Новое поколение охотников за микробами

Вспышка бактериальной инфекции в Германии заставила ученых по всему миру поломать головы над тем, как не допустить повторения подобной эпидемии в своих странах. Как-то вечером пятеро американских врачей собрались вместе за ужином и вынесли на повестку дня простой вопрос: как выяснить причину заболевания и остановить его распространение?

Ответом, как поняли врачи после трехчасовой беседы, станет разработка новой доступной технологии, которая позволила бы исследователям определить последовательность генома "подозреваемого" микроорганизма.

Новая эпоха в микробиологии уже не за горами — методы оперативного секвенирования микробных геномов станут настоящей революцией.

Читайте также: Если ваш диагноз - кардионевроз

Впервые геном бактерии был секвенирован в 1995 году после 13 месяцев напряженной работы. Сегодня исследователи могут расшифровать ДНК за несколько дней, а при наличии мощного современного оборудования — и за сутки. А стоимость расшифровки сейчас составляет тысячу долларов против миллиона, как это было раньше.

В своем недавнем отчете доктор Дэвид Релман, профессор медицины, микробиологии и иммунологии Стэнфордского университета, отметил, что ученые уже полностью расшифровали геном 1554 бактерий и сейчас секвенируют еще 4800. Что до вирусов, то на данный момент секвенировано ДНК 2675 видов. На практике это означает, что подноготная десятков тысяч штаммов уже не представляет собой секрета для ученых.

Новая технология поможет бактериологам создавать "карты болезней". Взяв образцы сточных вод или мазок с поручня в метрополитене, исследователи, определив, с чем они имеют дело, смогут вовремя принять меры предосторожности. "В условиях быстрого секвенирования генома у нас появляется "мастер-план" того или иного микроба, — поясняет Релман. — Это похоже на моментальную диагностику двигателя после того, как вы месяц бились над определением поломки".

Джеймс Массер, один из пяти собравшихся на импровизированный консилиум врачей, вспоминает историю, произошедшую накануне его встречи с коллегами. В больницу поступил 39-летний мужчина, живущий в пригороде Хьюстона. Занимаясь сваркой в дворе своего дома, он внезапно начал кашлять кровью. Рвота, мигрень и острая боль в груди не заставили себя долго ждать.

В больнице выяснилось, что у пациента учащенное сердцебиение и пониженное давление. Несмотря на все усилия врачей, через два дня мужчина скончался. Причины смерти в ходе вскрытия выясняли буквально всем миром. Вроде бы все указывало на то, что пациент скончался от сибирской язвы — но только "вроде бы". В смыве с легких обнаружились не только типичные для этого заболевания штаммы, но и другие микроорганизмы.

"Мы поняли, что диагноз поставлен поспешно, — говорит Массер. — Нам нужно было точно знать, с чем мы имеем дело. Тогда-то мы и ввели в игру секвенирование генома".

Через несколько дней ученые выяснили, что же за недуг сразил сварщика. Сибирская язва тут была ни при чем: таинственные микроорганизмы оказались представителями вида Сereus. В их ДНК действительно имеются общие моменты с геномом сибирской язвы, но если в бактериях последней содержатся четыре токсичных вируса, то в бактериях Сereus — только один. Объективно Сereus нельзя назвать смертоносной, но почему тогда пациент скончался?

Ответ лежал на поверхности: поскольку умерший пациент был сварщиком, его легкие были постоянно раздражены мелкими частичками металла, из-за чего мужчина был более восприимчив к инфекциям. Смерть же стала следствием простого стечения обстоятельств — штаммы бактерий обитали как раз в том месте, где мужчина проводил сварку, поэтому он надышался заразой, которая не замедлила убить его легкие.

Доктор Мэтью Вальдор из медицинской школы Гарварда задался другим вопросом: почему после землетрясения на Гаити там началась эпидемия холеры, хотя до этого о ней более века не было ничего слышно? Чтобы докопаться до истины, Вальдор вместе с коллегами секвенировал ДНК холерного вибриона с Гаити и сравнил полученные данные с результатами расшифровки генома штаммов из других уголков мира. Выяснилось, что гаитянский штамм, при всех своих отличиях от латиноамериканского и африканского, очень похож на южноазиатский.

Первый вывод, который сделали исследователи, заключался в том, что землетрясение стало лишь косвенной причиной эпидемии. Дальнейшее оказалось делом логики: многие из спасателей, прибывших на Гаити после бедствия, были родом из Южной Азии, где и "прописан" ближайший родственник гаитянского штамма.

Коллега Валдора, Эрик Шадт, хочет развить эту идею и составить карту заболеваемости. Начал он с собственного офиса. На протяжении нескольких месяцев ученый секвенировал геномы микроскопических обитателей его стола, компьютера, дверных ручек и так далее. Когда начался сезон гриппа, практически все поверхности оказались населены штаммами гриппозных вирусов, и Шадт без труда установил, что самыми злостными рассадниками вирусов являются выключатели проекторов в конференц-залах: их трогало множество людей, но никому и в голову не пришло протереть выключатели.

Осененный страшной догадкой Шадт не поленился обойти с ваткой весь свой дом и выяснил: на ручке холодильника прекрасно себе живут микробы, обычно обитающие в птице и свинине. Шадт говорит, что и в других домах, скорее всего, дела обстоят так же: возясь с мясом, домохозяйки постоянно хватаются за ручку, чтобы взять из холодильника необходимые для приготовления, скажем, рагу продукты. "Теперь я буду гораздо чаще мыть руки", — обещает исследователь.