Со времен Дарвина известно, что мир - вековая арена борьбы за существование всего живого. Смерть рано или поздно губит все, что неспособно выдержать эту борьбу, эту конкуренцию с более совершенными, более приспособленными к жизни существами. Однако, пожалуй, сам Дарвин не подозревал, что и в мире, который находится за пределами человеческого зрения, среди мельчайших живых существ, среди микробов, бушует та же вековая борьба за существование. Но кто с кем борется? Какие виды оружия используются при этом? Кто оказывается побежденным и кто победителем?

На эти и подобные им вопросы ученые нашли ответы далеко не сразу. Долгое время в распоряжении исследователей были лишь отдельные разрозненные наблюдения.

Еще в 1869 году профессор Военно-медицинской академии Вячеслав Авксентьевич Манассеин заметил, что, если на питательной среде поселилась плесень, на ней никогда не растут бактерии. В то же время другой ученый, профессор Алексей Герасимович Полотебнев, использовал на практике наблюдение своего коллеги. Он успешно лечил гнойные раны повязками с зеленой плесенью, которую соскабливал с лимонных и апельсиновых корок.

Луи Пастер заметил, что обычно бациллы сибирской язвы хорошо растут на питательном бульоне, но, если в этот бульон попадут гнилостные бактерии, они начинают быстро размножаться и "забивают" бациллы сибирской язвы.

Илья Ильич Мечников установил, что гнилостные бактерии, в свою очередь, подавляются бактериями молочнокислыми, образующими вредную для них молочную кислоту.

Известно было и еще несколько фактов такого же рода. Этого оказалось достаточно, чтобы зародилась мысль использовать борьбу микроорганизмов друг с другом в целях лечения заболеваний. Но как? И каких?

Вот если бы заглянуть в жизнь микромира, рассмотреть, что делают микробы в естественной обстановке, а не в искусственно выращенной лабораторной культуре. Ведь в одном грамме почвы, взятой где-нибудь в лесу или на огороде, содержится несколько тысяч спор плесневых грибов, несколько сотен тысяч других грибов-актиномицетов, миллионы бактерий различных видов, не говоря об амебах, инфузориях и других животных.

И, конечно, в таких тесных сообществах микробы вступают в самые различные взаимоотношения друг с другом. Здесь могут наблюдаться и случаи взаимопомощи - симбиоза, и ожесточенная борьба представителей разных микробных видов, так называемый естественный антагонизм микробов, и просто безразличное отношение друг к другу.

Но как это увидеть?!

Киев. 1930 год. Опыт за опытом ставил доцент Киевского университета Николай Григорьевич Холодный, пытаясь найти "способ изучения микроорганизмов в их естественной обстановке". Такой способ им уже найден для микробов, обитающих в водной среде. Но как рассмотреть жизнь микробов в почве?

Собрав в окрестностях Киева образцы почв, Холодный по нескольку дней не выходит из своей лаборатории. К тому же университетская лаборатория - его дом. Квартира, где Николай Григорьевич жил раньше, была разрушена артиллерийским снарядом еще в 1919 году. С тех пор qh поселился в лаборатории. Равнодушный к материальным благам и удобствам жизни, он даже считает, что устроился неплохо: можно работать в любое время суток.

Сейчас Холодный уже известный исследователь железобактерий, "крестный" нескольких дотоле науке неведомых видов из рода Лептотрикс. Пройдет несколько лет, и две его статьи, "Почвенная камера, как метод исследования микрофлоры" и "Метод непосредственного изучения почвенной микрофлоры", положат начало новому направлению в микробиологии. "Войны микробов" в их естественном состоянии станут предметом прямого изучения. Но пока пробуется один прием за другим, опыт следует за опытом. Многое из найденного Холодного не удовлетворяет, сложно. Во всех своих методических разработках он ищет простоты. Способ должен быть таким, чтобы им легко мог воспользоваться любой исследователь. Вот, например, острым ножом ученый делает вертикальный разрез в почве и вставляет в него четырехугольное стерилизованное стеклышко, стекло закапывается. Со временем оно покрывается почвенными растворами, мелкими частичками почвы, среди которых поселятся обитающие в ней микроорганизмы. Теперь остается только извлечь стекло и после специальной обработки рассмотреть его под микроскопом. Приставшие к стеклу частички почвы и микробы сохраняются в их естественном расположении, и, таким образом, можно наблюдать отдельные "кадры" из грандиозного фильма о жизни микробов в почве. Проще, кажется, не придумаешь.

Действительно, это было то, что так упорно искал Холодный. Он видел, как мир микробов жил своей бурной и тайной жизнью. Ежесекундно здесь шла ожесточенная борьба, приводящая к смерти одних обитателей и усиленному размножению других.

Теперь уже ученые знают, каким оружием пользуются различные виды микробов в своих непрекращающихся "войнах". Это не обязательно прямое уничтожение, как делают амебы и инфузории с бактериями. Очень часто микробы применяют и другие методы воздействия на своих врагов. Винные дрожжи, например, выделяют спирт, а уксуснокислые бактерии - уксусную кислоту. Такое "химическое оружие" угнетает развитие большинства других видов микробов, являясь для них ядом. Это как бы оружие против всех, кто посмеет приблизиться.

Однако в арсенале некоторых микроорганизмов встречается и оружие "персонального" прицела. Оно направлено только против некоторых видов микробов, угнетает только их и не поражает все остальные микроорганизмы. Как правило, такие вещества вырабатываются специально для нападения и защиты против микробов, с которыми первым приходится чаще всего сталкиваться в своей жизни. Вещества эти получили название антибиотиков.

Особенно много антибиотиков вырабатывают почвенные микроорганизмы. Это и понятно - ведь в почве отдельные виды микробов образуют целые скопления. Создав вокруг такого "поселения" зону антибиотической защиты, микробы находятся за ней, как за крепостной стеной. Причем она служит им не только надежной защитой, но в какой-то степени даже средством наступления, так как по мере роста колонии "крепостные стены" раздвигаются и его обитатели расширяют свои владения. Кстати, отсюда понятно, почему не вырабатывают антибиотиков водные микроорганизмы. В воде крепости не создашь, да и соседи здесь непостоянные. Тут нужно оружие против всех, кто посмеет приблизиться, - допустим, какая-нибудь кислота.

Близкое знакомство с почвенной микрофлорой показало, что почвенных микробов-антагонистов очень много и большинство из них для решения основного вопроса борьбы за существование "жить или не жить" вырабатывает антибиотические вещества, убивающие врагов.

Многолетние систематические исследования советского ученого Николая Александровича Красильникова показали, что особенно широко распространены в почве различные виды плесневых грибов и так называемые лучистые грибы - актиномицеты. И те и другие вырабатывают антибиотики.

У них это, пожалуй, единственное средство защиты против бактерий, для которых грибы являются лакомой пищей. Кстати, сами бактерии тоже вырабатывают антибиотики, но уже против почвенных амеб и инфузорий, охотящихся за ними. Этот интересный факт был впервые установлен профессором Александром Александровичем Имшенецким.

Итак, казалось бы, все просто. Микробов, вырабатывающих антибиотики, много. Остается только отобрать у них это оружие, выделить его в чистом виде и применять как лекарство против болезнетворных бактерий. Но не тут-то было!

Действительно, антибиотиков много. Так, только из почвы Подмосковья в лаборатории профессора Георгия Францевича Гаузе было выделено в чистую культуру. 556 штаммов почвенных грибов, 234 из них оказались продуцентами самых разных антибиотиков. Большая часть штаммов (56 процентов) вырабатывала противобактериальные антибиотики; 23 процента были универсалы: их антибиотики подавляли и рост бактерий и рост других грибов; остальные владели оружием лишь против своих собратьев - грибов иных видов.

Богатый набор продуцентов антибиотиков имеет и почва других мест. Однако здесь повторяется история с "магической пулей" Эрлиха: антибиотики оказываются токсичными не только для возбудителей болезней, но и для организма человека.

С одной стороны, в природе великое множество антибиотиков, но использовать в качестве лекарственных препаратов можно лишь считанные единицы. Впрочем, это стало известно уже после того, как в поиски новых средств борьбы с болезнетворными микробами вмешался случай. И хотя ученые в своей работе на случай никогда не рассчитывают, а гипотезы и пути исследований строятся, исходя из уже известных закономерностей, в истории науки можно найти немало примеров, когда дальнейшее развитие определяла счастливая случайность. Но случай не слеп. "Судьба, - как сказал Пастер, - одаривает только подготовленные умы".

Так было и на этот раз.

Вирусы и бактерии – великое противостояние

Создание современной технологии геномного редактирования, которая уже с успехом применяется на разных животных, растениях, грибах и бактериях, базируется на исследованиях бактериальных систем CRISPR-Cas. Изначально предполагалось, что они участвуют в ликвидации повреждений бактериальной ДНК, но в 2007 г. стало ясно, что истинное предназначение этих систем – борьба с вирусами бактерий, бактериофагами. Всего за девять лет наука проделала гигантский путь от раскрытия механизма бактериального иммунитета до редактирования геномов людей – в настоящее время уже проводятся первые эксперименты по редактированию ДНК человеческих эмбрионов. У бактерий имеются и другие «иммунные» механизмы, изучение которых, возможно, создаст предпосылки для новых прорывов в биомедицине

Бактериофаги – это вирусы, которые поражают только бактерий. В ходе инфекции они влияют на все процессы жизнедеятельности бактериальной клетки, фактически превращая ее в фабрику по производству вирусного потомства. В конце концов клетка разрушается, а вновь образованные вирусные частицы выходят наружу и могут заражать новые бактерии.

Несмотря на огромное число и разнообразие природных фагов, встречаемся мы с ними редко. Однако бывают ситуации, когда деятельность этих вирусов не остается незамеченной. Например, на предприятиях, где производят сыры, йогурты и другие молочно-кислые продукты, часто приходится сталкиваться с вирусной атакой на бактерии, сбраживающие молоко. В большинстве таких случаев фаговая инфекция распространяется молниеносно, и полезные бактерии гибнут, что приводит к значительным экономическим потерям (Neve et al. , 1994).

Именно благодаря прикладным исследованиям в интересах молочной промышленности, направленным на получение устойчивых к бактериофагам штаммов молочно-кислых бактерий, был открыт ряд механизмов, с помощью которых бактерии избегают инфекции. Параллельно были изучены способы, с помощью которых вирусы, в свою очередь, преодолевают бактериальные системы защиты (Moineau et al. , 1993).

Кто защищен – тот вооружен

На сегодня известно пять основных, весьма хитроумных механизмов защиты, которые бактерии выработали в непрестанной борьбе с вирусами: изменение рецептора на поверхности клетки; исключение суперинфекции; системы абортивной инфекции; системы рестрикции-модификации и, наконец, системы CRISPR-Cas.

В ходе эволюции происходила и сейчас происходит селекция бактерий, способных избежать гибели при инфицировании вирусами, что, в свою очередь, служит стимулом для бактериофагов совершенствовать свои агрессивные стратегии. Эта «гонка вооружений», длящаяся несколько миллиардов лет, т. е. ровно столько, сколько существуют сами бактерии и их враги, породила целый ряд изощренных механизмов защиты и нападения

Вирусная атака начинается с прикрепления фага к специфическому рецептору на поверхности бактериальной клетки, но при потере рецептора или изменении в его структуре связывания вируса не происходит. Бактерии могут менять рецепторы в зависимости от окружающих условий, таких как плотность и разнообразие микроорганизмов в среде, а также доступность питательных веществ (Bikard et al. , 2012). Любопытный пример - бактерии вида Vibrio anguillarum , которые способны формировать биопленку , т. е. плотный слой клеток, прикрепленный к какой-либо поверхности. У этой бактерии имеется своего рода «чувство кворума», за счет чего при увеличении плотности клеток у них понижается выработка рецептора, с которым может связываться вирус. В результате биопленка становится почти полностью устойчивой к заражению (Tan et al. , 2015).

Однако потеря рецепторов не всегда выгодна для бактерии, поскольку они выполняют разнообразные важные функции, например, транспорт питательных веществ или формирование межклеточных контактов (Lopez-Pascua et al. , 2008). В результате для каждой пары «бактерия-бактериофаг» в ходе эволюции находится оптимальное решение, обеспечивающее приемлемый уровень защиты при сохранении возможности роста бактерий в различных условиях среды.

Следующий защитный механизм – исключение суперинфекции . Для бактериофагов известны два основных пути инфекции: литический , приводящий к быстрой гибели зараженной бактерии с высвобождением вирусного потомства, и затяжной лизогенный путь, когда наследственный материал вируса находится внутри генома бактерии, удваивается только с хозяйской ДНК, не причиняя клетке вреда. Когда клетка находится в состоянии лизогенной инфекции, то, с точки зрения «домашнего» вируса (профага ), ее заражение другим вирусом нежелательно.

Действительно, многие вирусы, встроившие свою ДНК в геном клетки, ограничивают вновь проникшего в клетку бактериофага («суперинфекцию») посредством специальных белков-репрессоров, не позволяющих генам «пришельца» работать (Calendar, 2006). А некоторые фаги даже препятствуют другим вирусным частицам проникнуть в инфицированную ими клетку, воздействуя на ее рецепторы. В результате бактерии – носительницы вируса имеют очевидное преимущество по сравнению с незараженными собратьями.

В 1978 г. за открытие ферментов рестриктаз швейцарский генетик В. Арбер и американские микробиологи Д. Натанс и Г. Смит были удостоены Нобелевской премии. Изучение систем рестрикции-модификации привело к созданию технологии молекулярного клонирования, которая широко применяется во всем мире. С помощью рестриктаз можно «вырезать» гены из генома одного организма и вставить в геном другого, получив химерную рекомбинантную ДНК, не существующую в природе. Различные вариации этого подхода используются учеными для изолирования отдельных генов и их дальнейшего изучения. Кроме того, он широко применяется в фармацевтике, например, для наработки инсулина или терапевтических антител: все лекарства такого рода созданы с помощью молекулярного клонирования, т. е. являются продуктом генной модификации

Во время инфекции все ресурсы бактериальной клетки направлены на производство новых вирусных частиц. Если рядом с такой клеткой будут находиться другие уязвимые бактерии, то инфекция быстро распространится и приведет к гибели большинства из них. Однако для таких случаев у бактерии имеются так называемые системы абортивной инфекции , которые приводят ее к запрограммированной гибели. Конечно, этот «альтруистичный» механизм не спасет саму зараженную клетку, но остановит распространение вирусной инфекции, что выгодно для всей популяции. Бактериальные системы абортивной инфекции очень разнообразны, но детали их функционирования пока изучены недостаточно.

К средствам противовирусной защиты бактерий относятся и системы рестрикции-модификации , в которые входят гены, кодирующие два белка-фермента – рестриктазу и метилазу . Рестриктаза узнает определенные последовательности ДНК длиной 4-6 нуклеотидов и вносит в них двуцепочечные разрывы. Метилаза, напротив, ковалентно модифицирует эти последовательности, добавляя к отдельным нуклеотидным основаниям метильные группы, что предотвращает их узнавание рестриктазой.

В ДНК бактерии, содержащей такую систему, все сайты модифицированы. И если бактерия заражается вирусом, ДНК которого не содержит подобной модификации, рестриктаза защитит от инфекции, разрушив вирусную ДНК. Многие вирусы «борются» с системами рестрикции-модификации, не используя в своих геномах последовательности, узнаваемые рестриктазой, – очевидно, что вирусные варианты с другой стратегией просто не оставили потомства.

Последней и в настоящее время самой интересной системой бактериального иммунитета является система CRISPR-Cas, с помощью которой бактерии способны «записывать» в собственный геном и передавать потомству информацию о фагах, с которыми они сталкивались в течение жизни. Наличие таких «воспоминаний» позволяет распознавать ДНК фага и эффективней противостоять ему при повторных инфекциях. В настоящее время к системам CRISPR-Cas приковано пристальное внимание, так как они стали основой революционной технологии редактирования геномов, которая в будущем, возможно, позволит лечить генетические заболевания и создавать новые породы и сорта сельскохозяйственных животных и растений.

Врага нужно знать в лицо

Системы CRISPR-Cas являются уникальным примером адаптивного иммунитета бактерий. При проникновении в клетку ДНК фага специальные белки Cas встраивают фрагменты вирусной ДНК длиной 25-40 нуклеотидов в определенный участок генома бактерии (Barrangou et al. , 2007). Такие фрагменты называются спейсерами (от англ. spacer – промежуток), участок, где происходит встраивание, – CRISPR-кассета (от англ. Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats ), а сам процесс приобретения спейсеров – адаптацией .

Чтобы использовать спейсеры в борьбе с фаговой инфекцией, в клетке должен происходить еще один процесс, управляемый белками Cas, названный интерференцией . Суть его в том, что в ходе транскрипции CRISPR-кассеты образуется длинная молекула РНК, которая разрезается белками Cas на короткие фрагменты – защитные криспрРНК (крРНК), каждая из которых содержит один спейсер. Белки Cas вместе с молекулой крРНК образуют эффекторный комплекс , который сканирует всю ДНК клетки на наличие последовательностей, идентичных спейсеру (протоспейсеров ). Найденные протоспейсеры расщепляются белками Cas (Westra et al. , 2012; Jinek et al. , 2012).

Системы CRISPR-Cas обнаружены у большинства прокариот – бактерий и архей. Хотя общий принцип действия всех известных систем CRISPR-Cas одинаков, механизмы их работы могут существенно отличаться в деталях. Наибольшие различия проявляются в строении и функционировании эффекторного комплекса, в связи с чем системы CRISPR-Cas делят на несколько типов. На сегодняшний день описаны шесть типов таких неродственных друг другу систем (Makarova et al. , 2015; Shmakov et al. , 2015).

Наиболее изученной является система CRISPR-Cas I типа, которой обладает излюбленный объект молекулярно-биологических исследований – бактерия кишечная палочка (Esсherichia coli ). Эффекторный комплекс в этой системе состоит из нескольких небольших белков Cas, каждый из которых отвечает за разные функции: разрезание длинной некодирующей CRISPR РНК, связывание коротких крРНК, поиск, а затем разрезание ДНК-мишени.

В системах II типа эффекторный комплекс образован единственным большим белком Cas9, который в одиночку справляется со всеми задачами. Именно простота и относительная компактность таких систем послужили основой для разработки технологии редактирования ДНК. Согласно этому методу, в клетки эукариот (например, человека) доставляют бактериальный белок Сas9 и крРНК, которую называют гидовой (гРНК). Вместо спейсера вирусного происхождения такая гРНК содержит целевую последовательность, соответствующую интересному для исследователя участку генома, например, где есть мутация, вызывающая какую-то болезнь. Получить же гРНК «на любой вкус» совсем несложно.

Эффекторный комплекс Cas9-гРНК вносит двуцепочечный разрыв в последовательность ДНК, точно соответствующую «гидовой» РНК. Если вместе с Cas9 и гРНК внести в клетку и последовательность ДНК, не содержащую мутацию, то место разрыва будет восстановлено по матрице «правильной» копии! Таким образом, используя разные гРНК, можно исправлять нежелательные мутации или вводить направленные изменения в гены-мишени. Высокая точность программируемого узнавания мишеней комплексом Cas9-гРНК и простота метода привели к лавинообразному росту работ по редактированию геномов клеток животных и растений (Jiang & Marraffini, 2015).

Гонка вооружений

В ходе эволюции бактерии и бактериофаги выработали ряд приспособлений, которые должны обеспечить каждому из участников «гонки вооружений» преимущество в борьбе с противником или возможность уклониться от его атаки.

Бактериофаги, как факторы среды, вызывают направленные изменения в геноме бактерий, которые наследуются и дают бактериям явное преимущество, спасая от повторных инфекций. Поэтому системы CRISPR-Cas можно считать примером ламарковской эволюции, при которой происходит наследование благоприобретенных признаков (Koonin et al. , 2009)

Что касается систем CRISPR-Cas, то если фаг обзаведется мутацией в протоспейсере, эффективность его узнавания эффекторным комплексом снижается, и фаг получает возможность заразить клетку. Но и бактерия не оставит без внимания такую попытку ускользнуть от CRISPR-Cas: в качестве ответной реакции она начинает с резко возросшей эффективностью приобретать новые дополнительные спейсеры из ДНК уже «знакомого» фага, пусть и мутировавшего. Такое явление, названное праймированной адаптацией, многократно повышает эффективность защитного действия систем CRISPR-Cas (Datsenko et al. , 2012).

Некоторые бактериофаги реагируют на наличие в бактериальной клетке систем CRISPR-Cas выработкой особых анти CRISPR-белков, способных связываться с белками Cas и блокировать их функции (Bondy-Denomy et al. , 2015). Еще одно ухищрение - обмен участков генома вируса, на которые нацелена система CRISPR-Cas, на участки геномов родственных вирусов, отличающихся по составу нуклеотидной последовательности (Paez-Espino et al. , 2015).

Результаты работ нашей лаборатории свидетельствуют, что зараженные клетки на самом деле погибают даже при наличии защиты CRISPR-Cas, но при этом они ограничивают численность вирусного потомства. Поэтому CRISPR-Cas правильнее относить к системам абортивной инфекции, а не к «настоящим» иммунным системам.

Благодаря постоянному совершенствованию биоинформатических алгоритмов поиска, а также включению в анализ все большего количества прокариотических геномов, открытие новых типов CRISPR-Cas систем является делом недалекого будущего. Предстоит также выяснить и детальные механизмы работы многих недавно открытых систем. Так, в статье, опубликованной в 2016 г. в журнале Science и посвященной анализу системы CRISPR-Cas VI типа, описан белок С2с2, образующий эффекторный комплекс с крРНК, который нацелен на деградацию не ДНК, а РНК (Abudayyeh et al. , 2016). В будущем такое необычное свойство может быть использовано в медицине для регулирования активности генов путем изменения количества кодируемых ими РНК.

Изучение стратегий борьбы бактерий с бактериофагами, несмотря на свою кажущуюся фундаментальность и отвлеченность от задач практической медицины, принесло неоценимую пользу человечеству. Примерами этого могут служить методы молекулярного клонирования и редактирования геномов – направленного внесения или удаления мутаций и изменения уровня транскрипции определенных генов.

Благодаря быстрому развитию методов молекулярной биологии всего лишь через несколько лет после открытия механизма действия систем CRISPR-Cas была создана работающая технология геномного редактирования, способная бороться с болезнями, ранее считавшимися неизлечимыми. Доступность и простота этой технологии позволяют рассматривать ее как основу для медицины, ветеринарии, сельского хозяйства и биотехнологий будущего, которые будут базироваться на направленных и безопасных генных модификациях.

Нет никаких сомнений, что дальнейшее изучение взаимодействия бактерий и их вирусов может открыть перед нами такие возможности, о которых мы сейчас даже не подозреваем.

Литература

Abudayyeh O. O., Gootenberg J. S., Konermann S. et al. C 2c2 is a single-component programmable RNA-guided RNA-targeting CRISPR effector // Science. 2016. V. 353: aaf5573.

Barrangou R., Fremaux C., Deveau H. et al. CRISPR provides acquired resistance against viruses in prokaryotes // Science. 2007. V. 315. P. 1709–1712.

Bikard D., Marraffini L. A. Innate and adaptive immunity in bacteria: mechanisms of programmed genetic variation to fight bacteriophages // Curr. Opin. Immunol. 2012. V. 1 P. 15–20.

Bondy-Denomy J., Garcia B., Strum S. et al. Multiple mechanisms for CRISPR-Cas inhibition by anti-CRISPR proteins // Nature. 2015. V. 526. P. 136–139.

Calendar R., Abedon S. T. The Bacteriophages // 2nd Ed., Oxford University Press. 2006.

Datsenko K. A., Pougach K., Tikhonov A. et al. Molecular memory of prior infections activates the CRISPR/Cas adaptive bacterial immunity system // Nat. Commun. 2012. V. 3. P. 945

Jiang W., Marraffini L. A. CRISPR-Cas: New Tools for Genetic Manipulations from Bacterial Immunity Systems // Annu. Rev. Microbiol. 2015. V. 69. P. 209–28.

Jinek M., Chylinski K., Fonfara I., et al. A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity // Science. 2012. V. 337. P. 816–821.

Koonin E. V., Wolf Y. I. Is evolution Darwinian or/and Lamarckian? // Biol. Direct. 2009. V. 4. P. 42.

Lopez-Pascua L., Buckling A. Increasing productivity accelerates host-parasite coevolution // J. Evol. Biol. 2008. V. 3. P. 853–860.

Makarova K. S., Wolf Y. I., et al. An updated evolutionary classification of CRISPR-Cas systems // Nat. Rev. Microbiol. 2015. V. 11. P. 722–736.

Moineau, S., Pandian S., Klaenhammer T. R. Restriction/modification systems and restriction endonucleases are more effective on lactococcal bacteriophages that have emerged recently in the dairy industry // Appl. Envir. Microbiol. 1993. V. 59. P. 197–202.

Neve H., Kemper U., et al. Monitoring and characterization of lactococcal bacteriophage in a dairy plant // Kiel. Milckwirtsch. Forschungsber. 1994. V. 46. P. 167–178.

Nuñez J. K., Harrington L. B., et al. Foreign DNA capture during CRISPR-Cas adaptive immunity // Nature. 2015a. V. 527. P. 535–538.

Nuñez J. K., Kranzusch P. J., et al. Cas1-Cas2 complex formation mediates spacer acquisition during CRISPR-Cas adaptive immunity // Nat. Struct. Mol. Biol. 2014. V. 21. P. 528–534.

Nuñez J. K., Lee A. S., Engelman A., Doudna J. A. Integrase-mediated spacer acquisition during CRISPR-Cas adaptive immunity // Nature. 2015b. V. 519. P. 193–198.

Paez-Espino D., Sharon I., et al. CRISPR Immunity Drives Rapid Phage Genome Evolution in Streptococcus thermophilus // MBio. 2015. V. 6: e00262–15.

Shmakov S., Abudayyeh O. O., Makarova K. S., et al. Discovery and Functional Characterization of Diverse Class 2 CRISPR-Cas Systems. // Mol. Cell. 2015. V. 60. P. 385–397

Tan D., Svenningsen S. L., Middelboe M. Quorum sensing determines the choice of antiphage defense strategy in Vibrio anguillarum. // mBio 2015. V. 6: e00627–15.

Westra E. R., van Erp P. B., Künne T., et al. CRISPR immunity relies on the consecutive binding and degradation of negatively supercoiled invader DNA by Cascade and Cas3 // Mol. Cell. 2012. V. 46. P. 595–605.

Foto: Shutterstock

Вот список из семи продуктов, которые следует чаще включать в питание, чтобы профилактика вирусных и бактериальных инфекций была наиболее эффективной.

1. Молоко и молочные продукты

Органическое молоко и ферментированные молочные продукты содержат полезные бактерии. Они нередко критикуются в последние десятилетия, так как лактоза и казеин являются аллергенами для части человечества. Но при этом молоко является выдающимся источником нутриентов, пищеварительных ферментов, полезных жиров и протеинов, важных для поддержания иммунитета. Натуральный йогурт и другие кисломолочные продукты питают и "ремонтируют" весь желудочно-кишечный тракт (ЖКТ).

2. Квашеная капуста и другие ферментированные продукты

С наступлением осени многие хозяйки принимаются квасить капусту. Как раз поспевают поздние сорта, которые особенно хороши для домашних заготовок. Квашеная капуста вкусна и чрезвычайно полезна, как и многие другие ферментированные продукты, например:

кимчи;
мисо;
натто;
"бочковые", т. е. квашенные огурцы, помидоры, яблоки, арбузы, маслины и пр.

Всем, кто заботится о повышении иммунитета, следует добавить в рацион ферментированные продукты, которые богаты бактериями и питают микробиом человека. "Хорошие" бактерии, содержащиеся в них, оказывают чрезвычайно благотворное влияние на иммунную систему кишечника, находясь в "первой линии" защиты от патогенных микроорганизмов, а также помогают в выработке антител.

3. Печень и другие субпродукты

Печень, почки, сердце и другие субпродукты, хотя и кажутся некоторым людям "страшными", выгодно отличаются очень высоким содержанием нутриентов, которые обеспечивают иммунитет весомой поддержкой:

токоферолом;
цинком;
конъюгированной линолевой кислотой (CLA);
омега-3 полиненасыщенными жирными кислотами;
бета-каротином и пр.

Если не нравится вкус субпродуктов, советуем попробовать приготовить их по новым рецептам. Например, можно оставить печень "понежиться" в молоке или лимонном соке на ночь, чтобы удалить особый аромат, затем окунуть кусочки во взбитые яйца, обвалять в кокосовой стружке или миндальной муке, а затем потушить на медленном огне в оливковом масле или масле авокадо с красным луком (еще один прекрасный продукт для профилактики простуд!), грибами и болгарским перцем.

4. Кокосовое масло

Оно богато лауриновой кислотой, которая превращается в человеческом организме в монолаурин. Это соединение, содержащееся в грудном молоке женщин, способствует совершенствованию иммунитета новорожденных. Лауриновая кислота также может повысить иммунитет взрослого, она разрушает липидные мембраны патогенных организмов.

Лучше покупать нерафинированные сорта кокосового масла, произведенные без тепловой обработки или химических веществ.

5. Грибы

Они оптимизируют защитные способности, так как богаты:

протеинами;
клетчаткой;
кальцием;
аскорбиновой кислотой;
витаминами группы В;
биологически активными соединениями, называемыми "бета-глюканами" (хорошо известны своими свойствами усиливать защитные возможности организма, активировать и модулировать клетки иммунной системы человека), они вступают во взаимодействие с макрофагами, помогают белым кровяным тельцам связываться с вирусами и уничтожать их.

6. Съедобные водоросли

Все морские и пресноводные съедобные водоросли обладают замечательными целебными свойствами. Возьмите, например, хлореллу. Эти одноклеточные пресноводные водоросли являются идеальным продуктом питания. Вещества, входящие в состав хлореллы, "связывают" ртуть и другие тяжелые металлы, инфекционные агенты, чтобы было легче удалить их из организма. Хлорофилл в составе этих и других водорослей помогает оксигенации крови, а также способствует регенерации тканей.

7. Чеснок

Он невероятно полезен для здоровья человека, поскольку защищает от патогенной микрофлоры. Для укрепления иммунитета советуем употреблять чеснок ежедневно. Вирусы, бактерии, дрожжевые грибки, которые учатся приспосабливаться к синтетическим антибиотикам, не умеют сопротивляться действию этого мощного лекарственного средства, созданного природой.

Для обеспечения оптимальной работы иммунной системы чеснок следует употреблять в свежем виде. Его активный ингредиент, аллицин, высвобождается при измельчении и разрушается в течение одного часа. Поэтому экстракт чеснока в составе БАДов бесполезен, в отличие, скажем, от салата из свежих овощей и листовой зелени, приправленного оливковым маслом с лимонным соком, с измельченным зубчиком чеснока и морской солью.

Кроме того, аллицин в чесноке:

обладает антиканцерогенными свойствами;
снижает общий уровень холестерина и уровень липопротеинов низкой плотности ("плохой" холестерин) в крови;
понижает показатели артериального давления;
уменьшает вероятность тромбообразования;
служит профилактике инсульта;
предотвращает укусы насекомых и т.д.

Не кажется ли вам, дорогие комрады, что практически все появляющиеся новые заболевания являются вирусными? ВИЧ,новые штаммы гриппа свиной, птичий и прочие болезни являются вирусными инфекциями. Да и старые известные болезни вдруг стали вызывать эпидемии там, где их отродясь не было? Чикунгунья встречалась в Африке, Азии и на Индийском субконтиненте. И вдруг появились заболевшие в Европе и Америке. В 2007 году передача болезни была впервые зарегистрирована в Европе - в локализованной вспышке болезни на северо-востоке Италии. С тех пор вспышки болезни были зарегистрированы во Франции и Хорватии. Еще одна опасность, которая грозит человечеству, - это появление в мире нового коронавируса. Коронавирус - это шаровидной формы вирус с выростами, одна из его форм привела к эпидемии атипичной пневмонии в 2003 году. Начиная с осени 2012 года, и сейчас идет по нарастающей, появился суперновый коронавирус, который по своей геномной структуре отличается от того, что в нашей стране называли атипичной пневмонией. Эти примеры можно перечислять долго....

А теперь вспомним босоногое детство. Чем болели? Ну, понятно, корь, ветрянка и простуда. Только она называлась ангиной. И носила, как правило, бактериальный характер. А сейчас, почему-то в основном ОРВИ. Острое Респираторное ВИРУСНОЕ заболевание. То есть грипп. Да, и раньше болели гриппом. И эпидемии были. Вспомним хотя бы испанку. Но в моем детстве я не помню, чтобы закрывали детский сад на карантин. Да и школу не закрывали. Бывало, что при температуре -25 занятия отменяли. Это счастье то какое! В школу не надо, значит целый день на катке шайбу гоняли. И в институте не было карантина. А сейчас чуть ли не каждый год эпидемия гриппа. С введением карантина в школах и детсадах. С чего бы это? Вроде бы и лекарства стали лучше и числом поболее. Не то что мамино варенье малиновое да горчичники. А болеют больше и тяжелее. Почему?

А всё дело в том, что мы бесконтрольным и бессистемным применением антибиотиков нарушили свою микробиоту. Дело даже не в том, что стали появляться новые резистентные штаммы бактерий. Дело в том, что убивая бактерий без разбора мы уничтожаем и полезных для нас. Которые защищают нас от вирусов. Об этой опасности писала ещё в прошлом веке наша замечательная ученая Агния Аркадьевна Морова. О её работах я писал на АШ Она ещё тогда предсказала, что будут появляться новые медленно текущие смертельные вирусные инфекции. И ВИЧ появился при её жизни! Гениальное предсказание... Тогда на её работы не обратили особого внимания. Тем более, что она не публиковалась в зарубежных англоязычных научных журналах. Но в последнее время стало появляться всё больше публикаций, в которых её идеи находят подтверждение. Вот пример http://www.pnas.org/content/108/13/5354 Не буду переводить полностью, скажу в двух словах. Микробиота носоглотки защищает нас от вируса гриппа. Если же при лечении гриппа использовать антибиотики, то состояние только ухудшается. То есть убивая антибиотиками симбионтные микроорганизмы мы только помогаем вирусу гриппа свалить нас с ног. Вот статья из "Саенс" http://science.sciencemag.org/content/357/6350/498.full Суть та же самая. Только речь идет уже о кишечных бактериях. Метаболиты, которые образуются в результате деятельности кишечных бактерий, стимулируют выработку интерферона – белка, который подавляет размножение вируса. А мы их антибиотикам! То есть своих же помощников уничтожаем....

Как же работает эта защита? Начнем с того, что мы не хозяева планеты. Мы гости в мире вирусов и бактерий. Они появились на многие миллиарды лет раньше нас. И, скорее всего, нас также переживут, как пережили первых хордовых, динозавров и мамонтов. Многие миллиарды лет до нашего появления на планете царствовали вирусы. Или что-то на них похожее, типа прионов. Живыми их назвать язык не поворачивается. Но эти безмозглые твари научились копировать свой генетический материал и размножаться. На том, что им Бог послал в виде первичного бульона. И все разнообразие жизни пошло от этих крохотных, видимых только в электронный микроскоп частичек. Постепенно они стали эволюционировать и появились бактерии. Которым уже не стало хватать первичного бульона. И они научились питаться вирусами. А чего добру пропадать? Плавают тут разные куски белковых молекул... давай их на закуску. Справедливости ради надо сказать, что не только бактерии научились питаться вирусами. Но и некоторые вирусы оказались не прочь ими закусить. Они сохранились до сих пор. Называются бактериофаги. Кстати, лечение бактериофагами, рекламируемое ныне зарубежными клиниками, началось во времена СССР. Впервые их обнаружил в 1915 году британский бактериолог Фредерик Творт. Через два года учёный из Института Пастера Феликс Д"Эрель сделал доклад, в котором сообщил, что открыл «невидимый микроб», поражающий дизентерийную палочку. Он же впервые применил термин «бактериофаг», то есть «поедатель бактерий». Этим термином мы пользуемся и по сей день. Хотя впервые бактериофаги были обнаружены западными учеными, активно развиваться фаготерапия стала в СССР. В числе первопроходцев этого направления медицины был Георгий Элиава. Открытый им в 1920-е годы в Тбилиси институт, который занялся исследованиями бактериофагов для терапевтического применения, стал даже мировым лидером в этой области. Кстати, Феликс Д"Эрель тоже несколько лет проработал в этом институте, но после того, как Элиава был расстрелян как «враг народа» в 1930-х, француз поспешил покинуть СССР. Но бактериофаги это тема для отдельной статьи. Вернемся к нашим баранам бактериям и вирусам.

Кстати, не только человека, но и даже комаров можно защитить от вирусов при помощи бактерий. Есть такая нехорошая болезнь лихорадка Денге. От лихорадки Денге ежегодно страдают более 50 миллионов человек. Вирус распространяется желтолихорадочными комарами, а лекарство от него до сих пор не найдено - медики лишь снимают симптомы болезни и проводят поддерживающую терапию. Ученые заразили яйца самок комаров бактерией Wolbachia pipientis , которая подавляет действие на комаров почти всех вирусов. Биологи предположили, что свойства бактерии распространяются и на вирус Денге: если комары сами не смогут заразиться им, у них не получится передать его людям. В результате подобных действий число случаев заражения вирусом в австралийском городе Таунсвилл упало в 12,5 раза. Об этом говорится в статье, опубликованной в журнале Gates Open Research .

Получается интересная картина. Если мы имеем в организме определенные бактерии, то нам не страшны вирусы. Долгое время нашего развития так и было. Да, были вирусные инфекции. Но они были распространены в отдельных областях планеты, где местное население выработало к ним иммунитет. Или обладало таким набором бактерий, которые помогали справиться с вирусами. Не всем. Более слабые погибали, остальные получали иммунитет. То есть масштабных эпидемий было сравнительно немного. Только в случае резкого мутирования вируса, как это было с испанкой. А таких заболеваний как ВИЧ вообще не существовало. Они стали появляться тогда, когда люди стали уничтожать и менять свою микробиоту. Что и повлекло за собой всплеск вирусных заболеваний.

Поэтому сейчас стоит задача восстановить нормальную микробиоту. Другое дело, как узнать, какие бактерии помогают бороться с какими вирусами? Похоже, мы об этом никогда не узнаем. Так как под действием антибиотиков наши родные симбионтные бактерии либо исчезают, либо переходят в L-форму. Которая уже не дает нужных нам веществ. Надо сказать, что работы по бактериальной защите от вирусов ведутся во всем мире. Мы тоже по мере сил и возможностей в ней участвуем. На сегодняшний день доказано документально, что введение в организм человека симбионтных бактерий стрептококка приводит к резкому уменьшению вирусной нагрузки на организм. Вплоть до не определяемых показателей. Вот анализы человека до лечения.

А вот после лечения

Народный антибиотик – эхинацея – особенно эффективен при воспалении горла и в самом начале простуды

Народные средства на протяжении тысячелетий выполняли роль антибиотиков. При многих заболеваниях, причиной которых является рост бактерий, даже сейчас эффективны именно травы. Ведь за последние десятилетия возникло множество устойчивых к антибиотикам бактерий (возникли резистентные штаммы). Антибиотик уничтожает большинство бактерий, но не все. Оставшиеся имеющие более сильное сопротивление бактерии начинают сильно размножаться, постепенно создаются более сильные и устойчивые к антибиотикам колонии.

Бактериям трудно приспособиться к народным антибиотикам

Знаете ли вы, что больницы в Австралии используют эфирное масло эвкалипта в качестве дезинфицирующего средства? Оказывается, это народное средство является эффективным антибиотиком в отношении метициллин-резистентного
золотистого стафилококка. Вы когда-нибудь задумывались, почему народные средства, которые существуют на протяжении сотен тысяч лет, все еще способны функционируют как антибиотики? Почему они не потеряли свою эффективность, в то время как созданные человеком антибиотики перестали быть активными в отношении многих бактерий? Дело в том, что народные антибиотики состоят из сотен различных молекул в разных пропорциях. Бактериям гораздо проще приспосабливаться к синтетическому антибиотику, чем к экстракту целого растения.

Народные антибиотики долго использовали народные целители для лечения простуды и гриппа, очищения ран от инфекции и ускорения заживления ран. В наше время стало понятно, что для устойчивых к синтетическим антибиотикам бактерий нужна альтернатива – народные антибиотики.

Чем отличается народный антибиотик от синтетического?

Антибиотик – это препарат, который используется для лечения инфекций, вызванных бактериями и другими микроорганизмами. Первоначально антибиотик был веществом, действующим на один микроорганизм, который избирательно подавлял рост другого. Синтетические антибиотики обычно химически связаны с народными антибиотиками.

Травы в своем составе имеют антибиотики, которые защищают их корневые системы. Многие народные средства и травы действуют как антибиотики: мед, акация, алоэ, чеснок, лук, корень солодки, имбирь, шалфей, эхинацея, эвкалипт, желтокорень канадский, экстракт семян грейпфрута, можжевельник, полынь, лишайник уснея и многие другие.

Большинство синтетических антибиотиков представляет собой отдельное изолированное химическое вещество (пенициллин, тетрациклин и т.д.). Поэтому бактериям проще приспособиться к антибиотикам. В противоположность, народные антибиотики являются намного более сложными. К примеру, чеснок содержит более 33 соединений серы, 17 аминокислот и 10 других соединений; тысячелистник – более 120 соединений. Различные соединения в травах работают сообща, поэтому результат борьбы с бактериями гораздо лучше.

Алоэ – народный антибиотик против стафилококка и вирусов герпеса

Листья алоэ активны в отношении золотистого стафилококка, синегнойной палочки, вируса простого герпеса 1 и 2 типов. Наружное применение алоэ и меда самое эффективное для лечения ожогов, ускорения заживления ран и профилактики инфекции. Народный антибиотик алоэ применяется просто: нарежьте листья свежего растения, чтобы получить сок, а затем наносите гель алоэ на рану или ожог до полного выздоровления.

Чеснок – антибиотик против молочницы

Чеснок активен против туберкулеза, шигеллы дизентерии, золотистого стафилококка, синегнойной палочки, молочницы, кишечной палочки, стрептококка, сальмонеллы, возбудителя кампилобактериоза, протея (Protues merbilis), простого герпеса, гриппа B, ВИЧ и др. Чеснок рекомендуется применять в свежем виде, в капсулах, как настойку или добавлять в блюда. Начинать нужно с малых доз и постепенно увеличивать. Сырой чеснок может вызвать расстройство желудка и даже рвоту, поэтому нужно соблюдать осторожность. Небольшие, частые дозы этого народного антибиотика «работают» лучше, чем большие дозы (1/4 ч.л. сока чеснока при необходимости). Капсулы также могут лучше переноситься и их легче принимать. Совместное применение чеснока с разжижающими кровь препаратами усиливает действие последних.

Эхинацея – народный антибиотик против стафилококка и туберкулеза

Эхинацея активна в отношении золотистого стафилококка, стрептококка, микобактерии туберкулеза, аномальных клеток. Этот народный антибиотик особенно активен для Пап мазков, при воспалении горла и в самом начале простуды. Для лечения горла и простуды рекомендуется использовать настойку эхинацеи, по 30 капель с водой каждый час. Также вкусен и полезен чай с эхинацеей.

Солодка – народный антибиотик против стрептококка и стафилококка

Солодка активна против малярии, туберкулеза, сенной палочки, золотистого стафилококка, стрептококка, сальмонеллы, кишечной палочки, молочницы, вибриона холеры, дерматофита (Trichophyton mentagrophytes), возбудителя руброфитии, токсокароза. Солодка является мощным стимулятором иммунной системы и антибиотиком. Этот народный антибиотик хорошо работает с другими травами. Побочными эффектами солодки могут быть: высокое давление крови и задержка воды в организме. Полезен такой чай с солодкой: 1/2 ч.л. заварить 1 стаканом кипятка в течение 15 минут, принимать до трех раз в день.

В некоторых случаях народные антибиотики оказываются более эффективными, чем промышленные. В то время как к последним бактерии развивают резистентность, народные средства и травы остаются по-прежнему эффективными. Природа создала все необходимое для лечения человека. Важно пополнять знания о народных антибиотиках, разрабатывать схемы лечения.