публикации, в которой были рассмотрены более 10 тысяч образцов Candida, собранных в период с 1996 по 2009 год, ни в одном из которых C. auris не был обнаружен, быстро заставили Джексона отнестись к ситуации с большим вниманием
.
Последующий анализ образцов, собранных в период с 2004 по 2015 год, выявил всего четыре случая и только один до 2013 года. Этот грибок еще более примечателен тем, что отдельные его «залежи» настолько разбросаны по карте мира, что мы можем гадать, откуда они взялись и почему именно сейчас активно вышли на поверхность. Чтобы понять, насколько странной является модель появления C. auris, подумайте о том, что в течение нескольких месяцев после появления SARS-CoV-2 его смогли отследить до одного региона в Китае и обнаружили, что в какой-то момент времени вирус мог перейти от летучих мышей, панголинов или других диких животных к людям
. Вирус Эбола тоже возник в одном районе Центральной Африки, а затем распространился по другим регионам
. Недавно появившееся грибковое заболевание Sporothrix brasiliensis, которое передается от кошек к людям (и от кошек к кошкам), было обнаружено в Бразилии, Аргентине, Парагвае и Панаме. Впервые болезнь была выявлена в Рио-де-Жанейро в 1998 году и стала диковинкой
, однако затем благодаря кошкам распространилась по всей Америке. Нет ничего необычного в том, что болезнь возникает в одном месте и путешествует по миру (мутируя по мере распространения), но чтобы болезнетворный микроб одновременно появился в разных географических районах и имел разные генетические характеристики – это странно
.
Новый захватчик, которым стал C. auris, в 2019 году получил неожиданного союзника в распространении, и им оказался вирус SARS-CoV-2. В то время как миллионы людей попали в больницы с диагнозом COVID-19, C. auris уже терпеливо «дремал» в палатах. Все, что ему требовалось для пробуждения, – чтобы число ослабленных пациентов стало больше, а система здравоохранения смотрела в сторону, занятая борьбой с другим опасным противником
. В одной из больниц Флориды вспышка грибковой инфекции произошла во время вирусного всплеска 2020 года. Из пятнадцати выявленных случаев C. auris в двенадцати речь шла о пациентах с COVID-19. Было установлено, что вспышка произошла от одного источника, которым, возможно, стал недавно поступивший тяжелобольной пациент. Когда всплеск вирусных заболеваний спал, утихли и грибковые. По мере того как ситуация будет меняться и SARS-CoV-2 станет очередным эндемичным вирусом человека, C. auris ждет другая судьба: он не только останется угрозой, но и будет способен оказывать еще более разрушительное влияние, чем то, которое мы уже наблюдали.
* * *
C. auris представляет собой тройную угрозу: он плохо реагирует на лекарства, живуч и никуда не денется с этой планеты. Но будут и другие. К счастью, большинство из нас не настолько беззащитны, чтобы дать себя заразить. Если у нас и есть какая-то суперсила против патогенов, так это иммунная система. Каждый день мы подвергаемся воздействию тысяч различных микроскопических организмов, включая десятки грибков, в том числе и дрожжевых. Кожа – наша первая линия обороны: она является физическим барьером, укрепленным вторичной сетью бактерий, грибков и других микробов, соседствующих в нашем теле. Наши легкие похожи на сложное ветвистое дерево жизни, и всего одна клетка отделяет то, что находится внутри нашего тела, от того, что снаружи. Пожалуй, легкие являются самым уязвимым органом нашего организма. Они защищены постоянно работающим биологическим конвейером из слизи, которая перемещается по нижнему слою клеток, обильно покрытых ресничками – тонкими волосковидными структурами. Слизь действует как ворсистый валик, задерживая микроскопический мусор – в том числе споры, пыль и пыльцу, – а реснитчатые клетки перемещают всю эту грязь в сторону от легких. Когда мы чихаем или кашляем, то избавляемся от слизи, содержащей мусор. Некоторые заболевания, например муковисцидоз, не позволяют этой системе работать должным образом, в результате чего больные становятся более восприимчивыми к инфекциям из-за отсутствия этого физического барьера. Наш пищеварительный тракт также выстлан клетками, вырабатывающими слизь, которые помогают защитить нас от проникновения инфекции.
Иногда даже передовые системы дают сбой, и тогда в дело вступает клеточный иммунный ответ – макрофаги, Т-клетки и другие. Они притягиваются к захватчикам, поглощают или убивают их. Некоторые имеют целый арсенал химических защитных средств, который также идет в дело. В результате нас лихорадит, и мы испытываем весь букет сопутствующих реакций, которые заставляют нас чувствовать себя плохо, но это всего лишь побочный эффект борьбы, которую ведут наши защитники. Лихорадка спасает нас от захватчиков, которые не способны выдерживать высокую температуру. Эта неспецифическая реакция позволяет выиграть время для более мощной и целенаправленной защиты – адаптивного ответа, в котором ключевую роль играют Т-клетки. Они убивают инфицированные клетки, привлекают другие и помогают регулировать иммунный ответ. Еще один тип иммунных клеток – В-лимфоциты, которые вырабатывают специфические антитела, направленные против патогена. Именно эти клетки отвечают за иммунную память – способность противостоять тем же бактериям, вирусам или грибкам во второй или третий раз. Когда мы делаем прививку, то провоцируем эту реакцию, чтобы она была готова к любым будущим воздействиям. Эта система в той или иной форме защищала позвоночных – от лягушек до людей – на протяжении сотен миллионов лет. Она не идеальна, но настолько многогранна, что в условиях, когда одна стратегия может не сработать, другая вполне способна помочь.
«Если Т-клетки не уничтожат захватчика, это сделают нейтрофилы, – считает Стюарт Левитц. – Или макрофаги. Некоторые организмы заболевают только тогда, когда у них отказывают сразу несколько защитных систем»
. Левитц – врач-инфекционист и миколог из Медицинской школы Массачусетского университета, занят изучением реакции иммунных клеток на грибки. Он любит показывать студентам-медикам мультфильм Гэри Ларсона, в котором пожарные растягивают сетку для женщины, выпрыгивающей из горящего здания. Она отскакивает и попадает через окно в другое горящее здание. «Подобным образом устроена и иммунная система у многих организмов: они выживают в одной ситуации, чтобы затем броситься в другую. Так что в этом отношении C. auris ничем не отличается от многих других грибковых патогенов, которым трудно проникнуть в организм со здоровой иммунной системой».
Раньше инвазивная грибковая инфекция была редким явлением. «Если таковой случай происходил, – вспоминает Левитц о своих первых днях в медицине, которые пришлись на 1980-е годы, – его выносили для обсуждения на конференции – вот насколько редкими были грибковые инфекции. Теперь же мы наблюдаем их постоянно»
. Причина в том, что мы живем в эпоху людей с ослабленным иммунитетом. Иммунная система увеличивающегося населения планеты в той или иной степени нарушена. Достижения в области трансплантации органов позволили бесчисленному количеству молодых и пожилых людей жить полноценной жизнью с пересаженными почками, легкими, сердцем и другими органами. Только в Соединенных Штатах ежегодно проводится около 40 тысяч операций по пересадке органов. И все эти пациенты принимают иммуноподавляющие препараты, чтобы снизить вероятность отторжения, а некоторые нуждаются в них до конца жизни. Люди, пережившие рак, в зависимости от его типа также могут жить с ослабленной иммунной системой, как и многие из нас, кто просто стареет или использует мощные стероидные препараты для борьбы с такими заболеваниями, как астма, хроническая обструктивная болезнь легких (chronic obstructive pulmonary disease, или COPD) и муковисцидоз. За фантастические достижения медицины приходится платить, и в некоторых случаях такой платой становится ослабление иммунной системы. Мы живем дольше и лучше, но становимся все более восприимчивыми к инвазивным грибкам
.
Левитц начал свою практику, когда вирус иммунодефицита человека, или ВИЧ, который вызывает СПИД, был на подъеме, но еще не достиг своего пика в США. Под ударом вируса находятся клетки CD4, или Т-клетки. Левитц так вспоминает о начале своей работы: «Мы наблюдали в больнице все эти случаи грибковой инфекции под названием Cryptococcus»
. Обычно этот грибок редко поражает иммунокомпетентные организмы, но было похоже, что ВИЧ вступил в сговор с бактериями и грибками, которые обычно не могут жить на человеке. Подавляя нашу иммунную систему, он открыл ворота и впустил оппортунистов. Левитц продолжил изучать и лечить пациентов с Cryptococcus и другими инвазивными оппортунистическими грибковыми инфекциями.
Спустя четыре десятилетия для людей, которые получают лечение, ВИЧ уже не является смертным приговором, тем не менее число инфицированных по-прежнему поразительно огромно – во всем мире противовирусную терапию получают более 28 миллионов ВИЧ-инфицированных. Это составляет около 75 % всех людей с вирусом, то есть 9,7 миллиона человек не лечатся, к тому же каждый год диагностируется еще несколько миллионов заболевших
. Также от криптококкового менингита ежегодно умирают сотни тысяч людей. Вирус СПИДа, а также рост числа людей с ослабленным иммунитетом и активное использование антибиотиков создали благодатную почву для оппортунистических инфекций. Единственным выходом в обстоятельствах, когда наши естественные защитные силы не справляются или не могут ответить, становятся противогрибковые препараты.
Работу противогрибковых препаратов можно сравнить с химической войной, которая ведется на микроскопическом поле. Хитрость заключается в том, чтобы уничтожить врага, оставив невредимыми мирных жителей, что может быть непросто, учитывая, что их бывает трудно отличить друг от друга. Несмотря на сходство между дрожжами и бактериями, грибы в большей степени близки к животным. Например, и наши клетки, и грибковые являются эукариотическими, при этом у нас генетический материал находится в ядре, и это то, что отличает клетки человека от других, допустим бактериальных. И наши, и грибковые клетки также имеют общую структуру и схожий состав, что, в свою очередь, затрудняет уничтожение грибковых клеток без вреда для наших собственных. Несмотря на это, антибиотики, такие как пенициллин, относительно безопасны, поскольку их действие направлено на компонент клеточной стенки бактерий, которого у нас нет. Мощный противогрибковый препарат амфотерицин B, появившийся на рынке в 1959 году, стал настоящим спасением. Он действует, создавая дыры в мембранах грибковых клеток и нарушая их нормальное функционирование. Одной из мишеней для противогрибковых препаратов, таких как амфотерицин, является химическое вещество эргостерол, которое необходимо грибкам для создания мембран, окружающих их клетки. В мембранах наших клеток эргостерола нет, зато есть холестерин. Эти две молекулы имеют во многом схожую химическую структуру, поэтому химическое вещество, воздействующее на одну из них, может случайно воздействовать и на другую, вызывая потенциально смертельные побочные эффекты, такие как почечная недостаточность. Левитц говорит, что врачи назвали этот процесс «амфоужасным»
, то есть катастрофическим для обеих сторон. Сейчас доступны менее токсичные составы, а также другие, не настолько токсичные классы противогрибковых препаратов. Однако их не так много.
Препараты принято классифицировать по способу уничтожения или по тому, на какую часть клетки или клеточного механизма направлено их действие. Существуют три основных класса противогрибковых препаратов, используемых для лечения системных инфекций: полиены (к которым относятся амфотерицин и нистатин), азолы и эхинокандины. Для сравнения: существует более десятка классов антибиотиков, направленных против бактерий. Амфотерицин действует на сам эргостерол. Азолы – на фермент, с помощью которого грибки его производят (к слову, в нашем организме есть похожий фермент, на который некоторые азольные препараты также могут воздействовать). Эхинокандины не позволяют грибкам производить еще одно важное химическое вещество, задействуемое для построения клеточной стенки грибов, – 1,3-?-d-глюкан
. Наши клетки не используют эту молекулу, что позволяет снизить риск побочных эффектов.
Антибиотики и противогрибковые препараты – это мощные лекарственные средства. Однако и те и другие теряют свою эффективность, когда их мишени – бактерии и грибки – развивают устойчивость к воздействию. Болезнетворные бактерии, захватывая наш организм, начинают размножаться, и чаще всего в результате этого мы заболеваем. Каждый раз, когда клетка воспроизводится (это относится и к нашим собственным клеткам), ДНК реплицируется, а затем делится на новые дочерние клетки. Это происходит независимо от того, создают ли клетки клонов или размножаются половым путем. При воспроизведении ДНК неизбежны ошибки, или мутации, одни из которых не оказывают большого влияния на жизнь клетки, некоторые способны к самопочинке, а других хватает, чтобы клетку убить. Есть и полезные мутации, например изменение существующего фермента, которое позволяет клетке детоксицировать и выживать под воздействием смертельных химических веществ, включая антибиотики и противогрибковые препараты (для микробов-мишеней это смертельные химикаты). К полезным также можно отнести мутацию, которая позволяет клетке выкачивать вредные химические вещества, и изменение белка, который приобретает способность скрывать ключевую молекулу, на которую направлено действие лекарства.
Новые мутации – это лишь один из способов, с помощью которого микробы развивают устойчивость к лекарствам, которыми мы пользуемся. Микроб также может получить устойчивость от других микробов, например, бактерии известны тем, что способны делиться генами устойчивости. Ученые обнаружили, что в некоторых случаях гены, придающие устойчивость к некоторым из современных лекарств (особенно к тем, что получены из природной среды, включая многие из наших антибиотиков), существовали тысячелетиями – они развились в бактериях задолго до того, как мы начали задавливать их антибиотиками
. Но для выживания не всегда нужны гены устойчивости. Некоторые микробы и грибки, включая C. auris, могут сохранять свою работоспособность под воздействием лекарств и других неблагоприятных факторов окружающей среды, потому что образуют биопленки – микробные коллективы, в которых бактериальные или грибковые клетки, находящиеся снаружи, жертвуют собой, чтобы защитить клетки внутри
. К таким биопленкам можно отнести зубной налет во рту или тину, которая покрывает поверхность пруда. Биопленки являются отличительной чертой резистентности, поскольку через них трудно проникнуть лекарствам и другим химическим веществам, например дезинфицирующим средствам.
Грибки, устойчивые более чем к одному классу лекарств, называются мультирезистентными, ко всем препаратам – панрезистентными. По сути, такие виды вызывают неизлечимую инфекцию. Летом 2021 года Центр контроля и профилактики заболеваний сообщил о двух отдельных вспышках панрезистентного C. auris, который противостоял трем основным классам противогрибковых препаратов
. Самое странное в способности дрожжей оказывать такое сопротивление – никто не может объяснить, как он смог приобрести удивительную лекарственную устойчивость. C. auris – новый человеческий патоген, и он не подвергался десятилетиями воздействию антимикробных препаратов, как другие грибки и бактерии. Даже патогены, устойчивые к одному препарату, могут стать проблемой.
Около 90 % изолятов C. auris (выращенных и протестированных дрожжей) в Соединенных Штатах устойчивы к флуконазолу, популярному противогрибковому препарату. Это проблема, потому что иногда пациентов лечат флуконазолом, чтобы препятствовать появлению инфекций Candida во рту, мочевыводящих путях, кишечнике, влагалище или в других местах, «а это может привести к размножению C. auris», – говорит Левитц. Таким образом, в некоторых случаях использование препарата непреднамеренно прокладывает путь к колонизации грибка, а значит, и развитию инфекции. «В мире микробов все конкурируют со всеми, – напоминает он. – В некоторых случаях главным конкурентом может быть потенциально смертоносная инфекция»
.
* * *
Любой новый патоген, такой как C. auris, имеет в запасе несколько способов, которые помогают ему покинуть привычное место обитания и перейти в нового хозяина
. Один из них – приобретение новых свойств. Представьте себе грибок, который ежечасно борется за выживание на протяжении длительного времени и многих поколений. Ничего удивительного в том, что в результате он может выработать защитное покрытие – небольшое, но которого хватит, чтобы оберегать его или даже маскировать от других микробов или клеток. Затем он приобретает некоторые ферменты, которые позволяют ему противостоять химическим веществам – они могут исходить от других микробов или входить в состав сельскохозяйственных пестицидов с противогрибковым действием. Если грибок сможет преодолеть эти химикаты, то окажется способен преодолеть те же или подобные химикаты, используемые в качестве противогрибковых препаратов для лечения инфекции. Возможно, он также эволюционирует, чтобы переносить более высокие температуры. Итак, у нас есть дрожжевой грибок, который когда-то нашел свой дом на яблоне или в болоте, но теперь может вполне счастливо жить в нашем теле, обходить нашу иммунную систему и обезвреживать наши лекарства. Затем некоторые из нас переносят его из одной страны в другую, затем в третью, и в конце концов он находит хозяина в больничной палате – туда перевели пациента, которому недавно пересадили органы, или пожилого человека с ослабленной иммунной системой.
Смертельно опасные дрожжи – не единственная грибковая инфекция, число которых растет. Летом 2018 года студенты, возвращавшиеся из служебной поездки в Тихуану (Мексика), прибыли в Нью-Йорк со странной пневмонией
. Врачи лечили их антибиотиками, но безрезультатно, тогда им пришлось обратиться в Центр по контролю и профилактике заболеваний. Эпидемиологи обнаружили, что другие добровольцы, участвовавшие в подобных поездках по Центральной и Северной Америке, также заболели. В итоге у всех была диагностирована и вылечена инфекция Coccidioides, или долинная лихорадка.
До заражения студенты были здоровы и имели хорошую иммунную систему
. В отличие от грибков, которые предпочитают хозяев с ослабленной иммунной системой, Coccidioides не имеет таких ограничений. Этот грибок обитает на большей части юго-запада США и в некоторых районах Мексики и Центральной Америки, где климат теплый и сухой. Для правильной диагностики очень важно знать, где именно пациент заразился, особенно в случае, когда мы имеем дело с микробами, которые могут быть распространены в одних регионах и отсутствовать в других. Если грибок эндемичен для конкретного региона страны, в другом врачи не всегда смогут быстро разобраться в том, что стало источником заболевания, тем более что конкретные грибковые инфекции вообще встречаются редко, – это и произошло в Нью-Йорке. В 2019 году было зарегистрировано 20 003 случая заболевания долинной лихорадкой, в основном у жителей Калифорнии и Аризоны. В среднем от нее умирают 200 американцев в год. Ученые полагают, что с изменением климата грибок будет двигаться все дальше по территории США. Согласно одной из моделей распространения, к концу XXI века грибок поразит большую часть Запада вплоть до Монтаны
Конец ознакомительного фрагмента.
Текст предоставлен ООО «Литрес».
Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию (https://www.litres.ru/pages/biblio_book/?art=71233540) на Литрес.
Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.