Камни в почках: исследование, которое может изменить методы лечения
Новое исследование, опубликованное в журнале PNAS, доказывает, что почечные камни не являются стерильными минеральными отложениями. Ученые обнаружили внутри них сложные бактериальные сообщества, которые активно участвуют в формировании структуры камня.
Для многих из нас утренний ритуал начинается со знакомого звука бурлящей воды в чайнике. Но иногда, заглядывая внутрь, мы обнаруживаем там твердый белый осадок — накипь, состоящую из солей, которые кристаллизовались при нагревании. Очень похожий процесс происходит и глубоко в нашем организме в виде того, что принято называть «камнями в почках». Это распространенное и болезненное явление, частота которого в мире растет в последние десятилетия. Примерно каждый 11-й человек сталкивается с ним на том или ином этапе своей жизни. Статья была первоначально опубликована на сайте Института научного образования имени Давидсона.
Несмотря на визуальное сходство с накипью, камни в почках — это не просто безжизненный минеральный осадок. До недавнего времени в медицине преобладало традиционное различие между двумя типами камней: метаболическими (например, из оксалата или фосфата кальция), возникающими из-за химического дисбаланса в моче, и инфекционными (например, струвитными), которые образуются в результате деятельности бактерий при воспалении мочевыводящих путей.
Согласно этой концепции, большинство камней, включая наиболее распространенные оксалатные, считались абсолютно стерильными. Их рассматривали как продукт пассивной кристаллизации солей. Однако новое исследование, опубликованное в журнале PNAS, выдвигает иную версию: у этих камней есть скрытые архитекторы — бактерии, которые интегрируются в структуру камня как неотъемлемая ее часть.
Бактериальная деревня внутри камня
Исследователи обнаружили внутри почечных камней целые сообщества бактерий в виде биопленки — коллективной формы жизни, где микроорганизмы живут под общим защитным слоем, ограждающим их от внешней среды. Это можно представить как своего рода «бактериальную деревню», окруженную стеной. В случае с почечными камнями эта стена служит не только барьером, но и строительным материалом.
Ученые предполагают, что фрагменты ДНК, выделяемые бактериями, играют ключевую роль в росте камня. Эти нити обладают сильным отрицательным электрическим зарядом и притягивают положительно заряженные ионы кальция, растворенные в моче. Таким образом, то, что начиналось как гибкая оболочка бактериальной колонии, превращается в каркас, на котором нарастает твердый минерал.
Почему их не замечали раньше?
Тот факт, что бактерии оставались «невидимыми» для науки десятилетиями, объясняется ограничениями исследовательских инструментов. Ранее было принято растирать камни в порошок для выращивания бактериальных культур. Однако многие бактерии в биопленках сильно зависят от взаимодействия с соседями и не выживают в лабораторных чашках Петри. Кроме того, методы микроскопии часто повреждали структуру биопленки при подготовке образцов.
Главное новшество нынешнего исследования заключается в использовании техник, позволяющих изучать камень в естественном состоянии. Вместо дробления исследователи разрезали камни на тончайшие слои. Сочетание сканирующего электронного микроскопа и флуоресцентного окрашивания позволило увидеть, что бактерии погребены внутри минеральных слоев, как окаменелости в скале, что доказывает их участие в строительстве камня с самого первого момента.
Чтобы проверить распространенность этого явления, ученые изучили 22 камня, извлеченных у пациентов, не имевших признаков инфекции мочевыводящих путей. В 17 из них была обнаружена живая бактериальная биопленка, включающая, например, кишечную палочку (E. coli). Остальные пять камней содержали «археологические» свидетельства: остатки ДНК и скелеты биопленок.
Это открытие объясняет опасность, хорошо известную врачам: при дроблении камня лазером или ультразвуком бактерии, запертые внутри, могут высвободиться в полость почки, вызывая острую инфекцию. Понимание того, что бактерии являются существенной частью структуры камней, может изменить правила игры в терапии. В будущем это может привести к созданию профилактических методов лечения, направленных на разрушение бактериальных каркасов, что позволит остановить кристаллизацию еще на ранней стадии и избавить пациентов от множества страданий.
