Купер со своими аспирантами воспроизвели мой эксперимент намного масштабнее: они перекладывали склизкие бусины из пробирки в пробирку в течение нескольких месяцев. Позволив микробам эволюционировать дольше, они создали впечатляющий зоопарк мутантов. Одни разрастаются в колонии, похожие на чернильные кляксы. Колонии других напоминают срезы кумквата. Одни получаются цвета мандарина, другие же – цвета крови. Эти цвета и формы, вероятно, всего лишь побочные эффекты мутаций, способствующих росту бактерий в биопленках. Разнообразие форм и красок, созданное командой Купера, возможно, отражает сложность жизни в биопленке, где, как в джунглях, эволюция способна заполнять многообразие ниш многообразием мутантов.
В ту неделю, когда я работал в лаборатории, Отт параллельно со мной проводила собственный эксперимент. Я видел, как она что-то делала с невероятным количеством пробирок, колб и чашек, но настолько был увлечен аккуратным вылавливанием с помощью пинцета скользких бусин, чтобы они не разлетелись по всей лаборатории, что и не подумал толком расспросить ее. Только когда мне удалось вырастить мутанта, я попросил Отт рассказать мне поподробнее о синей башне.
Опыт исследовательницы был поставлен в рамках проекта, задуманного с целью разобраться, как синегнойная палочка эволюционирует в легких. Человеческое тело существенно отличается от листа или лужи, а значит, впервые попав внутрь, бактерии еще плохо приспособлены к новому обиталищу. Поначалу они делятся медленно. Возникшие мутации помогают бактериям лучше справляться с условиями в человеческих легких, и их рост ускоряется. Так копятся мутация за мутацией. За счет них биопленки приспосабливаются к дыхательным путям. Если доктора заливают бактерии антибиотиками, возможны новые мутации, которые помогут этим микроорганизмам избежать яда. Для бактерий человеческие легкие подобны колбам Ленски.
Задачей исследования Отт было найти способ, как взять эту эволюцию под контроль. Вместо того чтобы стремиться уничтожить бактерии, исследователи хотели сделать их безобидными. С этой целью они вели эксперимент, аналогичный тому, который только что осуществил я. Они меняли бактериям среду, направляя естественный отбор в новую сторону.
Синий цвет в чашках Петри у Отт был обусловлен пигментом, который вырабатывает синегнойная палочка. Это пиоцианин – характерный признак заражения ею. Именно поэтому врачи, впервые выделившие синегнойную палочку в конце XIX в., дали ей такое название
[148].
Много десятилетий спустя ученые начали понимать, какие функции выполняет этот пигмент. В частности, он, по-видимому, отпугивает иммунные клетки, мешая им атаковать бактерии. Мало того, он еще и способствует запуску воспалительного процесса, разрушающего легкие людей с муковисцидозом. Если бы бактерии хотя бы просто прекратили вырабатывать пиоцианин, они бы стали гораздо менее грозными. Исследователь Бенджамин Чан, сотрудник лаборатории Тёрнера, обнаружил потенциальное средство подтолкнуть эволюцию синегнойной палочки в нужном направлении – вирус.
Вирусы, поражающие бактерии, называются бактериофагами или просто фагами. У каждого штамма фага есть молекулярные якорьки, с помощью которых он может цепляться к определенному типу белков на поверхности бактерий. Как только происходит прицепление, фаг получает возможность вторгнуться внутрь бактерии и запустить там производство новых фагов.
Бактерии в ходе эволюции выработали множество способов защиты от фагов плюс смогли изобрести новые, столкнувшись с новым врагом. Один из простейших для микроорганизма приемов защититься от фага – утратить белок, к которому он цепляется. Если фаг использует ключ к замку бактерии, та может попросту убрать дверь. Разумеется, белки у бактерий на поверхности существуют не просто так. Одни нужны для того, чтобы засасывать внутрь клетки питательные вещества, другие – чтобы посылать сигналы сестрам-бактериям, третьи действуют как сенсоры, информирующие об окружающей среде. Но цена утраты одного из этих белков может оказаться ниже, чем преимущества, которые дает защита от фагов.
В поисках новых видов бактериофагов Чан обнаружил десятки тех, что способны поразить синегнойную палочку. Когда исследователь и его коллеги напустили один из таких фагов на бактерии, естественный отбор стал благоприятствовать мутантам, переставшим производить белок, который фаги использовали для проникновения. Но у мутации оказалось и другое следствие: эти бактерии стали вырабатывать меньше пиоцианина. Возможно, мутация блокирует в ДНК синегнойной палочки генетический переключатель, который управляет синтезом как поверхностного белка, так и синего пигмента.
Чан и его сотрудники заинтересовались, нельзя ли использовать новооткрытый фаг, чтобы помочь больным муковисцидозом. Если они вдохнут фаг, он вряд ли причинит им вред, ведь фаги поражают только бактерии, а не человеческие клетки. Бактерии могут выработать сопротивляемость фагу, но в ходе этого процесса они пожертвуют своей способностью производить опасный синий пигмент.
На клиническом испытании врачи распылили Чановых фагов в дыхательные пути пациентов с муковисцидозом. Когда фаги стали атаковать колонии синегнойной палочки, добровольцы принялись регулярно откашливать в пробирки мокроту. Пробирки отсылали Отт, которая выделяла из содержимого синегнойную палочку и высевала ее в чашки Петри. После того как бактерии разрастались в микробную пленку, она ставила сосуды друг на друга. Синие чашки наверху содержали образцы бактерий от пациентов до начала фаговой терапии, а нижние – те, что отбирались после, неделя за неделей. Синяя окраска бледнела сверху вниз, и Отт с коллегами убедилась, что эволюционная интуиция исследователей оказалась верной. Бактерии стойко снижали выработку пиоцианина и, возможно, становились менее опасными обитателями для человеческих легких.
«Чем меньше синего, тем меньше воспаления, – сказала Отт, – и это хорошо».
Отт и ее сотрудникам понадобится внимательнее изучить бактерии и еще много раз повторить эксперимент, прежде чем они убедятся, что фаги оказываются действительно безопасным и эффективным средством укротить микробов. Что скажут государственные органы регулирования насчет идеи внедрять вирусы в организм больных людей, можно только гадать. Но рано или поздно, при достаточной настойчивости, это живое лекарство, вероятно, заработает. Эволюция убеждает в этом.
_______
Наука биология расширяет наши представления о живом, позволяя выйти за пределы личного опыта ощущения жизни, оглянуться назад на миллиарды лет истории живого и заглянуть в микроскопическое пространство клетки. Но всякому биологу приходится идти на суровый компромисс. Невозможно знать все обо всем. Чтобы стать специалистом хотя бы в одной области живого, может понадобиться вся жизнь. Изабель Отт могла бы засыпать меня рассказами о болезнетворных бактериях, стоило мне только попросить. Но если бы я стал расспрашивать ее о питонах, она бы мало что смогла мне сказать. Я провел много часов, беседуя со Стивеном Секором о питонах, пока мы снимали пробу с лучших сортов пива Таскалусы. Но мне бы и в голову не пришло требовать, чтобы он разбирался в биологии размножения кленов.
