Что таит в себе водопроводная вода. Отрывок из книги американского биолога

Купаясь в ручье жизни

Следует заключить, что в море существует гораздо больше анималькулей, или мельчайших водных тварей, чем мы думали.

Антони ван Левенгук

Я принимаю ванну раз в месяц, независимо от того, нуждаюсь в ней или нет.

Елизавета I, королева Англии

В вине — мудрость, в пиве — свобода, а в воде — бактерии.

Надпись на стене пивной в городе Дамфрис, Шотландия

В 1654 г. в Амстердаме Рембрандт написал картину «Купающаяся женщина». Положив свое элегантное красное платье на камень, она входит в воду, приподняв края ночной рубашки выше колен, чтобы ее не замочило водой. Ночь, темно, и видно, как кожа женщины мерцает в воде. Эта картина вызывает в памяти произведения художников Древней Греции и Рима. Рембрандтовская купальщица, входящая в ручей, как бы переходит из одного мира в другой. По крайней мере, искусствоведы усматривают здесь именно такую метафору. Но биолог, такой как я, может увидеть здесь и экологический смысл. Погружаясь в воду, эта женщина вступает в контакт с ее обитателями — рыбами, микроорганизмами и много кем еще. Когда мы думаем о чистой воде, мы воображаем ее безжизненной. На самом деле это не так. Вода, которую мы пьем, в которой плаваем или принимаем ванну, всегда полна живых существ.

Поток, изображенный Рембрандтом, очень напоминает воду каналов и речушек в окрестностях Амстердама. Женщина на картине — это, скорее всего, Хендрикье Стоффелс, возлюбленная художника. Даже если у Рембрандта не было мысли изобразить какой-то конкретный водоем, его вдохновляло, несомненно, то, что он знал и видел. Можно предположить, что водоемы в окрестностях Дельфта 10 или 20 лет спустя выглядели примерно так же. Вполне вероятно поэтому, что и населявшие их микробы были очень схожи с теми, которых Левенгук нашел в канале, протекавшем возле его дома. Конечно, вода, в которую вы входите сегодня, совсем не похожа на ту, в которой купалась возлюбленная Рембрандта. Я не хочу сказать, что в наши дни водоемы стали безжизненными, вовсе нет; однако сегодня, садясь в ванную или моясь под душем, вы попадаете в окружение совсем иных форм жизни, которые очень редко встречались в Дельфте. Не так давно мне пришлось вплотную ими заняться.

Все началось осенью 2014 г. Мне на электронную почту пришло письмо от Ноя Фирера, моего сотрудника по Колорадскому университету, с которым мы в свое время занимались изучением домашней пыли. Он сообщил, что у него возникла идея нового исследовательского проекта. Его всерьез занимала загадка душевых насадок. «Ты со мной или нет?» — допытывался он, даже не успев объяснить, зачем я мог ему понадобиться. «Я говорил со многими людьми про эти насадки. Их нужно исследовать. Это будет здорово». Последовал короткий обмен мнениями, с которого и начинается путь к любому открытию. Ной показал наметки своего проекта и предложил мне заполнить недостающие пункты. «Это будет реально круто», — заключил он, что должно было означать: «Если ты не со мной, то ты полный осел, и я тебе это еще припомню. Не хочешь участвовать, не надо. Но если ты согласен, то надо пошевеливаться». 

Исходный план состоял в следующем. Вода, поступающая к вам в дом и проходящая через душевую лейку, полна жизни. Левенгук находил простейших и бактерий в дождевой воде и в своем колодце. Его наблюдения подтвердили последующие исследователи. Например, в Дании, где я работаю по несколько месяцев в году, в водопроводной воде можно встретить мелких рачков. В Роли, где я нахожусь остальное время, в сырой воде из-под крана в большом количестве присутствует бактерия Delftia acidovorans. Этот микроб, впервые обнаруженный в пробах почвы, взятых в родном городе Левенгука, обладает способностью извлекать из воды мельчайшие количества находящегося там золота и осаждать его. Также эта бактерия имеет особые гены, позволяющие ей выживать в жидкости для полоскания рта (или в ротовой полости сразу после полоскания). Все это было известно давно и по-своему небезынтересно, но не настолько, чтобы привлечь особое внимание Ноя. То, что его реально интересовало, так это толстая биопленка, образующаяся на внутренней поверхности труб и душевых насадок по мере того, как через них проходит вода. «Биопленка» — это красивый термин, которым ученые заменяют слово «грязь».

Биопленка образована множеством бактерий, относящихся к одному или нескольким видам, которые вырабатываются их совместными усилиями, чтобы защитить себя во враждебных условиях (в том числе от потока воды, который постоянно угрожает их смыть). Биопленка, в сущности, состоит из разнообразных веществ, выделяемых бактериальными клетками. Усердно трудясь, микробы сооружают на внутренней поверхности трубы что-то вроде очень прочного многоквартирного дома — прочного, потому что он состоит из сложных и очень устойчивых к разрушению углеводов. Ной хотел изучить виды, населяющие биопленку душевых насадок, которые получают пищу из водопроводной воды и при высоком напоре воды выбрасываются наружу, чтобы с мельчайшими каплями воды оседать на наших волосах и коже, с брызгами попадать нам в рот и нос. Он хотел заняться ими не только потому, что такая работа интересна сама по себе. Были подозрения, что в некоторых местностях эти микробы все чаще вызывают у людей заболевания.

Болезнетворные бактерии в биопленках относятся к роду Mycobacterium. Во многих отношениях они не похожи на другие водные патогены, такие как холерный вибрион. Человеческий организм не является для них естественной средой обитания. Это типичные обитатели водопроводных труб, которые, в отличие от обычных патогенных микробов, приносят вред только тогда, когда некстати (с точки зрения их благополучия) оказываются в легких человека. Среди них микобактерии и некоторые другие патогены (такие как бактерии рода Legionella*), процветающие в новых местах обитания, которые мы искусственно создали в наших домах, и они вызывают проблемы, мало напоминающие те, что мы привыкли связывать с болезнетворными микробами. Причина этих проблем коренится в устройстве наших городов и жилищ.

Микобактерии, обитающие в душевых насадках, называют нетуберкулезными, сокращенно NTM, где NT — nontuberulosis, а M — mycobacteria. Как вы, наверное, уже догадались, другие виды этого рода, а именно бактерия Mycobacterium tuberculosis и ее ближайшие родичи, являются возбудителями туберкулеза. Мы привыкли представлять себе самых ужасных чудовищ, каких только знала человеческая история, в виде многоруких тварей со зловонным дыханием, наподобие тех, с кем бились не на жизнь, а на смерть герои саг о викингах. Но в реальности самые страшные монстры нашего прошлого напоминали скорее Mycobacterium tuberculosis. Невидимые невооруженным глазом, они вызывали вполне зримые последствия — ужасную смерть.

Mycobacterium tuberculosis — возбудитель человеческого туберкулеза. В Европе и Северной Америке между 1600 и 1800 гг. от этой болезни погибал каждый пятый взрослый житель. С давних времен этот микроб сопровождал человека, и не только людей современного типа, но и наших вымерших родичей и предков. Полагают, что самая опасная форма этого патогена возникла примерно в то время, когда Homo sapiens начал расселяться за пределы Африки (приблизительно тогда же появились первые настоящие дома, и люди, жившие бок о бок, стали чаще кашлять друг на друга). Вместе с человеком расселялась и туберкулезная микобактерия. Когда были приручены козы и коровы, мы передали бактерию им, и в их телах, встретившись с другой, непохожей на человеческую, иммунной системой, Mycobacterium tuberculosis эволюционировала, дав начало новым видам — Mycobacterium caprae у коз и Mycobacterium bovis у крупного рогатого скота. От нас туберкулезная микобактерия распространилась на мышей, образовав вид, сумевший перехитрить их иммунную систему. Еще одна самостоятельная форма развилась у тюленей, тоже получивших этот патоген от человека. Вместе с тюленями болезнь достигла берегов Америки и там, не позднее чем в 700 г. н. э., стала поражать американских аборигенов, у которых со временем образовалась своя специализированная форма Mycobacterium. 

Во всех перечисленных случаях бактерии быстро эволюционировали, вырабатывая новые признаки, позволяющие им выживать в организмах новых хозяев и распространяться в их популяциях. Иммунные системы тюленей, коров и коз значительно отличаются от человеческой. Тут бактериям требовались особые приемы. Отдельные линии микробов смогли их выработать. Человеческая форма патогена приспособилась к различным популяциям Homo sapiens (поскольку болезнь смертельно опасна даже для молодых людей, человеческие популяции тоже до некоторой степени адаптировались к специфичному для них патогену). Mycobacterium tuberculosis стал хрестоматийным примером того, как протекает эволюционный процесс, не менее элегантным, чем классическая история об эволюции формы клюва у дарвиновых вьюрков.

Первая серьезная победа над туберкулезом была одержана только в 1940-е, когда были созданы первые антибиотики. Однако в наши дни многие штаммы Mycobacterium tuberculosis выработали устойчивость к большинству антибиотиков. То, что когда-то считалось смертельным оружием, теперь кажется не страшнее игрушечной сабли. Устойчивые штаммы стали широко распространяться (что было вполне предсказуемо). Все это говорит о том, что нам следует хорошенько разобраться в происхождении микобактерий. Ничто не мешает нетуберкулезным видам микобактерий из вашей душевой насадки адаптироваться к организму человека, как это случилось с Mycobacterium tuberculosis. Сначала они могут массово размножиться в водопроводных трубах, а потом — что уже более тревожно — в нашем организме.

Пока же в группу риска по инфекционным заболеваниям, вызываемым нетуберкулезными микобактериями, попадают люди с ослабленным иммунитетом, нетипичной структурой легких, а также страдающие муковисцидозом. У этих категорий бактерии группы NTM могут вызвать симптомы, напоминающие симптомы воспаления легких, а также кожные и глазные инфекции. К сожалению, риск распространения микобактериальных нетуберкулезных инфекций в США с каждым днем растет, хотя заболеваемость сильно варьирует географически. В отдельных штатах, таких как Флорида и Калифорния, инфекции встречаются часто, а, скажем, в Мичигане — редко. Это объясняется различиями в численности и представленности отдельных видов бактерий. Например, микобактерии из Флориды, судя по всему, относятся к одному виду, а микобактерии из Огайо — к другому, и это может иметь определенное значение. Кроме того, микобактерии, вызывающие инфекции, обычно принадлежат тем же видам и штаммам, что обнаруживаются в душевых насадках, при этом они отличаются от тех, что находятся в почве и других естественных местообитаниях. 

Зная все то, о чем я только что вам рассказал, я без труда догадался, что подразумевал Ной под предстоящим исследованием. Во время сотрудничества по изучению 40 домов города Роли у нас с ним выработался эффективный способ совместной работы, который мы неоднократно применяли. Но окончательно меня покорила его фраза про «загадку душевых насадок». Я коротко ответил на его электронное письмо, в двух словах выразив согласие выступить координатором проекта по обследованию душевых леек по всему миру. Так началось самое масштабное на сегодняшний день исследование экологии душей и душевых насадок. Мое согласие было основано на доверии. Я был уверен, что если Ной чем-то очень увлечен, то в девяти случаях из десяти это действительно очень интересно. Никогда не слышал, чтобы кто-то обсуждал значение доверия в науке, но именно на нем строится повседневная работа в моей лаборатории. Современная наука в значительной степени базируется на социальных связях, ее прогресс зависит от формирования социальных групп исследователей, основанных на взаимном доверии. Все иначе, если доверия нет или доверительные отношения не успели сложиться. В таких случаях сотрудничество налаживается медленнее, люди больше раздумывают, принимая решения, и уж тем более вряд ли станут откликаться на странные предложения, поступающие глубокой ночью. Ною я доверял и поэтому решил прислушаться к его дикой идее. С ним на пару я уже реализовал около полудюжины разнообразных проектов (мы изучали углубления на теле жуков, содержимое человеческих пупков, микробы из 40 домов в Роли, потом из 1000 домов, потом был проект из области судебной микробиологии и некоторые другие). Все эти проекты (порой, как видно уже из самого перечня, весьма нетривиальные) мы довели до победного конца.

До этого, в 2014 г., я завершил сбор данных для одного исследования, которое проводил совместно с коллегами из Дании. По нашей просьбе датские дети брали пробы воды из кранов и питьевых фонтанчиков, расположенных в их школах. Так что кое-какие сведения о живых организмах в питьевой воде я уже имел, хотя они не распространялись на душевые насадки. В воде датских водопроводов мы встретили тысячи разных видов бактерий, что показывают аналогичные исследования в Соединенных Штатах, да и вообще по всему миру. Кроме того, и мы, и другие ученые находили в водопроводной воде амеб, нематод и даже мелких длинноногих рачков. Впрочем, биомасса всех этих живых существ, как правило, невелика. В водопроводной воде не так уж много чего-то, что можно расценивать как источник питания (даже для бактерии). В этом отношении ее можно назвать «жидкой пустыней», так что многие виды пытаются там выжить, но безуспешно. Другое дело — биопленки, образующиеся в душевых насадках.

Вода, протекающая через них, обычно имеет высокую температуру, что способствует размножению бактерий. Кроме того, в перерывах между использованием душа влага в насадках сохраняется (что защищает микробы от высыхания). Одним словом, как только бактерии и другие микробы поселяются в биопленке внутри душевой лейки, у них есть подходящая среда обитания. Здесь они, подобно морским губкам, извлекают из проходящей через трубу воды питательные вещества, и чем чаще вы пользуетесь душем, тем их добыча больше. В отдельной капле ресурсы ничтожные, но в тысячах литрах водопроводной воды, проходящих через головку душа, они немалые. Поэтому биомасса микробов в душевой насадке может в два или более раз превышать биомассу, содержащуюся в водопроводной воде. Важно и то, что разнообразие видов в составе биопленки значительно меньше, чем число видов в водопроводе, это не тысячи, а сотни или даже десятки различных микробов. Они формируют особую устойчивую экосистему, где каждый вид играет определенную роль. Например, в биопленках есть свои хищники — свободноплавающие бактерии, которые, как мог бы выразиться Левенгук, «снуют туда-сюда подобно щукам». Да, в насадке вашего собственного душа встречаются такие миниатюрные хищники, которые присасываются к другим бактериям, пробуривают отверстия в их клеточных стенках и впрыскивают внутрь пищеварительные ферменты.

Но и на этих «щук» находятся охотники покрупнее. Это простейшие, которых, в свою очередь, поедают круглые черви. Есть там и грибы, делающие свою грибную работу. Образуется пищевая цепочка, участники которой сваливаются вам на голову, когда вы принимаете душ. Ежедневно на вас обрушивается поток из живых существ — мечущихся и обалдевших от неразберихи — в самый разгар обеда (их, не вашего, хотя и это возможно). 

*Еще один род из группы гамма-протеобактерий, речь о которой шла в предыдущей главе. В состав рода входят несколько десятков видов, включая патогенные. Первая крупная вспышка заболевания, вызванная этими микробами и зарегистрированная врачами, произошла в 1976 г. на съезде Американского легиона — общественной организации ветеранов боевых действий. Так это тяжелое респираторное заболевание получило название «болезнь легионеров». — Прим. науч. ред.

Приобрести книгу можно по ссылке

Больше текстов о политике и обществе — в нашем телеграм-канале «Проект "Сноб" — Общество». Присоединяйтесь