Глава 6 Мне нужен мой аппендикс (как и моим бактериям)!
Глава 6
Мне нужен мой аппендикс (как и моим бактериям)!
11 сентября 1942 года Дину Ректору из Шатокуа, что в штате Канзас, стукнуло девятнадцать. День рождения праздновали на глубине сотни футов под водой. Над головой Ректора, кроме миллионов фунтов воды, находились еще и японские эсминцы, охотившиеся за американскими субмаринами, в одной из которых и находился Ректор. Подводники надеялись, что стальной корпус убережет их и от воды, и от вражеских торпед. Дин впервые встречал свой день рождения подобным образом.
Впрочем, праздник продолжался недолго. К утру парню стало так плохо, что он подумал, что умирает. Дина Ректора и его сослуживцев окружало множество опасностей, но на этот раз восстали внутренние демоны. Боль усилилась настолько, что Дин не смог сдержать стон. Один из моряков предположил, что у Ректора просто грипп. Может быть, это ностальгия, предположил другой. Но Ректор стонал все сильнее, и в конце концов все осознали беспощадную истину – у парня был аппендицит.
Аппендицит может угрожать жизни даже в обычных условиях, но условия, в которых находился Ректор, трудно назвать обычными. На борту субмарины не было оперирующего хирурга, и найти его на таком расстоянии от родины, да еще в окружении японцев, было просто нереально. Парень нуждался в операции, но кто будет ее проводить? Официально корабельным хирургом числился Уилер Б. Лайпс, но на самом деле все его врачебные навыки ограничивались умением работать с электрокардиографом. Командир попросил Лайпса прооперировать Ректора, но Лайпс отказался, и тогда командир попросту приказал ему это сделать. Причин для колебаний у Лайпса было более чем достаточно. Не говоря уже о полном отсутствии хирургического опыта, он не знал, как долго действует эфир, где в человеческом теле находится аппендикс, и не имел ни малейшего представления о том, какую кухонную утварь можно использовать в качестве хирургических инструментов. Но приказ есть приказ, и Лайпс начал готовиться к операции.
Собравшись с духом и собрав подходящие инструменты, Лайпс приступил к делу. Парня уложили на стол в офицерской кают-компании. Стол оказался «такой длины, что голова и ноги Ректора как раз доходили до его краев и не свешивались с него». Лайпс склонился над Ректором, нервно листая медицинский учебник. (Скорее всего, он искал рисунок, на котором была бы обозначена топография пораженного органа.) Вместо хирургической маски Лайпс натянул чайное ситечко. Своим добровольным ассистентам он выдал ложки, которые должны были служить крючками и ранорасширителями. Ассистенты в полной готовности встали по обе стороны от пациента. Затем, как позже было сказано в опубликованной в Chicago Daily News статье, Лайпс наклонился к Ректору и сказал: «Слушай, Дин, я никогда раньше не делал ничего подобного». У Ректора округлились глаза, а Лайпс, «следуя старинному хирургическому правилу, прижал кончик мизинца к втянутому пупку, а большой палец установил на гребне подвздошной кости, после чего указательный палец сам уткнулся в точку, где надо было выполнить разрез».
Удаление аппендикса – самая распространенная хирургическая операция. Довольно часто, как в случае с Дином Ректором, аппендэктомия становится необходимой неожиданно и в самых неподходящих условиях. Придя на работу, понаблюдайте за своими коллегами. Возможно, кого-то из них несчастный случай лишил глаза. Вы не увидите ни одного, у кого не было бы сердца, но я готов биться об заклад, что у многих нет аппендикса. Этих людей, лишенных червеобразного отростка, вы не выделите из общей массы; на их коже нет стигм или каких-либо других страшных последствий аппендэктомии. Возможно, что аппендикса нет и у вас. Но независимо от этого было бы уместно задать вопрос: если аппендикс причиняет людям так много неприятностей, а его отсутствие куда менее заметно, чем отсутствие штанов (на это вы бы обязательно обратили внимание, взглянув на коллегу), то зачем он нам вообще нужен? Ответ, как мы увидим дальше, имеет отношение к нашим кишечным микробам и к истории нашей эволюции. Аппендикс имеет смысл только в контексте нашего эволюционного прошлого, но члены экипажа подводной лодки едва ли в тот момент размышляли над этими проблемами. Люди смотрели на Дина Ректора, который, широко раскрыв рот, громко стонал.
Лайпс, собравшись с духом, сделал разрез.
Аппендикс – это отходящий от слепой кишки продолговатый кусок плоти размером с мизинец. Однако, несмотря на свой малый (относительно других органов) размер, он все же достаточно велик и заслуживает отдельного описания. На вопрос о том, что делает в организме аппендикс, можно дать очень распространенный ответ. Сердце качает по сосудам кровь. Почки очищают ее и регулируют артериальное давление. Легкие поглощают из воздуха кислород и выделяют в атмосферу углекислый газ. Что же касается аппендикса, или червеобразного отростка, то он, кажется, просто висит, как и положено слепому отростку. За триста лет, прошедших после первого удаления аппендикса у живого человека, этому небольшому органу приписывали массу способностей – иногда сверхъестественных, но по большей части банальных. Возможно, аппендикс является частью иммунной системы. Возможно, он играет какую-то роль в нервной регуляции. Может быть, он секретирует гормоны и влияет на работу мышц. Но в принципе в медицинской науке преобладало мнение, что аппендикс в организме не делает вообще ничего. Это рудимент, такой же, как соски у мужчин или кости задних конечностей у кита; то есть заметный, но никому не нужный пережиток прошлого[53]. Это неверный ответ, но вплоть до недавнего времени мы об этом не знали.
История наших попыток понять, в чем заключается функция аппендикса, началась задолго до операции Лайпса, но в этой истории было больше предположений, чем истинного понимания. Главным доказательством того, что аппендикс является обычным рудиментом, служил тот факт, что после его удаления с людьми не происходит ровным счетом ничего. Это считалось логически обоснованным окончательным доказательством. Хирурги (а в случае Лайпса – техники кабинета ЭКГ) удалили миллионы аппендиксов. За результатом они наблюдали приблизительно так же, как вы могли бы наблюдать за результатом удаления ненужного бревна из стены вашего загородного дома. Если дом после этого не рухнул, то вы испытываете громадное облегчение, слегка подпорченное беспокойством во время сильного ветра. Однако «ветры» дули, но людям, перенесшим аппендэктомию, не становилось хуже, и они не умирали молодыми. Их дома продолжали стоять крепко и непоколебимо. Если бы роль аппендикса в организме была по-настоящему важной, то лишившиеся его люди (по крайней мере некоторые) начали бы болеть[54]. Но перенесшие операцию, подобно морским свинкам в стерильных камерах, и не думали болеть, поэтому представлялось совершенно ясным, что аппендикс – это пережиток прошлого. Возможно, он что-то делал, когда мы были обезьянами, а может, и еще раньше, когда мы, словно мелкие грызуны, жили среди громадных динозавров. Да, вполне вероятно, что в организме наших далеких предков аппендикс и играл какую-то жизненно важную роль, но теперь он просто болтается среди кишок, как язык колокольчика, который иногда, как в случае Дина Ректора, начинает панически трезвонить: «Я здесь, удалите меня немедленно!»
Но с гипотезой о том, что червеобразный отросток – это всего лишь антикварная безделушка, бесполезный рудимент, были и кое-какие проблемы. Во-первых, аппендикс иногда убивает. Если воспаленный аппендикс не удалить, то вероятность гибели пациента независимо от его возраста приближается к пятидесяти процентам. Согласно статистике, один из шестнадцати человек в общей популяции заболевает острым аппендицитом[55], следовательно, если в этих случаях не удалять аппендикс, то каждый тридцать второй человек умрет от аппендицита. Если бы исторически каждый тридцатый человек умирал от воспаления червеобразного отростка, само присутствие которого, размер и форма запрограммированы генетически (что представляется вполне правдоподобным), то не потребовалось бы много поколений на то, чтобы ген крупного аппендикса (или даже аппендикса вообще) полностью исчез из человеческой популяции[56]. При прочих равных условиях гены, которые убивают или даже просто ослабляют нас, надолго в генофонде не задерживаются. Рыбы, которые в процессе эволюции приспособились к жизни в подводных пещерах, очень скоро лишились глаз, ибо в темной пещере глаза не нужны, не говоря уже о том, что с точки зрения биоэнергетики сохранение глаз в такой ситуации слишком дорого обходится организму[57]. Если бы наличие аппендикса было излишним и вредным, то он давно бы исчез, как исчезли глаза у пещерных рыб. Кстати сказать, они утратили не только глаза, но и их нервные связи. У этих рыб редуцировались участки мозга, отвечавшие за зрение. Но подобная судьба не коснулась аппендикса, он остался, несмотря на миллионы смертей на его счету.
Еще одна проблема с этой гипотезой заключается в обезьянах. Если наш аппендикс действительно всего лишь бесполезный рудимент, то мы можем присмотреться к нашим ближайшим родственникам и выяснить, что делал когда-то наш червеобразный отросток. Чем занимался аппендикс в организмах наших предков, каковы его нынешние функции в организмах наших родственников? Если наш аппендикс – всего лишь рудимент, то можно ожидать, что у обезьян этот орган развит лучше, чем у нас, и приносит обезьянам больше пользы. По идее, у шимпанзе аппендикс должен быть меньше, чем у других обезьян, так как они являются нашими ближайшими родственниками, а их образ жизни (и полезность аппендикса при таком образе жизни) близок нашему. У пещерных рыб нет глаз, так как они бесполезны и дорого обходятся, но мы можем исследовать родичей пещерных рыб и выяснить, какую роль глаза играли в жизни их предков. Точно так же мы можем исследовать наших родичей и выяснить, что делал аппендикс в организме наших предшественников.
Здесь кроется суть проблемы и самая интересная часть истории. Оказалось, что у людей и некоторых человекообразных обезьян аппендикс хорошо развит и имеет более сложную структуру, чем у низших широконосых обезьян, например у мартышек. Это позволяет утверждать, что для нас червеобразный отросток важнее, чем для наших предков[58]. Полученные данные противоречат нашим ожиданиям – ведь мы исходили из рудиментарности аппендикса. Что все это может значить? Скорее всего, аппендикс, долгое время считавшийся бесполезным, все же имеет (или совсем недавно имел) для нас какое-то значение. Более того – его значение, видимо, настолько велико, что особи с хорошо развитым червеобразным отростком живут дольше и оставляют более многочисленное потомство, которое передает дальше гены сложного и отлично развитого аппендикса. Собственно, мы вновь пришли к началу нашей истории. Исследование других приматов привело нас к выводу о том, что наш аппендикс – во всяком случае, в недавнем эволюционном прошлом – имел для нас очень большую ценность. Но какую?
Вопрос, выполняет ли аппендикс какую-либо функцию или просто является бесполезным придатком слепой кишки, в течение сотен лет ждал своего исследователя. Никто в мире не занимался этой проблемой всерьез. Подобно многим другим важным вопросам, этот, как правило, служил лишь предметом застольных бесед. После обеда о нем благополучно забывали. Во всем мире хирурги провели в операционных тысячи часов, удаляя червеобразные отростки. Их удалили так много, что эта операция стала считаться рутинной – удалить аппендикс стало так же прозаично, как, скажем, открыть банку кока-колы или оторвать черенок от помидора. Большинство врачей вообще перестали задумываться о пользе или вреде аппендикса, бросая очередной отросток в таз. Никто (даже вопреки здравому смыслу!) не учитывал возможность того, что аппендикс играет какую-то роль во взаимоотношениях организма и населяющих его микробов.
Но вернемся на подводную лодку, где Уилер Б. Лайпс вскрыл брюшную полость Дина Ректора и принялся изучать его кишечник. Об аппендиксе Лайпс знал приблизительно столько же, сколько все остальные люди, – то есть практически ничего. Правда, осознание того, что он невежда не более прочих, было слабым утешением как для Лайпса, так и для Ректора. Пот заливал глаза Уилера, и он то и дело просил своих помощников вытирать ему лоб. Перед ним на столе лежал человек со вскрытым животом. Операция измотала Лайпса. В течение двадцати минут он тщетно искал червеобразный отросток. Сначала он «поискал на одной стороне слепой кишки, а потом на другой». Лайпс начал сомневаться в своих силах.
Когда уже начало казаться, что все пропало, аппендикс, наконец, был найден. Оказалось, что он свернулся змеей и втянулся в просвет слепой кишки. Лайпс удалил отросток, бросил его в кувшин, снял с лица Ректора губку с эфиром и кетгутом зашил рану. Все необходимые инструменты у Лайпса были наготове. Нитки он отрезал маникюрными ножницами.
Никто не знал, суждено ли Ректору жить или умереть, но аппендикс лежал в кувшине, выставленный на всеобщее обозрение. Если бы Лайпс внимательно присмотрелся к удаленному им органу, то обнаружил бы много интересного. Во-первых, он заметил бы, что аппендикс заполнен лимфатической тканью – признак отношения к иммунной системе. Лайпс бы увидел, что изнутри аппендикс покрыт бактериями – толстым ковром из тесно прижавшихся друг к другу разнообразных бактериальных клеток (таким же ковром покрыты хитиновые панцири муравьев). При правильном освещении Лайпс мог бы обратить внимание на то, что аппендикс очень напоминает своего рода пещеру. Но Лайпс, естественно, ничего этого не заметил. В тот момент его меньше всего занимал вопрос, зачем нужен был Ректору его аппендикс. Лайпса намного больше интересовало, как Ректор перенесет действие эфира и когда у него самого и его помощников пройдет возбуждение, вызванное всплеском адреналина, бушевавшего в их крови все несколько часов этой операции. Подводная лодка покачивалась в волнах, а в такт ей покачивался и аппендикс в кувшине, и Ректор на импровизированном операционном столе.
Через несколько дней стало окончательно ясно, что Ректор пошел на поправку. Лайпс стал героем. До конца дней его будет окружать ореол доблести и творческих способностей. Но в истории изучения человеческих аппендиксов (включая и ваш) нельзя не отметить еще одного незаурядного человека, который видел невероятное количество аппендиксов в кувшинах и тазах, присмотрелся к ним внимательно и обнаружил ключ к пониманию загадки червеобразного отростка.
Рэндал Боллингер – почетный профессор университета Дюка в Дареме (Северная Каролина). Сам он утверждает, что отошел от дел и наслаждается заслуженным отдыхом. Отправьте ему письмо по электронной почте, и вам придет автоматически сгенерированный ответ: профессора не будет на месте до 2050 года[59]. В науке принято считать, что способность порождать новые идеи достигает своего пика в возрасте, из которого Боллингер давно вышел. Успех редко приходит к неоперившимся цыплятам и старым облезлым петухам. Но всякий стандартный подход имеет свои недостатки и ограничения. Стандарт упускает из вида опыт и объем наблюдений. Да, лучшие свои произведения Пикассо создал во времена бурной молодости, но его другу Матиссу, как хорошему вину, потребовалось несколько десятилетий для совершенного созревания таланта. Свои лучшие полотна Матисс написал в возрасте между семьюдесятью одним и восемьюдесятью пятью годами[60], ну а Боллингер продолжал работать с человеческими организмами и размышлять об их природе. Они были его холстами, которые он постоянно подправлял и делал на них открытия. Боллингер понимал, что у организма всегда найдется в запасе пара-другая тайн, которые надо разгадать. Одной из таких тайн и был аппендикс.
За время своей трудовой деятельности Боллингер видел тысячи аппендиксов – в животах больных, на операционных столах и в тазах для удаленных частей тела. Он знал, что червеобразные отростки заполнены тремя вещами: иммунной тканью, антителами и бактериями. Именно бактерии становятся главной проблемой при разрыве аппендикса. Когда это происходит, бактерии, находящиеся в кишках и аппендиксе, попадают в полости тела и вызывают опасную для жизни инфекцию.
Многие люди видели то же самое, что и Боллингер. Но большинство их проигнорировало увиденное, как, впрочем, и мы все игнорируем значительную часть того, что попадается нам на глаза. Однако в случае Боллингера простые наблюдения относительно естественной истории аппендикса оказались полезными и плодотворными. Обнаруженные им факты и проницательность его коллеги Билла Паркера из медицинского центра университета Дюка помогли совершить удивительное открытие. Во время рутинного лабораторного коллоквиума в 2005 году Паркер и Боллингер беседовали со студентами и докторантами о своих последних исследованиях. Функция аппендикса никогда не была темой этих обсуждений, и на этот раз коллоквиум не был исключением из правила – по крайней мере, поначалу. Но тот день Паркер запомнил на всю жизнь. Он даже помнит, на каком стуле сидел в тот день. У Боллингера, вспоминает Паркер, «был такой вид, словно он наткнулся на какое-то сокровище». Он некоторое время молчал, а потом задумчиво, как будто обращаясь к самому себе, но достаточно громко произнес: «Бьюсь об заклад, я знаю, что делает в организме аппендикс». Вот так, без особого повода, на коллоквиуме развернулась интересная дискуссия. Студенты онемели от неожиданности. Боллингеру и Паркеру очень скоро стало ясно, что за несколько минут этого ясного весеннего утра они решили проблему, которую до них не могли решить на протяжении пяти сотен лет. Они внезапно нашли очевидный ответ. В тот день Боллингер и Паркер пришли к выводу, что аппендикс – это дом и убежище для бактерий. Аппендикс возник как место, где бактерии могут спокойно жить и размножаться и где их не беспокоит кишечная перистальтика. Аппендикс – это тихая гавань, уютный закоулок. Из этого закоулка, решили профессора, бактерии могут заново колонизировать кишечник после того, как флора вымывается из него во время разных заболеваний. Например, холера вызывает такую интенсивную рвоту и такой профузный понос, что из желудочно-кишечного тракта вымывается масса бактерий. При холере этот эффект представляется адаптационным, то есть приспособительным. Когда клетки холерного вибриона изгоняются из организма (и чаще всего попадают в системы водоснабжения), то они передаются следующим жертвам с такой же неизбежностью, как если бы переносчиками были комары. Холерный вибрион запускает весь этот процесс, в избытке производя соединения, которые, не являясь чрезмерно токсичными, тем не менее вызывают такую реакцию, словно в кишечник попало большое количество ядовитых веществ. В такой ситуации аппендикс может стать для бактерий спасительной гаванью.
В этот момент на свете нашлось бы мало того, во что Боллингер и Паркер верили бы больше, чем в свою новую гипотезу. Возможно, что человеческое тело устроено так же сложно, как муравьиное сообщество. Теперь надо было решить, что делать дальше. Можно было либо немедленно опубликовать посетившую их идею, либо сначала ее проверить. Паркер и Боллингер, скрепя сердце, решили все же для начала проверить свою гипотезу. Для этого им, конечно, придется «хорошенько покопаться в кишечнике с подвешенным к нему аппендиксом». Если бы они тогда знали, что проверка гипотезы займет два бесконечно долгих года.
Озарение, снизошедшее в тот день на Боллингера, Паркера и других сотрудников лаборатории, не могло посетить кого-то одного из них. Новое знание явилось в результате соединения опыта и знаний каждого из них. Потребовался опыт Боллингера, изучавшего морфологию и структуру червеобразного отростка. Не менее важным было в этом отношении открытие, сделанное Паркером за десять лет до этого. Паркер тогда изучал антитела и читал литературу о том, как они реагируют на бактерии. Читая научные статьи, он понял две вещи: во-первых, то, что антитела иногда не атакуют, а, наоборот, помогают бактериям, и, во-вторых, что аппендикс – по необъяснимым пока причинам – буквально забит антителами. Странным казалось не только то, что такой, судя по всему, бесполезный орган вообще существует. Странным было и то, что он заполнен антителами, производство которых очень недешево обходится организму. Никто не задавался вопросом, что может быть тому причиной.
Антитела обычно описываются как часть защитной системы организма, как вторая линия его обороны, на которую наталкивается чужеродный агент, сумевший проникнуть в тело сквозь барьеры первой линии, например сквозь слизистую оболочку носа. Но это только часть правды. На самом деле главное занятие антител – это отличать клетки нашего тела от клеток других организмов. С точки зрения антител, весь мир населен двумя типами клеток – «свои» и «чужие». Вся жизнь антител проходит в распознавании этих двух типов клеток и в запуске соответствующих иммунологических реакций – ответов на вторжение в организм «чужих» клеток[61].Антитела являются древним компонентом нашей иммунной системы. По механизму своей активности наша иммунная система не отличается от систем крыс и лягушек, так как сотни миллионов лет назад, когда жили наши общие предки, эта система уже доказала свою несомненную эффективность.
Паркер начал читать о том, что другие биологи уже знали об определенном классе антител – об иммуноглобулинах А. Антитела этого вида типичны для человеческого кишечника. В поисках материалов об иммуноглобулинах А Паркер читал то же самое, что читали до него сотни ученых. «Основная функция иммуноглобулинов А состоит в поиске и идентификации бактерий, находящихся в кишечнике», чтобы другие элементы иммунной системы могли атаковать распознанные чужеродные бактерии и вытеснить их из кишечника и из организма. Но Паркер чувствовал, что в этой картине что-то не так.
Здесь я хотел бы немного отвлечься от повествования и сказать, что наука – по крайней мере в некоторых деталях – состоит из ошибок. Исправление ошибок – это то, чем сотни и тысячи ученых занимаются в своей повседневной научной деятельности. Вся надежда на то, что истина в конце концов все же пробьет себе дорогу, а ошибки будут вытеснены (фигурально выражаясь) в кишечник и удалены прочь. Но подчас этот процесс требует немалого времени и трудов. Иногда заблуждение прикидывается истиной довольно долго, ибо об ошибках пишут в учебниках и их заучивают поколения молодых ученых[62]. Находить и исправлять такие застарелые ошибки и заблуждения – занятие трудное и неблагодарное. Но если вам удастся это сделать – неважно, в результате внезапного озарения, терпения, прилежного чтения, везения или сочетания всех или некоторых из этих факторов, – то это будет похоже на то, как если бы вы на нью-йоркском Центральном вокзале обнаружили ведущую в волшебный мир потайную дверь. После такого открытия хочется останавливать всех встречных и спрашивать: «Как вы могли не заметить этого раньше?»
Просматривая статьи об иммуноглобулине А, Паркер читал то же самое, что до него читали и другие иммунологи, но ему в этих статьях виделось нечто несуразное. Присутствовали все части картины, но соединялись они неправильно. Создавалось впечатление, что смотришь на человека, у которого ступня растет прямо из бедра. В статьях, вышедших в семидесятые годы, писали, что бактерии, атакуемые иммуноглобулинами А, имеют на своей поверхности специальные рецепторы. Их можно сравнить с микроскопической дверью, специально устроенной таким образом, чтобы антителам было удобнее атаковать бактерию. Но скажите на милость, зачем бактериям двери для тех самых антител, которые атакуют их и выводят из организма? Это выглядит так же, как если бы китайцы, построив свою Великую стену, пристроили бы к ней с внешней стороны Великую лестницу. Зачем строить для врагов удобные проходы? Читая литературу, Паркер со временем обнаружил еще более странные вещи. Недавние исследования показали, что у людей и подопытных мышей с отсутствием иммуноглобулина А бактерии с рецепторами к нему исчезают.
Паркер, занимаясь исследовательской медицинской деятельностью, изучает возможности ксенотрансплантации – то есть пересадки органов животных одного вида представителям других видов. Его задача – найти приемлемое медицинское решение, отыскать способ его реализации и клиническое применение. Понимание свойств иммуноглобулина А и сходных антител показалось Паркеру ключом к решению проблемы. Если ученым удастся временно блокировать или каким-то образом изменить активность этих антител, то человеческий организм сможет принять, допустим, легкие обезьяны или сердце свиньи как свои собственные. (В мечтах Паркер видел газетные заголовки типа «В Кливленде произведена пересадка человеку легких свиньи».) Но помимо своей основной деятельности, Паркер всегда очень живо интересовался радикальными новыми идеями. Он любит их и искренне им радуется. Теперь, когда он серьезно взялся за проблемы ксенотрансплантации, у него появились и новые идеи по поводу иммуноглобулина А. Если он окажется прав, то в учебниках по биологии придется заново переписывать целые главы.
Итак, в один прекрасный день 1996 года Билл Паркер сидел в своей лаборатории, размышляя о том, что ему известно об иммуноглобулине А. Такие моменты переживали многие ученые (наверное, так чувствует себя ягуар, поймавший броненосца) – они напряженно думали, как проникнуть под броню фактов и найти закономерность, связывающую их в единое целое. Иногда вскрыть броненосца так и не удается, и он спокойно гуляет по лаборатории – целый и невредимый. Но столь же часто ягуару все же удается обнаружить в броне слабое место. Вот и Паркеру показалось, что он нашел верное объяснение, которое придавало смысл всем его разрозненным наблюдениям. Ответ был очевиден, и не требовалось никаких новых исследований, по крайней мере пока. Если теория Паркера окажется верна, то она перевернет все наши нынешние представления о самых распространенных антителах нашего кишечника.
Откровение, посетившее Паркера в 1996 году, состояло в следующем: если организм с помощью иммуноглобулинов А пытается освободиться от бактерий, то он тем самым оказывает себе поистине медвежью услугу. Если бактерии пытаются избежать контакта с антителами класса иммуноглобулинов А, им это также не удается. Они не только оставили дверь открытой, но и поменяли замок таким образом, чтобы он подходил для ключа – антител класса IgA. Естественно, у бактерий нет никаких дверей и специальных рецепторов к иммуноглобулинам А; справедливо также и обратное. Дело в том, что на поверхности антител IgA присутствуют определенные сахара. Бактерии распознают эти сахара и реагируют на них. Мысль Паркера заключалась в том, что все иммунологи, до сих пор изучавшие действие иммуноглобулинов А в нашем кишечнике, заблуждались относительно их функции. На самом деле они помогают бактериям! Антитела способствуют слипанию бактерий в конгломераты и их закреплению на слизистой кишечника. Эта фиксация препятствует вымыванию бактерий из просвета кишки.
Иммуноглобулины класса А помогают бактериям тем, что сооружают для них подобие строительных лесов, на которых бактерии соединяются вместе, образуя биопленку – сообщество разнородных бактериальных клеток. Биологические пленки очень широко распространены в природе – их, например, образуют бактерии, живущие на муравьях-листорезах. Паркер ничего не знал о листорезах, но знал, что подобное взаимодействие встречается в мире растений. Он понял, что бактерии в кишечнике человека поразительно схожи с бактериями, обитающими на корнях растений. Что, если человеческий организм, как и растения, вырабатывает вещества, способствующие прилипанию бактерий? Что, если иммуноглобулины не воюют с бактериями, а, наоборот, помогают им удержаться на слизистой кишки?
Для того чтобы проверить эту идею, Паркеру нужно было в лабораторных условиях смоделировать взаимодействие иммуноглобулинов А с кишечными микробами. Ученый начал выращивать клетки слизистой оболочки кишечника на пластиковых пленках, а затем добавлял в эти культуры бактерии. По всей лаборатории были расставлены пробирки с невообразимой дрянью. Для усиления роста клеток в культуры добавляли человеческие экскременты. Иногда путь к открытию приходится прокладывать через незнакомый лес, где взору исследователя вдруг открываются неведомые ранее чудеса. Но бывает, что роль леса исполняет лаборатория, заполненная бактериями, выделенными из человеческих экскрементов. Всякому стороннему наблюдателю эта картина показалась бы ужасной и даже вульгарной – но не Паркеру, которому лабораторный запах казался сладким запахом открытия.
В 1996 году у Паркера не было ничего, кроме идеи, но она имела колеса и могла двигаться. Это и надо было проверить. Опыты заняли целых семь лет. Наконец, Паркеру удалось показать, что если к биопленкам добавлять иммуноглобулины А, то пленки растут быстрее и достигают большей толщины. В присутствии иммуноглобулинов А к клеткам кишечника прилипало вдвое больше бактерий. Если же к пленкам добавляли фермент, расщепляющий иммуноглобулины А, то пленки распадались. Паркеру показалось, что он нашел убедительные доказательства своей правоты, но… сначала ему никто не поверил. Колеса идеи прокручивались вхолостую. Никто не давал денег на исследования, ни один журнал не принимал его статьи. Наконец, в 2003 году Паркеру удалось опубликовать статью. Но заметят ли ее? Не канет ли она в Лету вместе с другими безвестными идеями? Паркер мог быть тысячу раз прав, но это не гарантировало признания.
Наконец в 2004 году случился прорыв. Джеффри Гордон, известный и заслуженный ученый, получавший в виде грантов миллионы долларов и имевший в своем распоряжении дюжину докторантов, написал теоретическую статью в поддержку идеи Паркера[63]. Статья Гордона стала неким порогом, необходимым толчком, и вскоре тем, кто выжидал, было дано разрешение поверить Паркеру. Со скоростью приливной волны, захлестывающей корни мангровых зарослей, идея Паркера превратилась из ереси если и не в догму, то, во всяком случае, в признанную теорию. Стало очевидно, что основной функцией иммуноглобулинов А является помощь бактериям. В своих лабораторных исследованиях, результаты которых изначально никто не хотел публиковать, Паркер показал, что в присутствии иммуноглобулинов А бактерии растут в пятнадцать раз быстрее, чем в отсутствие IgA. Следовательно, иммуноглобулины не просто помогают бактериям, но и делают это очень активно!
Идея Паркера, несмотря на свою внешнюю непритязательность, оказалась поистине революционной. Когда Паркер приступал к своей работе, все были убеждены, что первоочередная задача нашей природной иммунной системы – воевать с бактериями. Дело было закрыто. Теперь Паркер и многие ученые стали отстаивать абсолютно противоположную точку зрения. Антитела иммуноглобулинов класса А, стучась в двери бактерий, не атакуют их. Иммуноглобулины помогают бактериям, поставляя вещества, позволяющие им образовывать структуры, называемые биологическими пленками. Паркер и Боллингер показали, что такие пленки выстилают слизистую оболочку большей части толстого кишечника и аппендикса. На микроскопических срезах был отчетливо виден ковер, состоящий из плотных рядов коротких стержней и напоминающий строй солдат, стоящих плечом к плечу[64]. С медицинской точки зрения эти биологические пленки всегда рассматривались как зло. Такие пленки охотно вырастают на стенках лабораторных пробирок и на прочем лабораторном оборудовании. Но в нашем кишечнике биопленки, возможно, играют положительную роль, может быть, они нам даже необходимы. Мы еще вернемся к вопросу о том, для чего хороши эти бактериальные пленки, а пока вспомним, что рассуждения Билла Паркера – это еще не конец истории.
Рэндал Боллингер, воспользовавшись идеей (а теперь уже и открытием) Билла Паркера, предложил свое объяснение функции аппендикса в человеческом организме. Если иммунная система помогает бактериям кишечника и если аппендикс – это то место, где мы встречаем наибольшую концентрацию иммунной ткани и антител (причем скорость отмирания клеток здесь сравнима скорее с тихой заводью, нежели со стремительной рекой), то, вероятно, именно в аппендиксе антитела в наибольшей степени помогают бактериям. Аппендикс – это маленький инкубатор, отделенный от быстрого потока, несущегося по кишечнику (и отгороженный от плывущих в этом потоке патогенных бактерий), эдакий дзен-буддийский садик микробной жизни.
Боллингеру и Паркеру пришлось ждать возможности исследовать человеческие кишки, чтобы подтвердить предположение Боллингера о том, что бактериальные пленки должны быть наиболее плотными именно в аппендиксе. Когда ученые наконец получили ожидаемое, им удалось подтвердить справедливость гипотезы Боллингера. Просвет кишок оказался густым лесом из клеток, это был даже не лес, а настоящее гнездо жизни. Интерпретация Боллингера заключалась в следующем: в виде биопленки аппендикс содержит огромное количество бактерий, которые, в свою очередь, оказывают нашему организму неоценимые услуги. Помимо этого, Боллингер считает, что аппендикс – это тихая гавань для микробов. Когда патогенные микроорганизмы вытесняют из кишок полезные бактерии, аппендикс служит источником повторной колонизации кишечника после стихания инфекции.
В настоящее время то, что предлагают Паркер, Боллингер и их коллеги, – это единственное правдоподобное объяснение тех феноменов, которые мы наблюдаем в аппендиксе. Эта гипотеза позволяет объяснить и другие аспекты функции аппендикса, которые до сих пор плохо поддавались пониманию. Теория, предложенная учеными, объясняет, почему аппендицит больше распространен в развитых, а не в развивающихся странах, где люди вообще чаще страдают от кишечных инфекций и паразитов. Такой подход позволяет объяснить этот феномен тем, что в развивающихся странах аппендикс до сих пор выполняет свою задачу восполнения микробной флоры кишечника. В развитых же странах аппендикс нечасто встречается с патогенными бактериями. Ему недостает стимуляции, как и всей иммунной системе в отсутствие паразитов и/или патогенных бактерий. Таким образом, аппендицит, как и большинство так называемых современных болезней цивилизации, является результатом изгнания других организмов из нашей повседневной жизни. Аппендикс воспаляется, потому что наш организм за отсутствием другой мишени ополчается против самого себя. Смерть все же нашла Дина Ректора, первого человека, которому выполнили аппендэктомию на подводной лодке. Спустя некоторое время он погиб в результате неисправности выпущенной торпеды, которая, покинув лодку, развернулась и поразила ее. Она ополчилась на подводную лодку точно так же, как аппендикс Дина Ректора восстал против своего хозяина. Но на этот раз у Дина не было никаких шансов избежать гибели.
Это было совершенно неожиданное открытие: выяснилось, что наша иммунная система, включая аппендикс, может помогать живущим в кишечнике бактериям, а не сражаться с ними. Это знание перевернуло наши прежние представления, полученные в результате опытов на содержавшихся в огромных стерильных камерах морских свинках. Оно показало, что мы можем получать и получаем пользу от микробов, причем настолько большую, что ради этого стоило научиться продуцировать антитела для улучшения условий жизни микробов в кишечнике. Вместе с этими знаниями, добытыми в результате трудов Эми Кросвелл, Билла Паркера и Рэндала Боллингера, возникла и новая научная отрасль. На протяжении всей истории медицины мы всегда плохо думали о других биологических видах[65]. Нас убивают бактерии, грибы, глисты, вирусы, простейшие и многие другие мрачные злодеи, имя которым – легион. Изначальное мнение, что бактерии являются нашими смертельными врагами, помешало работавшим до Паркера биологам и медикам увидеть и разглядеть то, что увидел и разглядел он. В самом лучшем случае считалось, что бактерии и другие микроорганизмы могут быть безразличны нашему организму. Но никто даже не предполагал, что бактерии могут нам помогать. Симбиоз как форма взаимовыгодного сожительства была оставлена на откуп экологам, изучающим разные непонятные организмы – например, муравьев и термитов в дальних странах.
История о кишках, аппендиксе и их бактериях – это лишь верхушка айсберга, и мы только начинаем искать то, что скрыто под поверхностью. Наши организмы приспособились к взаимодействию и с другими видами, отличными от бактерий. Мы с вами, как и все другие люди, очень похожи на колонии муравьев-листорезов в том, что тоже зависим от других биологических видов, без которых мы перестали бы быть самими собой. Мы воображаем себя крепостью, осажденной бактериями, но на самом деле это не так. Микробы интегрированы в наши тела, представляют собой их неотъемлемую часть. При изучении поперечных срезов наших кишок трудно бывает сказать, где кончаются микробы и начинается ткань кишки. Антитела класса иммуноглобулинов А не определяют «хорошие» бактерии как чужие. Для антител они неотличимы от клеток нашего организма. Этот взгляд пока чужд медицинскому сообществу, но экологи давно с ним освоились. Совместная жизнь с бактериями – это норма, стерильное существование – аномалия.
Нам трудно воочию представить себе взаимодействие наших тел с другими биологическими видами, и, вероятно, это положение сохранится и в ближайшем будущем. Мы, конечно, можем представить себе наши кишки и даже тот маленький домик для бактерий, который существует во многих из нас в виде червеобразного отростка. Но представление это весьма смутное. С другой стороны, воссоздание картины гнезда муравьев-листорезов нам вполне по силам и предоставляет нам окно, через которое можно заглянуть в его святая святых. Совсем недавно биологи провели интереснейший эксперимент по выявлению структуры муравейника листорезов. В гнездо залили большое количество воды, а потом высыпали несколько грузовиков цемента. Консистенция раствора была более жидкой, чем обычно, и цемент заполнил все ходы и туннели внутри муравейника, даже самые мелкие. Поток раствора убил рабочих муравьев, потом личинок и, в конце концов, матку. В итоге получился слепок муравейника, его, так сказать, негатив. Подобный эксперимент был проведен с гнездами и других видов муравьев, но по величине они даже близко не подходят к гигантскому поселению листорезов.
Раствор заливали в муравейник на протяжении нескольких дней и заполнили всю его полость. Потом ученые выждали некоторое время, чтобы дать раствору затвердеть, после чего принялись медленно откапывать полученный слепок. Постепенно из-под земли выступала сложнейшая конструкция из камер и туннелей. Сцена походила на археологические раскопки. Биологи словно выкапывали из песка фигуры китайских терракотовых воинов – сначала головы, потом плечи, потом все остальное туловище. Рабочие продолжали копать, но до конца работы было далеко. Из-под земли появлялись все новые и новые туннели и камеры. На пятый день рабочие наконец выкопали гнездо целиком, оставив в земле отверстие глубиной в десять и шириной в двадцать футов. По форме муравейник напоминал сердце, пульсирующий центр которого был когда-то наполнен живыми насекомыми. Теперь это был безжизненный натюрморт. От сердца отходили артерии и вены, перемежающиеся камерами, где тоже совсем недавно кипела жизнь. Проявив терпение, можно было рассмотреть и детали: помещения для отходов, камеры с висящими на потолках грибами, глубокое жилище королевы. Здесь было все необходимое для жизни. Слепок был сделан мастерски, он представлял собой настоящее произведение искусства, плод совместного труда муравьев и людей – хотя в первую очередь, конечно, муравьев. Более мелкие слепки муравейников можно увидеть в музеях, но слепок гнезда муравьев-листорезов был очень велик для выставочного экземпляра, чрезмерно велик. Люди сидели вокруг него, как в картинной галерее, – то отходя на некоторое расстояние, чтобы оценить перспективу, то подходя ближе, чтобы рассмотреть детали. Самое сложное – это включить перспективу в научное исследование.
Физически гнездо муравьев было создано эволюцией для комфортного проживания не только муравьев, но и их биологических партнеров. Для того чтобы проветривать грибные камеры, в муравейнике проложены специальные туннели. Сами камеры устроены так, чтобы максимально облегчить рост грибов. Помещения для отходов расположены в некотором отдалении, чтобы патогенные гнилостные бактерии не смогли добраться до грибов. Наше тело подобно муравейнику, оно создано из множества разнообразных клеток и микроорганизмов разных видов. Поражает другое: мы удивлены, но не шокированы сложностью взаимоотношений между муравьями и микробами, однако не ожидаем подобной сложности от собственного организма. Мы охотно верим в то, что жизнь колонии муравьев зависит от множества микробов, живущих на телах насекомых и в их кишечнике, а также от чужеродных грибов. Мы верим в то, что даже незначительные изменения в растительном сообществе вокруг муравейника могут в корне изменить облик колонии. Но мы никак не можем примириться с тем, что все это верно и для жизни наших собственных организмов. Мы думаем о себе как о чрезвычайно сложных животных, но почему-то считаем, что сложность взаимоотношений с микробами, грибами и паразитами касается не нас, а животных других видов.
Аппендикс – это окно с видом на наше сходство с муравьями и другими формами жизни. Вскройте аппендикс, извлеките наружу его содержимое и изучите его. Да, оно выглядит несколько неопрятно, но все же это книга, которую можно и нужно прочесть. Она расскажет о том, что наш организм создал уникальное (даже если сравнить с близкородственными нам видами) вместилище для бактерий; придаток, заполненный иммуноглобулинами А, помогающими удерживать в кишечнике столь нужные нам бактерии. Аппендикс и иммуноглобулиновые антитела – это модельное представление о нашем теле в целом, об организме, который действительно борется с некоторыми враждебными видами, но при этом – осознаем мы это или нет – выработал у себя способность помогать другим видам – как таким малым, как бактерия, так и таким крупным, как корова.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.