Значение исследований. Как использовать информацию из бактериальных «бесед»
Доктор наук по физике и нанотехнологиям, Фатима Аз-Захра Аль-Атракчи является автором проекта «Преддиагностика». Суть ее исследований – изучение особенностей взаимодействия бактерий Синегнойной палочки, вызывающих инфекционные процессы в организме людей с ослабленным иммунитетом. Наблюдая длительное время за пациентами с муковисцидозом, ученый обнаружила последовательность действий бактерий. Она надеется, что возможность «подслушивать» беседы микробов и понять их намерения позволит в дальнейшем приступать к лечению инфицированных пациентов на ранних стадиях, до проявления первых симптомов болезни. Что, в свою очередь, может спасти множество жизней.
Выступление Фатимы Аз-Захра Аль-Атракчи
В своем докладе Фатима Аз-Захра Аль-Атракчи отметила, что, невзирая на свою «невидимость», бактерии неизменно находятся рядом с нами. Окружая человека со всех сторон, они не просто существуют – обладая возможностью планировать будущие действия, эти микроскопические существа тщательно готовят губительные атаки на организм человека. И делают они это сообща, переговариваясь и подготавливаясь к одновременному наступлению.
Микробы не живут поодиночке, их сообщества насчитывают большое число отдельных особей. Так они создают целые семьи – и внутри таких семей постоянно наблюдаются процессы общения. Подобно межличностным отношениям людей, между бактериями также происходят конфликты и перемирия. Они обманывают друг друга, враждуют с другими «кланами» либо объединяются для достижения какой-либо общей цели.
И датчик, разработанный усилиями нанофизика, позволяет переводить сигналы микроорганизмов на понятный нам язык. Что является прекрасным способом слежения за жизнью бактерий, предоставляя возможность узнать их намерения задолго до атаки на внутренние органы человека.
Если оглянуться, можно обнаружить микроорганизмы повсюду – они живут в земле и на растениях, населяют окружающие нас бытовые предметы и активно функционируют внутри нашего тела. Но, несмотря на свое повсеместное нахождение, не все из них обладают разрушительным действием. Множество видов бактерий несут пользу для здоровья человека, участвуя в пищеварительных процессах и вырабатывая вещества для укрепления иммунитета.
Но в то же время другие виды микробов отличаются патологическим характером – их жизнедеятельность опасна для человека, так как выделяемые ими вещества способствуют развитию заболеваний и могут привести даже к смерти. Но вызывать губительные процессы они могут лишь сообща, а для этого им необходимо вырабатывать совместный план будущих действий.
Возникает вопрос – как они это делают? Оказывается, они умеют общаться. Но вместо речи им присуща способность отправлять сигнальные молекулы. Улавливая их, другие «члены» сообщества понимают посланную информацию. Логично, что для этого процесса необходимо присутствие большого количества бактерий. Это сродни человеческому крику – одинокий путник в пустыне не привлечет ничье внимание своим голосом. Так как, кроме него, вокруг нет ни души. Аналогичная ситуация происходит и в бактериальном мире – отправленные сигнальные молекулы исчезают, не достигнув «ушей» других микроорганизмов.
Но все меняется при наличии большого числа бактерий – уловив сигнальные молекулы, они чувствуют присутствие других «родственников». И с этого момента начинают общаться и планировать действия. Отправка молекул происходит постоянно, их количество накапливается – и достижение ими определенного значения воспринимается микроорганизмами как сигнал к атаке.
Фатима Аз-Захра Аль-Атракчи отметила, что, исходя из полученной информации, общение микроорганизмов можно определить в виде некой инициативы, представленной отправкой молекулы, и реакции – действия других бактерий на эту молекулу. Нанофизик подробно описала процесс исследования этого «общения» на примере биологического материала человека. Для выяснения всех особенностей микробных «переговоров» у пациентов отбирались образцы крови или слюны, после чего в эти образцы помещали электроны, отличающиеся способностью вступать в контакт с сигнальными молекулами. Расшифровка образованной связи, осуществляемая при помощи датчика, позволяет ясно понять, о каком типе бактерий идет речь, что содержится в их внутренних посылах и как долго длится их общение.
О языке бактерий. Особенности общения микроорганизмов
Приступая к первым исследованиям «речи» бактерий, Фатима Аз-Захра Аль-Атракчи ошибочно полагала, что их контакты будут носить примитивный характер, наподобие первых звуков новорожденного малыша. Однако на деле оказалось, что сигнальные молекулы отличаются богатым содержимым – и оно может быть представлено абсолютно любой информацией, в зависимости от намерений того, кто их отправил.
Поэтому датчик, осуществляющий расшифровку полученных данных, должен обладать способностью определять контекст «разговора», передавать характер беседы микроорганизмов. Сейчас наука находится лишь в начале пути изучения этого феномена – но кто знает, возможно, в будущем, даже привычный нам Гугл будет переводить «перешептывания» бактерий на понятный человеку язык.
Общение микробов ученый представила на примере двух сообществ микроорганизмов, шуточно назвав их семьями Монтекки и Капулетти. Наблюдая за жизнью сообщества Монтекки, проникшего в организм пациента, можно увидеть, как оно существует – питается, размножается и охватывает новые участки тела. Но вдруг обнаруживается колония другого типа, отличающегося от существующего. Это – бактерии семьи Капулетти. Некоторое время они мирно сосуществуют рядом, пока однажды не обнаруживается патологическая связь – у одного из бактерий Мотекки выявляется общий генетический материал с бактерией Капулетти.
Понятно, что присвоение этим двум видам сообществ фамилий известных персонажей шекспировской трагедии не случайно. Оно подразумевает развитие некого прецедента. И, подобно вспыхиванию конфликта между героями из произведения классика, между представителями двух видов бактериального мира также накаляются отношения. Микробы Монтекки жаждут доминировать в организме человека, в то время как передача их генетического материала другому виду бактерий способствует укреплению последних – представители Капулетти становятся устойчивыми к антибиотикам. Следовательно, лечение пациента препаратами безрезультатно в борьбе с обоими сообществами.
Не желая мириться более с присутствием «соседей», бактерии Монтекки выпускают сигнальные молекулы, призывающие всех членов их «семьи» к объединенной атаке на Капулетти. Реакцией на данную инициативу становится отклик остальных Монтекки – они выпускают определенные ядовитые вещества, направленные на уничтожение другого вида микроорганизмов.
Однако и бактерии рода Капулетти не остаются безучастными. Они поступают аналогично – посылают сигналы своему сообществу и вступают в борьбу с врагом. Исследователи же получают уникальную возможность наблюдать за сражающимися за доминирующее положение бактериями.
О планировании атаки на человека
Рассказывая о своих исследованиях, Фатима Аз-Захра Аль-Атракчи поведала о проведенных тестированиях пациентов с муковисцидозом. Однако, наряду с изучением микробиома людей, обладающих диагностированным заболеванием, ученый исследовала образцы девушки без подтвержденного диагноза. В глазах врачей данная пациентка выглядела абсолютно здоровой.
В рамках профилактических обследований девушка ежемесячно сдавала биологический материал для анализа. Изучая образцы ее мокроты, Фатима Аз-Захра Аль-Атракчи заметила нечто необычное на третий месяц исследований – ее датчик уловил сигналы бактерий, призывающие к атаке легочных тканей. Однако проводимые в это время врачами лабораторные анализы говорили о полном отсутствии у пациентки какой-либо инфекции.
Нанофизик вернулась к интересным результатам данного исследования через полгода. Обратившись к врачам, она с удивлением узнала об ухудшении состояния пациентки. Оказалось, что у девушки диагностировали смертельное заболевание, которое не удалось устранить при помощи антибиотиков. И, согласно прогнозам медиков, пациентка не доживет даже до 20 лет – настолько агрессивной оказалась инфекция в ее организме.
Эта история случилась на ранних этапах разработки датчика, улавливающего сигнальные молекулы. Тогда Фатима Аз-Захра Аль-Атракчи еще не обладала достаточными знаниями особенностей бактериального общения – поэтому исследования велись втайне от пациентов. Но сегодня результаты многочисленных исследований могут помочь в лечении многих девушек и юношей. Тех самых пациентов, которые, будучи абсолютно здоровыми, однажды поступали в больницы с тяжелыми симптомами, указывающими на длительное протекание инфекционных процессов. То есть, момент их заражения оставался почему-то незамеченным в ходе традиционного изучения анализов. А обнаруживался уже на поздних стадиях, когда лечение может уже не помочь человеку.
Результаты работы над биологическим материалом той девушки стали началом тесного сотрудничества микробиологии с медициной. Сегодня образцы крови и слюны человека изучают в течение пяти дней – и при видимом размножении бактерий врачи диагностируют инфекционное заболевание. Исследования, проведенные Фатимой Аз-Захра Аль-Атракчи на 62 пациентах, доказали связь «шепота» микробов с активизацией патологических процессов в организме пациента. И, если раньше при отсутствии явных признаков инфекции человека считали здоровым, сейчас данные о «переговорах» бактерий позволяют обнаружить болезнь в самом начале ее развития. В будущем, это дает надежду на спасение многих пациентов – ведь правильная терапия позволит устранить из организма смертоносные микроорганизмы до начала их массированных атак.
Пока врачи не знают, как применить знания о намерениях бактерий на практике. Однако разработки в данном направлении активно ведутся. И уже сегодня медики уделяют более пристальное внимание тем пациентам, которые, согласно расшифровке датчика, находятся в группе риска. В дальнейшем, способность понимать язык микроорганизмов поможет быстро «рассекречивать» планы вредных бактерий – и обеспечит, тем самым, возможность оперативно реагировать на их намерения.
