Приключения холерного вибриона
Григорий Идельсон
«Квантик» №10 и №11, 2024
Что такое холера
Кажется, что инфекционные болезни сопровождают человечество в течение всей его истории. Но это не так: болезни появляются, распространяются и эволюционируют. Недавно мы все были свидетелями того, как распространился по планете новый вирус — ковид-19. Он унёс около 6 миллионов жизней и вроде как притих.
Одна из самых страшных болезней в истории — холера. Как и в случае многих других болезней, можно проследить, как она зародилась и распространилась. Бактерия, которая вызывает холеру, называется холерным вибрионом. В отличие от многих других болезнетворных бактерий, холерный вибрион может свободно жить в тёплой воде, а вовсе не обязательно в теле человека. Более того, большинство его штаммов не вызывают болезнь.
Холерные вибрионы. Фото сканирующего электронного микроскопа
Видимо, исходное место обитания холерного вибриона — дельта Ганга на востоке Индии и в Бангладеш. Чтобы вызывать болезнь, бактерия должна содержать несколько генов, из которых важнейший — холерный токсин.
Холерный вибрион плохо переносит кислую среду желудка. Для того, чтобы заболеть, человек должен проглотить 100 млн бактерий — тогда есть шанс, что одна или несколько из них уцелеют в желудке и доберутся до кишечника.
Холерный токсин — это белок, состоящий из двух типов субъединиц: А и B. На одну молекулу субъединицы А приходится 5 молекул субъединицы В. Они соединены между собой ковалентно, через два атома серы (это называется дисульфидная связь). Прелесть такой связи в том, что вне клетки она очень прочна, но внутри клетки её очень легко разорвать.
Субъединица В предназначена для того, чтобы связываться с некоторым веществом на поверхности кишечного эпителия — клеток выстилки кишечника. Связавшись, вся молекула токсина оказывается проглочена клеткой, внутри клетки дисульфидная связь разрывается и субъединица А начинает жить отдельной жизнью.
Не хочу вдаваться в биохимические детали с длинными словами, а без них можно объяснить таким образом. В клетке есть целая сеть белков, передающих сбалансированные сигналы: сколько каких веществ надо оставить в клетке, а сколько и каких вывести наружу. А-субъединица портит один из важных белков в этой системе, так что он начинает передавать постоянный сигнал, что в клетке слишком много ионов хлора. Клетка начинает от них избавляться. А вслед за хлором из-за получившегося нарушения равновесия начинают выводиться и соли, и вода. Человек страдает от страшного поноса и, если его не лечить, умирает в течение нескольких дней от обезвоживания и потери солей.
Токсины с устройством, похожим на холерный, состоящие из двух субъединиц, одна из которых нужна, чтобы связываться с клеткой, а другая — чтобы впрыскиваться в клетку и нарушать там передачу важных сигналов — встречаются и у многих других болезнетворных бактерий: дифтерии, коклюша, ботулизма. Во всех этих случаях токсины не были исходно в бактериях, а были принесены в них с помощью бактериофагов.
Бактериофаги — это такие вирусы, которые паразитируют на бактериях, подобно тому, как другие вирусы паразитируют на нас.
Вирус впрыскивает в бактерию свою ДНК. Для чего? В большинстве случаев он использует механизмы бактерии, чтобы размножать свою ДНК и производить вирусные белки. Но иногда, очень редко, ДНК вируса встраивается внутрь ДНК бактерии и продолжает дальше размножаться вместе с ней. Такой бактериофаг принёс в холерный вибрион ген холерного токсина. Вероятно, он взял его из какой-то другой бактерии, но неизвестно, из какой.
Когда появилась холера Учёные проследили, как давно появились штаммы холерного вибриона с геном холерного токсина. Оказалось, не очень давно, не раньше XVIII века. Примерно с того времени врачи в Бенгалии описывали сезонный понос, видимо, вызывавшийся холерным вибрионом. Но настоящая пандемия впервые разразилась в 1817 году. Возможно, это было связано с тем, что это был знаменитый «год без лета».
В апреле 1815 года произошло крупнейшее в письменной истории извержение вулкана Тамбора в нынешней Индонезии. Гора, до извержения имевшая высоту 4300 м, после извержения понизилась до 2800 м. По оценкам учёных, за время извержения в атмосферу было выброшено 41 км3 вулканического пепла общим весом 10 млрд тонн. Распространение этого пепла в атмосфере привело к значительным глобальным последствиям. В 1816–17 годах по всей планете небо было закрыто желтоватой дымкой, через которую тускло просвечивало солнце.
Картина Уильяма Тернера «Дидона строит Карфаген» была выставлена летом 1815 года, когда эффект вулканического пепла если и был, то самый минимальный
Последовавший за извержением 1816 год принято называть «годом без лета». По обе стороны Гольфстрима, в Европе и в Северной Америке, лето было аномально холодным. В Нью-Йорке и в Виргинии в июле и августе выпал снег и замёрзли реки. В Европе до снега дело вроде не доходило, но в Ирландии дождь лил без перерыва 40 дней, а в Швейцарии — 137 дней. Распространился слух о предсказаниях некого астронома из Болоньи, что Солнце должно окончательно погаснуть 18 июля 1816 года. Над предсказаниями смеялись, но факты говорили сами за себя: 10–16 июня 1816 года можно было невооруженным глазом увидеть на Солнце пятна, причём их число выросло с 5 до 8.
Картина Уильяма Тернера «Упадок Карфагенской империи» написана в 1817 году, в разгар года без лета. Видно, что солнце на картине скрыто жёлтой дымкой
Сезон дождей был нарушен и в Китае, и в Индии, тоже с довольно катастрофическими последствиями. Видимо, из-за многочисленных дождей и наводнений свободноживущие вибрионы оказались в более тесном контакте с людьми, и это вызвало пандемию. В июне 1821 года холера достигла Персии и Месопотамии, а вместе с воюющей персидской армией — северной Месопотамии и Османской империи. В сентябре 1821 года она достигла Баку, а в 1823 году — Астрахани, после чего сама собой заглохла. И английские, и русские врачи достаточно подробно описали новую болезнь, но не знали ни механизмов распространения, ни способов лечения.
Холера в России и в Европе
Вторая пандемия началась в Бенгалии в 1829 году. В Россию она пришла через Тифлис, Баку и Астрахань — чему, вероятно, способствовало возвращение русской армии после русско-турецкой войны.
Из Астрахани болезнь быстро распространялась вверх по Волге со скоростью движения бурлаков: 7 августа 1830 года — Саратов, 25 августа — Самара, 7 сентября — Казань, а 15 сентября болезнь пришла в Москву. Власти закрыли Макарьевскую ярмарку. По словам Пушкина:
На дороге встретил я Макарьевскую ярманку, прогнанную холерой. Бедная ярманка! она бежала, как пойманная воровка, разбросав половину своих товаров, не успев пересчитать свои барыши!
Пушкина холера застала в Болдино, и он очень стремился в Москву, беспокоясь о своей невесте. Карантины поначалу были не очень строгими, как описывает Пушкин:
Несколько мужиков с дубинами охраняли переправу через какую-то речку. Я стал расспрашивать их. Ни они, ни я хорошенько не понимали, зачем они стояли тут с дубинами и с повелением никого не пускать. Я доказывал им, что, вероятно, где-нибудь да учрежден карантин, что я не сегодня, так завтра на него наеду, и в доказательство предложил им серебряный рубль. Мужики со мной согласились, перевезли меня и пожелали многие лета.
Но постепенно меры усилились, того же Пушкина на въезде в Москву развернули и отправили обратно в Болдино.
Новая никому не знакомая болезнь, в сочетании со строгими карантинными мерами и совершенно бессмысленными медицинскими рекомендациями, вызвала большое брожение умов в народе. Народ толковал об отравителях.
Несмотря на строгие карантины, весной 1831 года холера возобновилась. В мае 1831 года она появилась в Ярославле. К этому моменту власти поняли, что надо позаботиться и о водных путях, но не успели: 14 июня холера пришла в Петербург: выявили двух больных рабочих, прибывших на судах из Вытегры. 22 июня в Петербурге произошел холерный бунт. Народ разгромил холерную больницу, повыкидывал из окон врачей. Бунт был усмирён, даже без кровопролития, благодаря смелому вмешательству царя Николая Павловича.
Николай I усмиряет холерный бунт на Сенной площади
В общей сложности в России переболело холерой около 500 тысяч человек, около 200 тысяч из них умерли.
Во время польского восстания 1830–31 годах холера вместе с русской армией пришла и в Польшу. 29 мая в Пултуске умер от холеры главнокомандующий русской армии Иван Дибич, а 15 июня в Витебске — наместник Польши великий князь Константин Павлович.
С польскими беженцами холера пришла в Пруссию. Прусские власти прекрасно знали об опасности, но не смогли защитить границу.
В июне холера пришла в Венгрию (250 тысяч больных, 100 тысяч умерших), в августе — в Берлин, в октябре — в Гамбург, Лондон и Париж. После чего спокойно заглохла сама собой до следующей пандемии в 1848 году.
Как научились бороться с холерой
В 1831 году 22-летний ирландский врач Уильям Брук О'Шонесси исследовал состав мочи и крови у холерных больных и предположил, что, если вводить человеку воду и соли, это может помочь. Он впервые попробовал внутривенно ввести солевой раствор собаке.
Уильям Брук О'Шонесси
Вскоре после этого доктор Томас Латта решился применить рекомендации О'Шонесси для спасения умирающих больных. Вот как он описывает свой первый опыт:
Первым объектом эксперимента стала пожилая женщина. Она, по-видимому, достигла последних мгновений своего земного существования, и теперь ничто не могло ей повредить — более того, она была настолько слаба, что я боялся, что она умрёт до того, как я подготовлю свой аппарат. Вставив трубку в подкожную вену, я с волнением внимательно наблюдал за эффектом; унция за унцией вводилась, но видимых изменений не наблюдалось. Постепенно я заметил, что дыхание стало менее тяжёлым, а вскоре и заостренные черты лица, и запавшие глаза, и отвисшая челюсть, бледность и холодность, несущие на себе явную печать смерти, сменились более живыми красками; давно утихший пульс вернулся на запястье; сначала маленький и быстрый, постепенно он становился все отчётливее... и за короткий промежуток времени в полчаса, когда было впрыснуто шесть пинт [почти 3,5 л], женщина твёрдым голосом заявила, что не чувствует беспокойства, стала шутить и полагала, что всё, что ей нужно, это немного поспать.
Доктору Латте повезло: первый опыт был удачным, но последующие вовсе не всегда были столь же удачны. Никто не знал точных пропорций солевого раствора, который надо вводить, а ведь при неверных пропорциях эффект будет разрушительным. Доктор Латта вскоре умер, не успев довести исследование до конца, эпидемия холеры закончилась, чтобы вернуться в Англию через 15 лет, и его опыты были забыты до начала XX века. Только тогда пропорции солей в солевом растворе были хорошо изучены, и введение воды и солей стало общепринятым методом лечения холеры.
Эпидемия холеры возобновилась в 1846 году и волнами продолжалась до 1854 года. На этот раз, судя по всему, она распространилась через паломников в Мекку. По-прежнему не было ясно, каким образом болезнь передается. Существовали две конкурирующие теории. По одной, она передавалась через «миазмы», то есть через ядовитые испарения. А по другой — через «зародыши», то есть через воду и пищу. Слово «зародыши» не означало «бактерии»: о том, что болезни переносятся микроорганизмами, тогда никто не знал.
Карта вспышки холеры в лондонском районе Сохо. Чёрными столбиками обозначены случаи заболевания. В центре поражённого квартала находится заражённая колонка (обозначена на карте красным)
В 1854 году вспышка холеры поразила лондонский район Сохо. Доктор Джон Сноу нарисовал карту, на которой отметил, где жили заболевшие люди. Оказалось, большинство их жило в одном определённом квартале, а в центре квартала находилась водоразборная колонка, откуда местные жители брали воду. Тогдашние колонки были подсоединены не к централизованному водопроводу, а представляли собой насосы, которыми качали колодезную воду. В кирпичных стенках резервуара колодезной воды были трещины, и туда просачивалось содержимое выгребных ям. Несмотря на убедительные доказательства, идеи Сноу о том, что холера передается через недостаточно чистую сырую воду, были признаны только через 12 лет.
В память об открытии Сноу, колонка до сих пор стоит на том же месте
Холера в наши дни
В наше время в развитых странах холера редко представляет такую опасность, как раньше: из водопровода течёт очищенная вода; большинство людей, если есть опасность заражения, пьют только кипяченую воду; если даже человек заболеет, ему легко могут ввести в больнице необходимое количество жидкостей. В 1965 году разработали специальную жидкость, содержащую, помимо воды, необходимые соли и глюкозу. Такой жидкостью можно поить больного, даже если поблизости нет больницы и нет возможности вводить жидкость прямо в кровь.
На фотографии: войска ООН, вопреки всем правилам, выливают сточные воды в реку. Фото: Pierre Lahiny
Но в неразвитых странах иногда происходят вспышки холеры. В 2010 году была настоящая эпидемия в Гаити. Переболело холерой 700 тыс. человек, умерло около 10 тысяч. Это очень много, но всё же это составляет 1,4% заболевших, а не 40%, как было в XIX веке. Как выяснилось, болезнь принесли войска миротворцев ООН из Непала. Они нарушали все санитарные правила и выливали свои сточные воды в реку Артибонит. Они сами приехали из района, где холерный вибрион живёт в воде, были адаптированы к таким количествам вибриона и не болели, но жители Гаити, никогда до того не встречавшиеся с холерой и пившие воду из реки, заразились.
Художник Мария Усеинова
Художник Мария Усеинова