Чем занимались биологи в 2015 году – часть первая
Новые антибиотики и старые диеты, восстановление сердца, полезные паразиты и редактирование человеческих генов – что нам больше всего запомнилось из биомедицинских открытий уходящего года.
Год назад мы представили нашим читателям короткую «экскурсию» по биологическим темам уходящего 2014 года. И вот сейчас пришло время сделать то же самое с годом 2015. Конечно, наш итоговый обзор будет неполным, но и то сказать – для того, чтобы подвести полный итог в какой-то научной отрасли, нужно писать не статью, а целую книгу. Мы же постараемся напомнить лишь о некоторых работах, которые в течение года попали в наше поле зрения. Некоторые из них укладываются в большие, магистральные течения внутри той или иной области, некоторые представляют собой отдельно стоящие удивительные факты. Конечно, говоря о «магистральных течениях», есть большое искушение начать гадать о путях развития науки, однако наука тем и хороша, что непредсказуема и полна сюрпризов, и потому о грядущих открытиях мы рассуждать не берёмся.
Начать наш дайджест удобнее всего с Нобелевской премии – как-никак, это одно из главных событий в мире науки. В уходящем году премию по физиологии и медицине дали за два лекарства, за артемизинин от малярии и за авермектин от паразитических червей. Мы подробно писали о них на нашем сайте и в №11 журнала. Но оба вещества были открыты достаточно давно. Если же говорить вообще про лекарства, готовые или потенциальные, о которых мы узнали в течение года, то здесь стоит отметить работу исследователей из Северо-Западного университета, которые нашли в почвенных бактериях новый антибиотик теиксобактин. Он замечателен тем, что к нему, по-видимому, невозможно выработать устойчивость.
Известно, что микробы со временем становятся неуязвимыми к лекарствам, и потому чем дальше, тем меньше становится у нас эффективных антибиотиков. Есть надежда, что новый антибиотик, который убивает всех, положит этому конец, но, конечно, время покажет. Ещё одну интересную молекулу – искусственный белок, блокирующий взаимодействие частиц ВИЧ с иммунной клеткой – создали в Институте Скриппса. Сделанный из фрагментов разных антител, он закрывает для ВИЧ привычный вход в иммунную клетку, заодно обезвреживая вирус. Эксперименты показали, что организм обезьян с помощью нового средства довольно эффективно очищается от патогена; осталось дождаться клинических исследований. Наконец, третье лекарство, про которое стоит вспомнить – глазные капли от катаракты, правда, здесь тоже нужно дождаться результатов испытаний на настоящих больных.
Многие согласятся с тем, что самые популярные биомедицинские темы – те, что имеют отношение к повседневной жизни и повседневным болезням. Иными словами, это избыточный вес, болезни сердца, проблемы с иммунитетом, онкологические заболевания. Сердца за отчётный период у нас было сравнительно много, причём самого разного: мы писали и о генетическом кардиостимуляторе, который работает от света и который может заменить обычные ритмоводители с проводами и батарейками, и о том, можно ли собрать из клеток сердца всю сердечную мышцу целиком – так, чтобы она работала, и о том, что многожёнство – один из серьёзных факторов риска для сердца. Но несколько «сердечных» работ стоит отметить особо.
Во-первых, в нём всё-таки удалось найти клетки, за счёт которых сердце может восстанавливаться после повреждений, а ведь до сих пор считалось, что вскоре после рождения клетки сердца перестают делиться навсегда. Дискуссия о возможности или невозможности молекулярно-клеточных «восстановительных работ» в сердечной мышце длится не один год, коротко об истории вопроса можно познакомиться в нашем материале.
Во-вторых, вспомним о двух статьях, в которых обсуждается связь микрофлоры и сердечно-сосудистого здоровья. С одной стороны, оказалось, что бактерии, живущие в ротовой полости, кроме проблем с дёснами, могут провоцировать появление атеросклеротических бляшек в кровеносных сосудах, с другой – что путь к здоровому сердцу лежит через кишечник: если особым образом подействовать на кишечных симбиотических микробов, это уменьшит риск развития того же атеросклероза.
Когда заходит речь о микрофлоре, то немедленно приходится вспомнить про ожирение и про иммунитет: участвуя в переработке пищи, бактерии влияют на обмен веществ, а значит, и на наши жировые запасы; с другой стороны, им приходится как-то договариваться с иммунной системой, чтобы она их не атаковала. Важность желудочно-кишечных микроорганизмов никто не отрицает, но наличие или отсутствие избыточного веса и связанных с ним с проблем зависит и от других факторов. Например, от биологических часов: исследователи из Лейденского университета выяснили, что слишком долгое искусственное освещение сбивает с толку суточные ритмы, подавляя активность жиросжигающих клеток бурого жира. Иными словами, искусственный свет нас полнит.
А вот обратить этот процесс вспять поможет стресс: длительный и сильный стресс, как показали сотрудники Техасского университета, заставляет белый накопительный жир превращаться в бурый, который сжигает жировые молекулы. Правда, вряд ли кто-то согласится худеть с помощью стресса, большинство всё-таки предпочитает ограничить себя в жирном. Но стоит ли так уж бояться жирной еды? На самом деле, в долгосрочной перспективе диеты с повышенным и с пониженным содержанием жиров не отличаются друг от друга и не столь эффективны, как можно было бы подумать. Да и вообще, на одну и ту же еду у разных людей обмен веществ реагирует по-разному, поскольку и пресловутые кишечные бактерии у нас всех в той или иной степени отличаются, и гены разные – и вот потому-то диеты, на которые порой возлагают столько надежд, срабатывают далеко не всегда.
Из новых научных открытий касательно иммунитета хочется в первую очередь вспомнить о том, что иммунная система, как оказалось, работает по сезону (то есть летом её гены работают иначе, нежели зимой), и что мужская боль отличается от женской – потому что в женском и мужском организме в передаче некоторых болевых ощущений задействованы разные иммунные клетки. Вообще, иммунная система, несмотря на то, что её изучают уже довольно давно, не устаёт преподносить сюрпризы. Так, в уходящем году мы узнали, что для эффективной борьбы с инфекцией кожным иммунным клеткам нужна обычная соль, а жизненный опыт определяет состояние иммунитета едва ли не в большей степени, чем наследственность: исследования на близнецах показали, что в 3/4 случаев ненаследственное влияние на иммунитет перекрывало наследственное.
В самом начале мы сказали, что Нобелевская премия по физиологии и медицине была присуждена за открытие лекарства против паразитических червей, но с ними всё не так просто: недавно мы писали о том, что аскариды помогают забеременеть, а ещё раньше – о том, что ленточные черви защищают мозг хозяев. В обоих случаях, по-видимому, всё объясняется особенностями «общения» паразитов и иммунной системы: считается, что в некоторых случаях «гости» помогают правильно настроить некоторые иммунные программы, в том числе и воспалительную реакцию.
Сам по себе иммунитет, даже если он работает нормально, может изрядно нам вредить. Например, один из белков, который помогает иммунитету отличать «своих» от «чужих», с возрастом подавляет появление новых клеток в мозге, ухудшая когнитивные способности, а кожные иммунные клетки вообще помогают злокачественным клеткам выжить при радиотерапии. И вот тут мы подходим к одной из самых обширных и самых болезненных тем современной биологии и медицины – к раку. Биологи и медики из года в год неустанно ищут лекарства, методы, варианты лечения, которые позволяли бы либо предотвратить злокачественное перерождение клеток, либо, если они уже появились, по максимуму их уничтожить. Есть надежда, что нам удастся создать антираковую вакцину, которая учила бы иммунитет эффективно узнавать уникальные особенности опухоли. Возможно, средство генной антираковой терапии нам подскажут слоны, которые, как ни странно, от злокачественных болезней страдают на удивление редко. Возможно, новое лекарство будет сделано на основе грудного молока или кофе; некоторые вообще советуют в качестве антираковой профилактики принимать обычный аспирин.
Но клинический успех тех или иных клинических разработок зависит от того, насколько полно мы представляем собственно биологию рака. В этом году вышло несколько работ, касающихся фундаментальных особенностей злокачественных клеток. Например, уже больше ста лет известно, что опухоли, подобно бактериям, получают энергию с помощью бескислородного обмена веществ – и из свежей статьи исследователей из Калифорнийского университета в Сан-Диего можно узнать, почему они отдают предпочтение такой невыгодной форме метаболизма.
Мы знаем, что опухолям свойственно метастазировать, то есть рассылать злокачественные клетки по всему организму, чтобы они создали новую опухоль на новом месте, причём каким-то органам и тканям «везёт» больше, а каким-то меньше – и теперь мы знаем, как рак выбирает место для метастаза и как готовит ткань к приёму своих «послов». Мы давно знаем, что рак и воспаление связаны, что воспаление повышает риск онкологических болезней – эксперименты сотрудников Массачусетского технологического института показали, что иммунное оружие, используемое для уничтожения инфекции и вредных молекул, заодно вызывает канцерогенные мутации в ДНК. А уж мутаций в опухоли может быть великое множество, гораздо больше, чем мы раньше себе представляли – в трёхсантиметровой опухоли может быть около ста тысяч ДНК-дефектов.
Такие дефекты возникают из-за того, что в клетке неправильно работают системы ДНК-репарации – те самые, за расшифровку механизмов которых дали Нобелевскую премию по химии. Подробно углубляться мы в них не будем, читатель может узнать суть дела из наших статей на сайте и в №11 журнала. Напомним лишь, что по статистике от 80 % до 90 % всех раковых заболеваний связаны с неполадками в репарации ДНК. Исследования здесь продолжаются: в уходящем году мы узнали, например, как клетка ремонтирует «архивную» ДНК и почему разные гены по-разному мутируют – происходит так потому, что у ДНК-ремонтирующих белков есть свои «любимчики» в геноме, за которыми они следят намного тщательнее, чем за остальными.
Раз уж мы заговорили о молекулярной биологии, нельзя не вспомнить, наверно, о самой громкой молекулярно-биологической работе – речь идёт об экспериментах китайских исследователей, отредактировавших геном человеческого эмбриона с помощью системы CRISPR/Cas. В природе система CRISPR/Cas помогает бактериям бороться с вирусами, то есть это что-то вроде бактериального иммунитета. Вскоре после того, как её открыли, стало понятно, что из неё можно сделать прекрасный генно-инженерный метод. В прошлом году с помощью CRISPR/Cas поправили геном у обезьян, так что применение нового метода к «человеческому материалу» было лишь вопросом времени; никто, правда, не ожидал, что всё произойдёт так быстро.
Теперь научная общественность дискутирует о морально-этических аспектах новых результатов: с одной стороны, так мы скоро будем удалять любые болезнетворные мутации, с другой стороны, «редактирование человека», ставшее вдруг простым и доступным, может привести к непредсказуемым последствиям. Заметим, что CRISPR/Cas вполне можно использовать ко всеобщему благу – например, с помощью этого инструмента можно создать свиней, чьи органы будут пригодны для пересадки человеку.
Продолжение следует.
