Но мы ученые, и должны расширять историю, узнавать подробности, разбираться в механизмах. Нужно ответить на простой с виду вопрос: как это работает? Что такого важного в воздействии антибиотиков? Дело в воздействии на микробов или же пенициллин что-то делает и с самим телом, непосредственно взаимодействуя с тканями, и это никак не связано с эффектом, производимым на микробов? Как и во многих других экспериментах, в том числе проведенных Джеффом Гордоном, мы попытались ответить, пересаживая микроорганизмы от одних мышей другим.
Вспомните один из наших предыдущих вопросов: набор веса – это непосредственный эффект лекарства или же результат воздействия на микробов-обитателей? Мы считали, что все дело в бактериях, но «мы считали» – это еще не доказательство. Чтобы узнать, в чем же дело, нужно перенести их из СТК-мышей или контрольной группы в нейтральную ситуацию, а затем посмотреть, как подействует на реципиентов. Было решено изучить воздействие на безмикробных мышей.
Мы купили пятнадцать мышей-самок; в конце августа 2011 года нам прислали три пластиковых шара. В каждом сидело по пять трехнедельных мышей, только что отлученных от матери. Компания предупредила, что держать их в шарах можно до 72 часов, – времени как раз достаточно для эксперимента. Мы назвали его TransSTAT, потому что пересаживали мышам-реципиентам микробиоты СТК-мышей.
Лори выбрала шесть 18-недельных мышей из эксперимента DuraSTAT: трех из контрольной группы и трех, получавших антибиотики. Затем собрала у всех содержимое слепой кишки и разделила его на две группы: одна – от контрольных, другая – от СТК. Будучи опытным бактериологом, Лори приняла специальные меры, чтобы сохранить жизнь всем микробам; некоторые из них настолько чувствительны к кислороду, что даже краткое пребывание на воздухе их убивает. Затем ввела содержимое слепой кишки в желудки всех безмикробных мышей. Семь получили микробы от контрольной группы, восемь – от СТК. Вам, наверное, «введение содержимого слепой кишки в желудок» покажется совсем не аппетитной процедурой, но мыши – копрофаги, что означает, что они регулярно едят и свои фекалии, и фекалии других мышей, живущих с ними.
Итак, мыши уже не были безмикробными. Они стали «обычными», и следующая стадия их жизни должна была пройти во взаимодействии с микробами. Мы наблюдали за ними пять недель, постоянно отбирая образцы фекалий и проводя измерения, в том числе тест ДЭРА, по четыре раза для каждой мыши. Ни одна не получала антибиотиков. Всех выращивали абсолютно одинаково.
Как и ожидалось, все набрали вес, потому что росли. Но мыши, которым дали СТК-микробы, набрали больше. Причем эффект был довольно заметным. Реципиенты СТК-микробов набрали примерно на 10 % больше веса и на 40 % жира.
Этим экспериментом Лори доказала, что изменения в развитии, вызванные субтерапевтическими дозами антибиотиков, могут передаваться через микробы.
* * *
Эксперименты СТК показали, что происходит на фермах. Но меня больше интересуют наши дети. Когда они получают антибиотики, дозы в большинстве случаев непостоянные. Скорее, как мы уже обсуждали, краткие курсы, длящиеся пять-десять дней, в зависимости от болезни (отит, бронхит, больное горло) и решения врача.
Я решил узнать, могут ли и они влиять на набор веса и жира. Так появилась наша новая модель, ПЛА («пульсирующее лечение антибиотиками»). Вместо малых доз мыши получали антибиотики точно так же, как люди: полными терапевтическими дозами в «импульсах», длившихся по несколько дней.
Мы выбрали амоксициллин и тилозин – два самых популярных в США детских антибиотика [7, см. с. 167], которые выписывают в более чем 80 % случаев. Затем отобрали четыре группы мышей: контрольную; группу, получившую три курса амоксициллина; группу, получившую три курса тилозина; наконец, предположив, что эффект может накапливаться, четвертой дали курс тилозина, затем амоксициллина и снова тилозина.
Чтобы лекарства попали в детенышей как можно скорее, Яэль начала давать их самкам через десять дней после родов. Мы посчитали, что лекарства проникнут в кровеносную систему матерей, а затем в молоко, после чего повлияют и на микробный состав мышат. Предположение оказалось верным.
Первый курс прошел, когда грызунам было десять-четырнадцать дней. В двадцать восемь дней, после отлучения от матерей, они получили второй трехдневный курс, а в тридцать семь дней – третий. На сорок первый день посадили всех на диету с высоким содержанием жира, чтобы усилить разницу, вызванную антибиотиками. Все были самками.
К двадцать восьмому дню все ПЛА-мыши выросли значительно быстрее, чем контрольная группа. Мы проводили анализы жира, костей и мышц в течение следующих 150 дней их жизни – вплоть до мышиной старости. ПЛА набрали значительную мышечную массу, но разницы в жировой практически не было. Кости – совсем другое дело. У ПЛА-мышей, получавших амоксициллин, в течение всего эксперимента наблюдалась увеличенная площадь костей и содержание в них минералов. Возможно, эффект был перманентным, потому что они получили антибиотик очень рано. Поскольку амоксициллин – один из самых часто прописываемых детям, я не могу не задать вопрос, уж не благодаря ли этому лекарству люди становятся выше [8, см. с. 168].
Яэль собрала более трех тысяч фекальных шариков; она знала, какой мыши они принадлежат, в какой день были отложены и какой курс лекарств получало животное. С помощью коллег из университета Вашингтона в Сент-Луисе [9, см. с. 168] мы подробнее рассмотрели, какие ДНК в них содержатся. Было интересно, как лекарства повлияли на разнообразие микробов в кишечнике каждого животного.
Обнаружилось, что в фекалиях матерей в среднем содержалось 800 видов микроорганизмов. После первого курса у детенышей контрольной группы микробный состав не отличался от материнского. У амоксициллиновой группы микробов осталось около 700 видов. А вот у тилозиновой и смешанной группы – всего 200. Иными словами, один курс антибиотика привел к угнетению или исчезновению почти двух третей обычных фекальных бактерий. Похожий эффект наблюдался и для амоксициллина, но гораздо менее выраженный.
Теперь же, после трех курсов, стало интересно, восстановится ли богатство и биоразнообразие бактериальных видов. У группы, получавшей амоксициллин, сравнительно мягкое лекарство, так и произошло. А у получавших тилозин разнообразие не восстановилось даже через несколько месяцев после последней дозы. Тилозин перманентно подавил или уничтожил немалую часть организмов, переданных детенышам матерью [10, см. с. 168].
Кроме того, мы измерили так называемую равномерность микробного разнообразия. Высокая говорит о том, что численность большинства видов примерно одинакова. При низкой равномерности доминирует только один вид или небольшое их количество. В человеческом обществе можно привести такой пример: в мирное время представительство многих разных профессий примерно одинаково. В военное время резко растет число солдат, а представительство многих других профессий соответственно сокращается, профессиональная структура общества заметно меняется. Курс тилозина дал нам «военный» эквивалент микробного разнообразия с низкой равномерностью. ПЛА вызывало необратимые изменения в структуре микробного сообщества в раннем детстве, когда мышата развивались.
