Сергей Шевченко
Надежда обретенная и изобретенная. Эпистемология добродетелей и гуманитарная экспертиза биотехнологий
Вспышки эпидемий и «экология» бактериофага[15]
Американский исследователь почвенных бактерий Филипп Хэдли так же, как и Гриффит, считал, что гладкие и шероховатые стадии развития бактерий чередуются в «естественном цикле». В 1927 году он опубликовал результаты исследования, в котором описывал бактериофаг как способ перехода протоплазмы бактерий из одной фазы в другую[16]. Вступая в дискуссию с Д’Эррелем, он отмечал, что бактериальные культуры могут произвольно приобретать вирусоподобные формы, проходящие через все возможные фильтры (как и обычные вирусы). Однако затем из этого фильтрата может развиться полноценная колония патогенных бактерий[17]. На взгляд сегодняшних микробиологов, эти воззрения скорее всего показались бы странными и анахроничными – относящимися скорее к раннему Новому времени с характерными гипотезами о самозарождении жизни. Взгляды Д’Эрреля сегодня бы в целом признали адекватными: бактериофаг запускает цикл бесконечного самокопирования в бактериальной клетке, накопившаяся масса вирусных частиц разрывает оболочку клетки, выходя во внешнюю среду – происходит «лизис» бактерии, ее полное уничтожение. «Осколки» бактерии, так же как и сами вирусные частицы, могут быть значимы для иммунных клеток организма (если лизис протекает внутри него), но самовосстановиться бактерии уже не могут. Впрочем, для рассмотрения самой ситуации научного спора, диссенсуса, абсолютно не важно, кто в конце концов оказался прав.
В уже упомянутом «Курсе частной эпидемиологии» авторы пишут о бактериофаге совсем в другом – экологическом – ключе. В подразделе «Местности, невосприимчивые к холере» предлагаются два объяснения эпидемиологической аномалии – существование более или менее обширных территорий, которые совсем не затрагиваются вспышками болезни. Первое предполагало, что свойства почвы оказывают решающее влияние на заболеваемость бактериальными патологиями. Хотя бы в том смысле, что болезнетворные микробы хуже выживают в определенном типе почв. Второе объяснение, содержащее ссылки на работы Д’Эрреля, связывает «иммунность сел» в Индии во время «холерного пожара» с высоким содержанием действующего на вибрионы бактериофага. Следовательно, чтобы повысить качество воды во время эпидемий, нужно искусственно повышать в ней содержание соответствующих вирусных частиц[18]. Интересно, что в этом небольшом разделе приведены только две экологические гипотезы, указывающие на причины эпидемиологической аномалии. Более очевидные и, вероятно, известные случаи невосприимчивости отдельных групп к холере не упомянуты – имеются в виду примеры из классического исследования вспышки холеры в Лондоне 1854 года, во время которой не пострадали несколько сотен сотрудниц мастерской и десятки работников пивоваренного завода, хотя оба предприятия находились посреди «холерного пожара»[19]. Мастерская имела собственное водоснабжение, а пивовары утоляли жажду в основном собственной продукцией, что предотвратило контакт с опасной водой.
Видимо, Берман и соавторы не считали нужным возвращаться к дискуссиям 80-летней давности, подробно останавливаясь на микробиологии холерного вибриона. Причинная связь между ним и вспышкой холеры уже была очевидной – важнее казалось то, что мешает этой причинности проявиться. Эти помехи, скорее всего, должны были носить экологический характер – среда обитания вибрионов могла способствовать их уничтожению, снижению их заразности (контагиозности) или патогенности.
Дело в том, что простая объяснительная схема вспышки холеры, заключающаяся в построении сети заражений от «первого пациента», как правило, не срабатывала. В конце XIX – начале XX века холерные эпидемии того или иного масштаба случались в России почти ежегодно. Но с одной стороны, общего популяционного иммунитета не было приобретено, с другой – носители и больные присутствовали почти в каждой местности. Однако вспышки происходили лишь в некоторых регионах. Эпидемиологи нередко пытались объяснить их воздействием погодных условий на заразность вибриона. Если это не удавалось, можно было предположить, что высокая температура не действует на сам микроорганизм, но ослабляет «иммунные силы» людей[20].
Однако фаговая гипотеза «иммуннности» отдельных населенных пунктов к холере серьезно отличается от прежних экологических объяснений вспышек инфекции. Климатические условия независимы от свойств и количества инфекционных агентов, фаги же распространяются в окружающей среде исключительно благодаря бактериям. Поражая последних, они используют их клетки как копировальные аппараты для воспроизводства тысяч собственных копий. В большом количестве фаг не может присутствовать в среде, в которой никогда не было патогенных бактерий, на заражении которых он специализируется.
Уже ранним исследователям экологии бактериофагов приходилось признать некоторое противоречие в том, о чем именно свидетельствует высокое содержание этих вирусов в водоемах. С одной стороны, фаги признаются значимым фактором самоочищения воды (болезнетворные бактерии уничтожаются ими), с другой – высокое содержание специфических фагов служит индикатором загрязнения водоема болезнетворными бактериями[21].
Обобщая, наметим две проблемы, с которыми сталкивались экологические, объяснительные модели в эпидемиологии – в том числе те, что отводили центральную роль бактериофагам. Первая связана с тем, что «эпистемическая» роль фагов как индикатора загрязнения среды вступала в конфликт с их «онтологической» ролью как агентов самоочищения воды или почвы[22] [23]. Во время эпидемиологического «пожара» вторая перевешивала первую – фаги могли служить фактором, уберегающим отдельный населенный пункт от бушующей вокруг инфекции. В благополучные времена важна скорее их роль как индикатора загрязнения.
Вторая проблема связана собственно с проведением границ «окружающей среды», болезнетворного агента и человеческого организма. Одно оказывается вложено в другое – причем так, что подчас невозможно определить, где кончается влияние организма и начинается действие окружающей среды или «работа» вируса. Фаги впервые обнаружены именно в окружающей среде (в водоемах), но они действуют только находясь внутри патогенной бактерии. Сама же бактерия служит источником проблем, только оказавшись в человеческом организме. Совсем же не устанавливать границ нельзя – это означало бы невозможность указать локализацию терапевтического или профилактического действия бактериофага, то есть помимо противоречивой экологической роли фагов их отношения с бактериями и организмом человека крайне сложны и запутаны, о чем пойдет речь при рассмотрении четвертой неопределенности. Пока же остановимся на третьей – на происходивших в 1920-х спорах вокруг природы самого бактериофага.
Орудуя неизвестным: вирусная природа бактериофага как технологическое и медицинское допущение
Споры о природе бактериофага начались сразу после того, как к теме внезапной гибели бактериальных колоний было привлечено широкое внимание. В начале главы было отмечено, что предположения Д’Эрреля о вирусной причине «растворения» бактериальных колоний были почти сразу же раскритикованы сотрудниками Пастеровского института, считавшими, что это результат действия особого фермента, белковой молекулы. В следующем десятилетии Филипп Хэдли считал, что фаги – особая стадия в чередовании бактериальных поколений. Точка в этом споре была поставлена уже в конце 1940-х годов, после того, как были получены первые изображения фаговых частиц в электронном микроскопе[24]. В предыдущие два десятилетия было высказано не менее девяти разных гипотез о природе бактериофага, и большинство из них имели экспериментальное обоснование и не противоречили биологической картине мира, сформированной к тому времени[25].
Интересно, что работавшие в 1920–30-х годах советские исследователи бактериофага, в основном занятые разработкой фаговой терапии, не воспринимали эти дискуссии как имеющие первостепенное значение. Обычно в написанных ими книгах или брошюрах обсуждению природы бактериофага отводилось две-три страницы в начале. Упоминался Д’Эррель, признавалась его правота относительно того, что бактериофаг – вирус, объект живой природы, способный изменяться. Изменчивости лизирующей активности фага и способам ее стабилизации посвящалось гораздо больше места, чем тому, с чем собственно их исследователь имеет дело.
При этом нельзя сказать, что в советской науке того времени установился прочный консенсус относительно природы бактериофага. В 1939 году микробиолог Зинаида Ермольева, пользующаяся огромным авторитетом, обращалась к властям с просьбой расширить исследование бактериофагов и производство фаговых препаратов, то есть она открыто признавала перспективы этого направления. Но в том же обращении она выражала сомнения в вирусной природе бактериофага, отмечая, что этот вопрос еще требует серьезного уточнения[26].
Можно высказать предположение, что вирусная природа фагов обретала смысл только в свете сложности изготовления действенных фаговых препаратов или в свете взаимной адаптации бактерий и поражающих их вирусов. Нестабильности, с которыми сталкивались разработчики фаговых препаратов и применявшие их врачи, проще было представить и объяснить, признавая бактериофаг частью живой природы, а не простым ферментом.
Впрочем, в 1920-х и 1930-х годах фаги вообще можно было не признавать действующим агентом – тем, что вызывает разрушение бактериальных колоний. Бельгийский иммунолог и бактериолог Жюль Борде (1870–1961) в начале 1920-х годов, уже будучи нобелевским лауреатом, опубликовал ряд работ, описывающих явление самопроизвольного лизиса бактериальных колоний. В самих колониях до их разрушения не было ничего необычного, много поколений бактерий заселяли стерильную среду чашек Петри, как внезапно начинался их распад. Если бы лизис был результатом действия бактериофага – рассуждал Борде – колонии бы погибли сразу, так как изначально были заражены вирусом. Но описанное им явление больше напоминало произвольную гибель, которую Борде объяснял внутренними факторами – например, тем, что бактерии сами начинали выделять определенные ферменты, опасные для них же самих[27]. К слову, на нарисованной им картине вполне могли основываться представления Хэдли о фаге как о стадии в жизни бактериальных поколений.
Д’Эррель спорил с Борде, рисуя довольно простую экологическую картину: фаги и бактерии могут долгие поколения жить в «симбиозе», однако внезапное хрупкое равновесие в их взаимоотношениях нарушается, и если верх берет вирус – колония гибнет[28]. Фрэнк Макфарлейн Бёрнет (1899–1985), австралийский иммунолог и вирусолог, также в будущем ставший нобелевским лауреатом, на старте научной карьеры занимался исследованием бактериофага. Участвуя в споре старших коллег, он провел ряд экспериментов, подтверждающих вирусную природу фага. Обобщая результаты, он сравнивал колонию, которая рискует подвергнуться лизису, с хроническим больным или с носителем инфекции. Это носительство может передаваться в череде поколений благодаря тому, что вирус становится частью бактериальной клетки, до поры не угрожающей ее состоянию[29]. Описываемые Бёрнетом отношения выглядят теснее, чем простой симбиоз, – фаг становится частью бактериальной «самости», элементом бактериального «тела» (здесь и «самость» и «тело» – переводы бёрнетовского «self»). Справляясь с проблемой «произвольного» лизиса бактериальных колоний, Бёрнет преображает эту временную нестабильность в пространственную, сущностную, неясность границ бактериальной самости. Экологическая нестабильность Д’Эрреля становится иммунологической размытостью границы своего и чужого. Стирая эту границу, Бёрнет создает плацдарм для собственного пересечения границы дисциплин: многие из отработанных на бактериофагах объяснительных моделей он затем перенесет в исследования человеческого иммунитета, за что, собственно, и удостоится Нобелевской премии[30].
То, что фаг долгое время был неизвестным в уравнениях, описывающих простые закономерности бактериального роста, послужило развитию некоторых методов молекулярной биологии. Фаги были одними из первых объектов, изученных под электронным микроскопом[31]. Их присутствие и характер их активности хотелось зафиксировать, в оптимальном случае – сделать видимым. Но это произошло лишь в конце 1940-х годов. До этого советские разработчики фаговой терапии имели дело с объектом, во многом неизвестным. Но фундаментальные вопросы о том, чем является бактериофаг, и как именно он разрушает бактериальные клетки, не имели для них решающего значения. Вирусная природа фаговых частиц была значимой в том смысле, что служила каркасом для конструирования набора их «естественных» свойств, позволяющих искать более действенные фаговые препараты. Проблема для разработчиков терапии заключалась не в том, что фаг нельзя увидеть, а в том, что этот набор «естественных» свойств не удавалось стабилизировать – или даже сформулировать законы их изменения[32]. Ведь хотя бы какая-то стабилизация требовалась для поиска условий эффективности фаговых препаратов in vitro и in vivo.
Сама по себе изменчивость фагов не всегда была препятствием для их медицинского применения. Например, представитель Харьковской группы исследований бактериофага Моисей Мельник (1898–1937) считал, что изменчивость фагов открывает возможности того, что введенные в человеческий организм вирусы способны приспособиться к «неизвестным» для них бактериям и начать их поражать, то есть оказывать терапевтическое действие. Этот процесс Мельник видел как происходящую саму собой «поливалентацию» бактериофага. Важно лишь, чтобы один из обитающих в теле пациента штаммов бактерий, вызывающих инфекционное заболевание, оказался чувствительным к фагу. Поражая его, вирус способен так измениться, что сможет уничтожить и ранее резистентные к нему штаммы[33]. Интересно, что во взаимоотношениях фаг – бактерия Мельник видел именно вирус как более склонный к приспособлению и подвижный – возможно, потому что фаг был инструментом лечения, агентом активной лечебной интервенции, на фоне которой бактериальную изменчивость можно было отбросить. Вирус был способен к экологической адаптации как часть живой природы, а также был способен наиболее быстро и радикально приспосабливаться как простейшая ее часть. Кажется, что именно такая точка зрения – подкрепленная опытом изготовления фаговых препаратов, экспериментами in vitro и медицинскими данными – во многом способствовала относительно беспроблемному принятию вирусной гипотезы о природе бактериофага. Впрочем, чаще всего комплексный, «экологический» характер явления бактериофагии и нестабильность свойств фага рассматривались как источники проблем в его терапевтическом применении.
Выздоровевшие чудом: механизмы действия фаготерапии
Работающий в Британии историк науки Виктор Мельников называет три основные причины, благодаря которым в СССР интерес к фаговой терапии был столь сильным и устойчивым – исследования в этом направлении не прерывались, хотя в Европе и Северной Америке появление антибиотиков привело к их замораживанию. Итак, по мнению Мельникова, первой причиной было экологическое мировоззрение советских эпидемиологов; второй – необходимость противостоять дизентерии, холере и раневым инфекциям во время Советско-финляндской и Великой отечественной войн; третьей – железный занавес, начавший ослаблять влияние западных трендов в конце 1940-х годов[34]. Соглашусь, что все перечисленные факторы сыграли ведущую роль в формировании траектории, которой придерживались разработчики фаговых препаратов в рассматриваемый Мельниковым период – 1920–50-е годы. Но лишь первый из них определил стиль мышления советских исследователей бактериофага, их приоритеты, то есть характер (способ постановки) тех задач, которые они решали. В двух предыдущих разделах в общих чертах описано, как фаговая терапия вписывалась в общий «экологический» контекст советской эпидемиологии и микробиологии. Остальные же два выделяемых Мельниковым фактора ничего не говорят о том, какие исследовательские трудности приходилось преодолевать исследователям бактериофага и как они преодолевались. В этом разделе мы рассмотрим то, вопреки чему разработка медицинских применений фага стала стабильной областью исследования, существующей до сих пор. То есть здесь мы остановимся на главной трудности, с которой сталкивались исследователи, – «капризный» характер фаговых препаратов. А уже в следующей главе речь пойдет о тех исследовательских добродетелях, наличие которых можно предположить у отдельных советских вирусологов и их коллективов, – тех добродетелях, которые могли помочь им не оставлять выбранную научную траекторию.
На Западе и после поворота интересов врачей и фарминдустрии в сторону антибиотиков бактериофаг остался важным «модельным организмом» для биологов. Как раз в начале 1940-х, когда антибиотики уже готовились «завоевать мир», разгорался спор между биологами Джоном Нортропом и Максом Дельбрюком о том, как действует бактериофаг. Первый считал, что воспроизводство и активация вируса связаны исключительно с циклом размножения бактериальной клетки; сам же вирус представлялся как белковый комплекс, активирующий производимые бактериями ферменты и способный «направить их активность» против самой бактерии. Дельбрюк полагал, что вирус целиком проникает в клетку, заставляя ее работать на воспроизводство своего наследственного материала[35]. Уже в следующем десятилетии окажется, что Дельбрюк оказался неправ в том смысле, что протеиновая оболочка вируса, поражающего клетку, остается за ее пределами. Однако его акцент на связи между нуклеиновыми кислотами (как носителями наследственного материала), белками и собственно воспроизводством вируса послужит серьезному прогрессу молекулярном биологии. Нортроп серьезнее ошибался в природе бактериофага, однако статистические расчеты его группы также оказались в русле последующих (в том числе и современных) разработок фаговой терапии[36]. Эти эксперименты над золотистым стафилококком демонстрировали, что внесения малой дозы фагов недостаточно для гибели бактериальной колонии – необходимо, чтобы на одну бактериальную клетку приходилось не менее 125 фаговых частиц[37].
Итак, первая проблема, с которой сталкивается разработчик фаготерапии и применяющий ее врач, – достижение нужной концентрации вируса. Уже упоминавшийся выше Моисей Мельник в подготовленной в соавторстве книге «Бактериофаг при дизентерии» (вышла в 1935 году) подробно останавливается на способе приготовления препарата с высоким титром фаговых частиц[38]. На соседних страницах помещены фотографии собранных им и его коллегами лабораторных установок для изготовления препарата. Описанный процесс требует нескольких суток, и его нельзя назвать простым.
Кислотность среды также, как считалось, влияет на активность бактериофага. Обычно оптимальной средой называли нейтральную или слабощелочную. Но в некоторых исследованиях с радостью отмечается высокая адаптивность бактериофага, позволяющая ему сохранять активность и в кислой среде (более близкой к pH большинства сред человеческого организма)[39].
Иммунная активность человеческого организма также считалась проблемой для применения фаговых препаратов. Дело в том, что фаги могут быть достаточно сильными антигенами, соответственно они могут быть нейтрализованы иммунитетом организма еще до того, как поразят патогенные бактерии. Однако и эта трудность виделась некоторыми советскими исследователями как возможный источник эффективности фага. Не соглашаясь с концепцией Д’Эрреля, отводящего человеческому организму роль арены, на которой происходит схватка вируса и бактерии, сотрудник тбилисского Института бактериофага Михаил Беридзе отмечал двойное действие фага. По его мнению, фаг является не только «фактором экзогенного иммунитета», непосредственно уничтожающего патогенные бактерии, но косвенно выступает «фактором эндогенного иммунитета», стимулируя организм «к выработке иммунных свойств»[40]. Мельник и Хастович, опять-таки критикуя позицию Д’Эрреля, выдвигают гипотезу действия фагового препарата как «быстрой вакцинации», которая оказывается эффективнее обычных процедур иммунизации в борьбе с холерой[41].
Специфичность действия фаговых препаратов также требовала проведения исследований, показывающих чувствительность патогенных бактерий конкретного больного к их действию. Фаговые препараты могли быть «поливалентными», но для этого, как правило, в одной дозе смешивались несколько специфичных фагов, приготовленных на разных бактериальных культурах (противодизентерийный – на культуре вызывающих это заболевание шигелл и т. д.). Мельник особенно акцентирует внимание на сложности приготовления такого рода лекарственных средств. Впрочем, он же, как указано выше, говорит о возможной произвольной «поливалентации» фага в организме человека – об обретении вирусом способности поражать устойчивые к нему бактериальные штаммы. Однако под приобретением такой поливалентности он имел в виду лишь то, что противодизентерийный фаг способен преодолеть резистентность шигелл, для борьбы с которыми и изготовлен.
Как правило, в работах о фаговой терапии упоминается проверка эффективности фагового препарата in vitro. Особенно впечатляют примеры такой персонализации лечения в условиях фронтового госпиталя[42]. Фаговый препарат должен быть проверен в идеальных условиях чашки Петри, а после этого введен больному. Но и после такой проверки что-то могло помешать его действию – неблагоприятный pH, иммунный ответ организма, резистентность к нему тех бактерий, штаммы которых не были посеяны для проверки. Помех со стороны среды может быть огромное множество, и даже идеально работающая в лаборатории технология может быть бесполезна на практике. Идеально попадающему в цель стрелку из лука может помешать внезапный порыв ветра – событий, нарушающих наши планы, может произойти множество. А вот порыв ветра, помогающий неискусному стрелку поразить мишень, мы назовем чудом. Кажется, что бессмысленно надеяться, что неработающее в идеальных условиях вдруг окажется эффективным в сложной обстановке – а придумать что-то сложнее человеческого организма врач вряд ли бы смог. И тем не менее и Беридзе, и Мельник описывают множество случаев, когда неэффективные in vitro препараты улучшали состояние больного после нескольких введений. В исследованиях обоих эти пациенты составляют отдельную когорту, а Беридзе даже считает, что отсутствие лизиса бактериальных колоний in vitro не являются основанием для отмены фаготерапии[43]. Он полагает, что главным критерием успеха являются стадия и форма заболевания – кожной инфекции, лечение которой он и исследует. Независимость in vitro и in vivo результатов он объясняет «мутационными процессами в литическом агенте и возбудителе болезни», вызванными «защитными силами организма»[44]. То есть явление, открытое Д’Эррелем, происходящее в изолированной бактериальной культуре, во многом отличается от действия фагового препарата внутри организма. В первом случае вирус способен действовать самостоятельно в идеальных условиях, во втором – условия неидеальны, но бактериофаг может справиться с патогенными микробами, когда ему обеспечена «активная поддержка организма»[45]. Но если эксперимент in vitro нельзя считать моделью действия фагового препарата – с чем тогда его разработчик имеет дело? И слова Беридзе о «поддержке организма», и более детальная гипотеза «быстрой вакцинации» Мельника и Хастовича в лучшем случае выглядят как гипотезы ad hoc. В худшем – они могут быть истолкованы как противоречащие научной логике. Эксперименты Д’Эрреля были демонстрацией той модели, которая была взята за основу разработок фаговой терапии. Затем эта модель продолжает использоваться для объяснения механизма действия фагового препарата, но отбрасывается тогда, когда нужно ее предсказать. Роль «защитных сил организма» в объяснительной модели выглядит схожей со «снотворными частицами», содержащимися в снотворном. То есть такие объяснения выглядят как анекдот о медицине XVIII века, а не как начало новой линии экспериментальной биомедицины, которая и сегодня остается ее передовым рубежом. И уж точно «защитные силы организма» не выглядят как точка, с которой начнется приращение научного знания. И тем не менее, исследовательские практики, в рамках которых возникли эти объяснительные модели, мы можем назвать добросовестными и добродетельными. О том, почему это так, речь пойдет в следующей главе. Ниже мы лишь кратко подведем итоги рассмотрения казуса фаговой терапии в СССР в 1920–30-х годах.