Наперегонки с эпидемией. Антибиотики против супербактерий

– Так о чем речь? – спросил я, заходя в кабинет, стены которого были плотно увешаны всевозможными дипломами и наградами.

На столе Уолша, из-за которого он вскочил, чтобы поприветствовать меня, как всегда, царил творческий беспорядок.

– О каком лекарстве?

Уолш выглядел изнеможенным, что неудивительно для человека, который спит по три часа в сутки. Наша исследовательская группа работала в авральном режиме, все наши силы уходили на поиск новых антибиотиков для лечения больных. Я уже привык смотреть, как людей пожирают инфекции, которые были излечимы всего несколько лет назад. Уолш улыбнулся, пожимая мою руку.

– Далбаванцин, – тихо сказал он.

Руки были все еще влажными от напряжения, пережитого в приемном отделении скорой помощи, я вытер их о штаны и опустился в кресло.

– Не может быть!

Он протянул мне толстую папку.

– Я серьезно.

Название антибиотика вернуло меня на четырнадцать лет назад, когда я был студентом в лаборатории будущего нобелевского лауреата Томаса Стейца – биофизика, которому в университете дали прозвище «Майкл Джордан кристаллографии». Стейц занимался изучением биосинтеза белка, его открытия привели к созданию большого количества новых лекарств, среди которых были производные далбаванцина[1 - Далбаванцин – полусинтетический гликопептидный антибиотик для лечения острых бактериальных инфекций кожи и мягких тканей. Одобрен FDA в 2014 году. – Здесь и далее примеч. ред.], коротко называемые «далба». Стейц был провидцем, как и Том Уолш, он видел перспективу разработки новых лекарств там, где другие не могли даже подумать.

Я познакомился со Стейцем через его сына. Мы с Джоном оба играли за бейсбольную команду Йельского университета. Мы оба были питчерами и учились по специальности «биохимия», и вместе попали в лигу профессиональных игроков бейсбола. Джона взяли в Милуоки Брюэрс в третьем раунде отбора в Главную бейсбольную лигу в 2001 году, а годом позже в двадцать первом раунде я попал в «Лос-Анджелес Энджелс» из Анахайма. Какое-то время нам казалось, что мы рождены для высшей лиги.

Однако после года игры в Малой бейсбольной лиге в городе Прово, штат Юта, «Энджелс» исключили меня из команды, и я обменял бейсбольную перчатку на стетоскоп. Осенью 2003-го я поступил в медицинскую школу Гарварда и переехал в Бостон. Примерно в это же время Джон Стейц бросил бейсбол и поступил в Йельскую школу права. Через несколько недель после начала занятий я посетил лекцию молодого и харизматичного врача-инфекциониста Пола Фармера, который был соучредителем всемирной некоммерческой организации «Партнеры по здоровью», и сразу же понял, чем хочу заниматься всю оставшуюся жизнь.

– Давай приступим к работе, – сказал Уолш, прерывая мои размышления.

Именно в тот момент все изменилось – я перестал быть пассивным наблюдателем устойчивости антибиотиков и стал активным участником борьбы с супербактериями. Но прежде чем я начал долгий и извилистый путь клинических исследований, пришлось усвоить болезненные уроки, извлеченные из поколений неудачных исследований и ужасающих нарушений этических норм, кроме того, я должен был узнать как можно больше о замечательных научных достижениях, за которыми стояла работа Тома Стейца, Тома Уолша и других. Эта необычная история, которая в итоге привела меня в больничную палату перепуганного механика из Квинса, начинается с истории другого пулевого ранения, произошедшего сто лет назад, в октябре 1914 года, когда военный врач-тихоня заметил кое-что необычное и в голову ему пришла идея. В этом приключении мы найдем немало подсказок, которые помогут мне разгадать тайну инфекции Джексона.

Часть 1

Шанс понаблюдать

Глава 1

Туман войны

Врач осмотрел свежую рану и покачал головой. Пуля пробила правое бедро солдата, раздробив кость и оставив после себя кровавое месиво. Скоро в рану попадет инфекция. Врач – капитан Королевского армейского медицинского корпуса – закрыл большие голубые глаза и представил, что произойдет дальше. Солдат с подобными травмами ждала страшная судьба – от ампутации до гангрены и даже заражения крови. Но больше всего доктор беспокоился из-за столбняка – смертельного заболевания, вызывающего паралич и в конечном счете удушье – именно столбняк косил большинство раненых британских солдат в военном госпитале на Западном фронте.

Было 24 октября 1914 года, Александр Флеминг – тридцатичетырехлетний врач из Шотландии – занимался лечением пациентов на походной военной базе во французской Булони, которая к тому же была лабораторией по изучению ранений. Война длилась только одиннадцать недель, но потери уже были тяжелыми. Британские солдаты прибыли во Францию 7 августа; спустя две недели французская и британская пехоты были жестоко разбиты немецкой имперской армией в битве при Арденнах. Затем последовало медленное и унизительное отступление, в то время как немцы продолжили наступление в сторону французской столицы.

Затем, 6 сентября, произошло нечто поразительное: в тридцати милях к северо-востоку от Парижа шесть французских полевых армий и британские экспедиционные силы вдруг остановились и контратаковали. В течение трех страшных дней поле боя оказывалось то по одну, то по другую сторону линии фронта, протяженность которой составляла около ста шестидесяти километров. Благодаря блестящим достижениям в артиллерии – новым мощным пулеметам, гаубицам, мортирам и авиационным ракетам – это был один из самых кровавых боев в истории военных действий.

Уловка союзников сработала. Огромные потери заставили немцев отказаться от плана захватить Париж. Победа, однако, досталась высокой ценой: более двухсот тысяч французских и британских солдат погибли в этом сражении, которое позже стало известно как первое Марнское сражение. Огромное количество залитых кровью и изрешеченных осколками солдат было доставлено в больницу, где работал Флеминг.

Молодой врач схватил влажную тряпку из хирургического ведра и прижал ее к ноге солдата, вычищая грязь, сгустки крови и клочья мундира из зияющей раны. Затем взял скальпель и осторожно отрезал небольшой образец ткани от грязной штанины солдата. Флеминг надеялся, что лоскут одежды позволит разгадать одну из самых больших загадок Первой мировой войны, а именно почему такое огромное количество солдат умирает от столбняка?

Столбняк – редкая болезнь, и, как правило, им заражается только один человек из ста тысяч, но в Булони столбняк царил повсюду. Флеминг подозревал, что бактерии, вызывающие столбняк, каким-то образом попали на британскую военную форму. При ранении солдата, рассуждал он, бактерии попадают в кровоток, подавляя защитные силы организма. Флеминг бросился в лабораторию, осторожно держа в руках отрезанный образец одежды. Ряд за рядом он миновал полевые койки с раненными в Монсе, Ипре и Марне. Многие солдаты пролежали на поле битвы несколько дней.

Импровизированная лаборатория располагалась в заплесневелом подвале старого казино, под некогда шикарными номерами с высокими потолками. Флеминг обставил ее с изобретательностью: в ней стояли инкубаторы, которые грели с помощью керосинок, газовые горелки Бунзена, работающие на спирте, стеклодувные горелки с мехами, канистры с бензином и насосы для подачи воды. Придя в лабораторию, Флеминг поместил образец одежды в пробирку и поставил ее к прочим. Добавив в пробирку специального инкубационного бульона, Флеминг вернулся к пациенту и обработал рану антисептической жидкостью.

Пристально вглядываясь в рану, Флеминг уже знал, что произойдет дальше: в течение следующих нескольких дней выделения из раны станут красновато-коричневыми, дурно пахнущими и будут состоять из запекшейся крови и бактерий. Еще через неделю выделения станут бесцветными и перестанут пахнуть, а затем постепенно превратятся в густой гной. Если солдату не повезет, как и многим другим британцам во Франции, у него появятся лихорадка, беспокойство, раздражительность, сильное сердцебиение и, наконец, верный признак столбняка: тризм, то есть тонический спазм жевательной мускулатуры. Столбняк вызывает судороги лица, из-за которых кажется, словно больной постоянно улыбается, – так называемая сардоническая улыбка. За ней следовал паралич и мучительная, медленная смерть.

Бактерии, вызывающие столбняк, обычно населяют кишечник лошадей, а попадающие с навозом на землю споры могут находиться в почве годами. Возбудитель столбняка – столбнячная палочка – это анаэробный организм, то есть в присутствии кислорода он не растет. Даже кратковременного воздействия кислорода будет достаточно, чтобы убить ее. Так почему она процветала на перепаханных полях Фландрии, где воздействие кислорода было постоянным? И, главное, в открытых ранах? Флеминг считал, что бактерии прятались под осколками шрапнели, в глубине раны, где кислорода было мало и антисептики смывались отхождением гноя. Именно поэтому агрессивные химические вещества, которые легко убивали столбняк в пробирке, не могли справиться с ним в организме человека.

Флеминг приехал во Францию по приглашению своего наставника – Альмрота Райта, который первым запустил массовое производство вакцины от брюшного тифа. В отличие от Флеминга, которого из-за маленького роста часто просили сыграть роль женщины в театральном сообществе (так, например, он сыграл роль французской вдовы в «Ракете» Пинеро), Райт был похож на медведя: с густыми коричневыми усами, в маленьких очках и с неизменно зачесанными направо волнистыми волосами. Ходили слухи, что он страдал от расстройства гипофиза. Флеминг и Райт тоже странно смотрелись вместе.

Райт усиленно лоббировал применение его тифозной вакцины для британских войск во время войны, однако поначалу дело не шло – плановая вакцинация еще была не в моде. Тогда Райт опубликовал страстный призыв в газете Times: «О прививании войск от брюшного тифа и септической инфекции». Статья вышла в свет 28 сентября 1914 года, спустя семь недель после того, как Великобритания объявила войну Германии, и всего за четыре недели до описываемых событий. Хотя публичное обращение Райта было холодно принято многими врачами, некоторые из них называли его «почти прав» (игра слов, фамилия Wright произносится так же, как right – право), это сработало, и британская армия быстро объявила прививку от тифа обязательной.

Сэр Альмрот Райт

Райт также рекомендовал вакцинацию от сепсиса, но глава медицинской службы британской армии, сэр Альфред Кио, не был убежден этой рекомендацией. Генерал потребовал большее количество исследований для объявления второй прививки обязательной. Райт создал военное исследовательское подразделение по изучению бактериологии раневой инфекции, в котором как раз и работал Флеминг.

В окружении инфекции, не способный помочь тысячам людей, которые страдали и умирали вокруг него, Флеминг был поглощен идеей совершить открытие, которое помогло бы ему спасти солдат. На данный момент в его распоряжении были только антисептические жидкости, повязки и скальпель, но ничего из этого не могло помочь от бактерии, которую оказалось невероятно сложно убить. Чтобы вылечить солдат с инфекцией, приходилось браться за хирургическую пилу.

В мире медицины на тот момент было два подхода к лечению инфицированных ран: физиологическая школа, усилия которой были направлены на стимулирование естественных защитных сил организма, и антисептическая школа, которая занималась уничтожением микробов в ране с помощью химических веществ. Флеминг знал, что в теории антисептики работают хорошо, но опасался, что активные вещества антисептиков – едкие химикалии, такие как борная кислота, флавин, фенол, – на самом деле вредят пациентам. Лечение антисептиками солдатам не помогало, и у Флеминга появилось подозрение, что на самом деле оно помогает столбнячной палочке размножаться.

Он считал, что абразивные вещества эффективны в основной полости раны, но им не хватает пробивной мощи, чтобы очистить ткани по краям. Что-то в периферии позволяло бактериям процветать. В то время эта мысль была радикальной, если бы Флеминг высказал ее в любой больнице Европы, его бы засмеяли. Но его уверенность в том, что антисептики убивают пациентов, только росла, и тогда он разработал элегантный эксперимент, чтобы доказать свою правоту. Для этого Флемингу пригодился один из навыков, полученных им до начала его карьеры в медицине.

До поступления в Медицинскую школу госпиталя Святой Марии в центре Лондона Флеминг освоил необычное ремесло – выучился на стеклодува. В основном он делал крошечные фигурки – стеклянных кошек и бегающих мышек для семьи и друзей. Навык пригодился ему и в работе. Снабжение лаборатории оставляло желать лучшего, поэтому Флеминг делал свое собственное исследовательское оборудование, включая пробирки. В Булони Флеминг начал задумываться о создании пробирок с неровными краями и фактурой, напоминающими пулевое ранение. Эксперимент был еще в зачаточном состоянии, но его успех означал бы изменение всех существовавших представлений о лечении боевых ран. Антисептики были основным оружием докторов во время Первой мировой войны; британская армия постулировала необходимость их использования. Флеминг к тому времени уже был убежден, что они были не просто бесполезны, но и опасны.

Но Флеминга, которого прозвали Маленький Флем, не тянуло ни к спорам, ни к сражениям, ни даже к разговорам. (Один из его коллег утверждал, что заговорить с Флемингом – это как играть в теннис с человеком, который, получив подачу, кладет мяч в карман.) Но у Флеминга было что сообщить миру, и он в любом случае собирался сделать это.

* * *

В Первую мировую войну погибло более семнадцати миллионов человек, многие из которых умерли от столбняка. После того как война закончилась, Флеминг вернулся в Лондон к своему лабораторному столу в отделении прививок в госпитале Святой Марии. Перемирие было заключено 11 ноября 1918 года. К тому времени Флеминг уже опубликовал десяток статей, основанных на его работе в Булони, и стал известен в академических кругах из-за своих гениальных экспериментов со стеклянными изделиями. Но в своем убеждении против антисептиков он все еще был одинок, остальные доктора считали, что антисептики – это неоспоримое благо.

Преследуемый воспоминаниями об увиденном на Западном фронте, молодой врач провел следующее десятилетие в лаборатории, расположенной чуть выше по Прэд-стрит от вокзала Паддингтон, пытаясь изобрести способы уничтожения вредных бактерий и повышения эффективности лечения инфекций. Изо дня в день рассматривать тысячи бактериальных колоний на чашках Петри в тускло освещенной лаборатории – довольно утомительная и кропотливая работа, но Флеминг нашел в ней свое предназначение. Он был поглощен желанием понять, почему бактерии процветают и, что еще важнее, как их можно уничтожить.

Случайное наблюдение, сделанное в сентябре 1928 года, через десять лет после войны, стало большим поводом для радости. Однажды днем Флеминг заметил, что бактерии стафилококка – надоедливые микроорганизмы, которые обычно встречаются в боевых ранениях, – погибают в присутствии плесневого гриба под названием Penicillium rubrum. Эта находка была обнаружена на выброшенной чашке Петри и привела к открытию того, что исследователь назвал медленно действующим антисептиком. Флеминг окрестил его пенициллином.

Он отправил сообщение в журнал British Journal of Experimental Pathology 10 мая 1929 года.

«Пенициллин, – писал Флеминг, – по всей видимости, имеет ряд преимуществ по сравнению с известными химическими антисептиками… Если нанести его на повязку, то даже при разбавлении в 800 раз он будет эффективнее используемых сейчас антисептиков». Однако полезность этого открытия пока еще была неясна. Пенициллин мог убивать бактерии в чашках Петри и в пробирках, но не в присутствии крови. Для достижения эффекта плесневому грибу требовалось несколько часов, поэтому Флеминг пришел к выводу, что, хотя пенициллин эффективен на поверхности, он будет разрушен в человеческом организме прежде, чем сможет убить бактерии в гнойной ране. Пенициллин не спасет раненых солдат или других больных. Но Флеминг придумал ему другое применение: он послужит ценным инструментом для предотвращения заражения лабораторных экспериментов стафилококковой бактерией.

Флеминг был не первым ученым, заметившим, что микроорганизмы могут убивать бактерии. Другие ученые тоже считали, что экстракты плесени были либо слишком слабы, либо слишком токсичны для лечения бактериальных инфекций человека, и потому выбросили их на помойку истории. Они просто не сумели понять, что находились на грани открытия, которое навсегда изменит медицину.

Сэр Александр Флеминг в своей лаборатории в больнице Святой Марии в Паддингтоне, Лондон, 2 октября 1943 года

К сожалению, статья Флеминга о пенициллине была написана так, что результаты невозможно было воспроизвести, работа оставляла впечатление сделанной наспех. Автор не объяснил ни то, как он выделил пенициллин из экстракта плесневого гриба, ни то, какими химическими реактивами он воспользовался, поэтому повторить его работу было невозможно. Флеминг был настолько плохим оратором, что его публичные выступления не вдохновляли коллег. Свою роль сыграло и то, что сотрудник Флеминга ошибся при классификации плесени; на самом деле это был Penicllium notatum, а не Penicllium rubrum. Любого, кто надеялся повторить эксперимент Флеминга, ждала неудача.

В то же время исследователи из Медицинской школы Оксфорда и Шеффилда были согласны с мнением Флеминга о том, что свойство пенициллина убивать микроорганизмы, загрязняющие лабораторию, может оказаться полезным для изучения бактерии Bacillus influenzae. Именно эта бактерия, по мнению некоторых специалистов, была ответственна за пандемию гриппа в 1918 году.

Вспышка гриппа началась в Испании в мае 1918-го, когда Первая мировая война была почти окончена. Командировка Флеминга подходила к концу, когда количество больных гриппом в его французской больнице значительно превысило количество раненых. К 1919 году двадцать миллионов человек умерли от гриппа, и желание разобраться подогревало интерес к исследованию плесени Флеминга. Однако ученые считали, что пенициллин может быть полезен только для изучения гриппа. Никто, даже сам Флеминг, не осознавал, что был обнаружен редкий штамм плесневого гриба, который производит так много пенициллина, что может быть использован для лечения человеческих инфекций. К лету 1929 года, всего через год после открытия, Флеминг забросил работу над пенициллином. Пройдет больше десятилетия, начнется новая мировая война, прежде чем Флеминг и его коллеги из Оксфордского университета вернутся к этой работе, объединившись с разрастающейся фармацевтической промышленностью, чтобы создать первый в мире общедоступный антибиотик массового производства.

Глава 2

Золотой век

Флемингу и его коллегам приписывают создание первого общедоступного антибиотика, но это не совсем так. Да, их метод работы привел к массовому производству и распространению пенициллина в 1945 году, но, оказывается, люди потребляли антибиотики тысячелетиями, сами того не подозревая. Значимые уровни тетрациклина – антибиотика широкого спектра действия, который используется до сих пор, – были обнаружены в останках мумий Судана, датируемых 350–550 годами нашей эры. (По всей видимости, источником послужило пиво, которое варили в то время.) В пробах, взятых из бедренной кости скелетов позднего римского периода на оазисе Дахла в Египте, также были обнаружены следы тетрациклина (неясно, подавали там выпивку или нет). Неудивительно, что, судя по сохранившимся источникам, уровень инфекционных заболеваний у этих народов был чрезвычайно низким. Наши предки понимали, что антибиотики работают, пусть и не знали, как именно.