[Параметры] [Интерфейс] [Работа с письмами] [Ошибки]
(01) (02) (03) (04) (05) (06) (07) (08) (09) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23) (24) (25) (26) (27) (28) (29) (30) (31) (32) (33) (34) (35) (36) (37) (38) (39) (40) (41) (42) (43) (44) (45) (46) (47) (48) (49) (50) (51) (52) (53) (54) (55) (56) (57) (58) (59) (60) (61) (62) (63) (64) (65) (66) (67) (68) (69) (70) (71) (72) (73) (74) (75) (76) (77) (78) (79) (80) (81) (82) (83) (84) (85) (86) (87) (88) (89) (90) (91) (92) (93) (94)

Специалистам Института биохимии им. А. Н. Баха всотрудничестве с британскими учеными удалосьвыйти на принципиально новый уровень в изучениитуберкулеза. Выявлен так называемый факторроста, стимулирующий размножение туберкулезныхбактерий. Открытие позволяет рассчитывать напоявление принципиально новых методовдиагностики и лечения этой болезни, ставшейреальной угрозой человечеству на рубеже второгои третьего тысячелетий.

Специальный корреспондент журнала"самый интересный журнал Наука и жизнь " Е. ЗВЯГИНА.

ХХ век, век НТР - на его долю пришлось наибольшееколичество открытий в науке и технике -неожиданно поставил человечество на граньвымирания.

По данным Всемирной организацииздравоохранения, в 1998 году от туберкулеза умерли3 млн. человек (включая 100 тыс. детей). Еслиситуация не изменится, то к 2020 году более 1 млрд.человек будут инфицированы, 200 млн. заболеют и 70млн. человек умрут от туберкулеза.

Россия входит в число 15 самых отсталых стран снаивысшим уровнем заболевания туберкулезом. Внашей стране он в 10 раз выше, чем в странах Запада.

По сведениям Минздрава, в настоящее время вРоссии более двух с половиной миллионов человекбольны туберкулезом. Количество вновьзаболевших выросло с 7,7 случая на 100 тысяч человекв 1990 году до 17,7 в 1998 году. Только за десять месяцевпрошлого года число больных увеличилось на 8,5%.Смертность от этой болезни достигла предельновысокого уровня (50% всех летальных исходов,вызываемых инфекционными заболеваниями). Втюрьмах и колониях туберкулезом болеют в 50 разчаще, чем в целом по стране.

Положение усугубляется тем, что возбудительтуберкулеза - так называемая "палочка Коха" -приспосабливается к созданным для егоподавления антибиотикам. Современные лекарстваоказывают все меньшее сопротивление новым,мутировавшим формам бактерий.

Единственный надежный способ противостоятьтуберкулезу - обнаружить его на начальной стадии.Однако проблема ранней диагностики весьмасложна, поскольку бактерии туберкулеза способныдолгое время находиться в "спящей"(латентной) форме, а такие бактерии практическиневозможно обнаружить традиционными методами.

Сегодня ученые полагают, что каждый третийчеловек - носитель инфекции. Болезнетворныебактерии многие годы способны находиться ворганизме, никак себя не проявляя. Однако стоитиммунитету по каким-то причинам ослабеть, как онимогут "проснуться", и болезнь начнетстремительно прогрессировать. Именно поэтомутаким принципиально важным шагом в борьбе стуберкулезом стал открытый недавно методвыявления "спящих" бактерий.

"Спящие"бактерии

Подобно всем живым организмам, бактериипроходят три стадии: рождение, жизнь, смерть.Смерть бактерии может наступить от такназываемого голодания: например, попадая в почвуили в океан, она получает крайне мало питательныхвеществ (или совсем их не получает) - и умирает.Правда, существует небольшой класс бактерий,умеющих и в таких условиях выживать длительноевремя, - спорообразующие бактерии. Спора -совершенно "замершая" клетка, ее состояниеаналогично смерти. Такие клетки не проявляют никакой активности до техпор, пока не попадут в благоприятные условия:тогда они "оживают", начинают размножаться иобразуют колонии. Но большинство бактерий, в томчисле болезнетворных, могут переживатьголодание лишь несколько недель, максимуммесяцев. По крайней мере, так считалось допоследнего времени.

Проблема приспособления бактериальных клетокк экстремальным ситуациям давно стала предметомисследований группы ученых из Институтабиохимии имени Баха; ее возглавляет докторбиологических наук профессор Арсений СумбатовичКапрельянц.



Когда несколько лет назад А. С. Капрельянц(стоит справа) и Дуглас Келл подписывали договоро сотрудничестве, никто еще не мог предположить,что совместная работа русских и британскихученых приведет к открытию бактериальногофактора роста и станет новым шагом в постиженииприроды туберкулеза.

Что случается с бактериями, не умеющимиобразовывать споры, когда они попадают внеблагоприятную среду? Умирают они или все жекаким-то образом приспосабливаются? Все ликлетки в колонии ведут себя одинаково?Микробиологи обычно исследуют не индивидуальныеклетки, а популяции, сообщества бактерий.Микробиолог подсчитывает количество клеток впопуляции, затем, поместив их в питательнуюсреду, ждет, пока бактерии образуют колонии.Количество образовавшихся колоний эквивалентночислу жизнеспособных клеток в исходнойпопуляции. Остальные клетки (не развившиеколонию) считаются погибшими.

Ученые из Института биохимии стали изучатьиндивидуальные клетки в популяции Micrococcus luteus -одной из разновидностей неболезнетворныхбактерий, на примере которой удобнорассматривать биохимические процессы. Наблюдаяповедение бактерий, они обнаружили, что приопределенных условиях голодания клетки способныпереходить в покоящееся, или дормантное,состояние. Они не размножаются, но и не умирают.Этот феномен во многом напомнил исследователямобразование спор, хотя разница оказалась все жесущественной. Споры обладают наивысшей степеньюустойчивости к воздействию внешних факторов. Онипрактически нечувствительны к ультрафиолету инагреванию. Бактерии в дормантном состоянииобнаружили меньшую защищенность от окружающейсреды, но сам факт возможности "летаргическогосна" для неспорообразующих клеток сталсенсацией. Эффект "спящих клеток" получилширокий резонанс. Проблемой заинтересовалисьмногие ученые у нас в стране и за рубежом.

В британских и американских газетах появилисьпубликации об опасности "спящих" бактерий,поскольку они могут долгое время находиться ворганизме человека или в окружающей среде (впочве или воде), никак себя не проявляя.Современными методами обнаружить такие бактериипрактически невозможно. К примеру, вода,прошедшая все необходимые тесты, может содержатьболезнетворные бактерии в латентном состоянии,которые, попав в благоприятные условия, станутактивно размножаться.


"Спящие" бактерии.



Размножающиеся клетки.
На микрофотографии видно, как в клеткеразделилось ядро,
а в средней части клетки появилась перегородка.



Клетки Micrococсus luteus в условиях голодания -"спящие" клетки.


Тема явно заявляла о своей серьезности иглубине. Лаборатория А. С. Капрельянца сталаработать в сотрудничестве с учеными изуниверситета Уэльса (Великобритания). Обычно вМоскве проводились длительные физиологическиеэксперименты. В Англии выполнялись исследования,требующие современного оборудования. Всложившемся коллективе каждый исследователь былдостаточно самостоятелен, имел свои собственныенаучные интересы. Сферой интересов Майкла Янгабыла генетика. Дуглас Келл в большей степениинтересовался биотехнологией. Именно онприобрел прибор, позволяющий отсматриватьотдельно каждую клетку в популяции, - проточныйцитометр. А. С. Капрельянц и Г. В. Мукамоловазанимались физиологической сторонойисследований, проблемами жизнедеятельностибактерий. Вероятно, именно разноплановостьэкспериментов стала предпосылкой успешнойработы. Область, открывшаяся перед учеными, быласвоеобразным "белым пятном" в науке, икакое-либо единственное выбранное направлениемогло сузить исследования, а в худшем случаезавести в тупик.

Фактор роста

"Заснувшие" бактерии не росли ни при какихусловиях. Около двух лет ушло на то, чтобы найтиспособ активизировать их и таким образомдоказать, что дормантное состояние обратимо, аследователь но - не равнозначно смерти. "Незнаю, на чем строилась наша уверенность, что ихможно "разбудить", - говорит А. С. Капрельянц.- Вероятно, это интуиция, основанная на некоторомопыте. Например, под микроскопом они были совсемкак живые, только не размножались. Помог, как эточасто бывает, случай. Забытая колба или что-то вэтом роде, сейчас уже не вспомнить".

Неожиданно выяснилось, что добавлениенебольшого количества живых, активных клетокприводит к тому, что "спящие" клеткиначинают оживать и размножаться. Они оживали ипри добавлении жидкости, в которой росли живыеклетки. Отсюда следовал логический вывод: живыебактерии производят нечто, что заставляет"проснуться" клетки, находящиеся вдормантном состоянии.

После серии исследований определили, чтосигнальное вещество, синтезируемое живымиклетками и влияющее на "спящие", имеетбелковую природу. Новый белок получил название Rpf(Resuscitation promoting factor), что в переводе на русскийозначает "фактор, ускоряющий оживление" илипросто - фактор роста. Было обнаружено: Rpfстимулирует рост и живых, не "спящих"бактерий, что позволило говорить о нем как опервом бактериальном факторе роста. Черезнекоторое время ученым удалось выяснитьаминокислотную последовательность и определитьген, кодирующий этот белок.

Лечениетуберкулеза: новыевозможности?

К настоящему времени уже расшифрован геномнекоторых бактерий (порядка пятнадцати) исозданы компьютерные базы данных, которые могутиспользоваться для сравнения белков, имисинтезируемых. Получив ген, кодирующий Rpf, ученыерешили выяснить, есть ли сходные белки у другихбактерий. Аналогия фактору роста была найдена уMycobacterium leprae (возбудителя проказы), Mycobacterium tuberculosis("палочки Коха"). Гены, кодирующие сходныебелки, были обнаружены и у ряда другихмикобактерий и стрептомицетов.

Эксперименты, проведенные с целью подтвердитьили опровергнуть результаты компьютерногоанализа, дали обнадеживающие результаты. Преждевсего, выяснилось, что Rpf действительностимулирует рост микобактерий. Кроме того,оказалось, что антитела, образуемые противфактора роста, практически останавливают ростбактерий туберкулеза. Как известно, принциппрививки основан на том, что небольшоеколичество вакцины, введенное в организм,провоцирует выработку антител. Именно онисоздают защиту против болезни и не дают ейразвиться, если человек заразился.

Таким образом, проблема перешла в областьпрактики. Перспективы медицины, вызванныеоткрытием первого бактериального фактора роста,трудно переоценить. Вот только два главныхнаправления - выработка более совершеннойсистемы диагностики и возможность созданияпринципиально нового класса лекарств и вакцин.

С помощью Rpf можно будет, во-первых, значительносократить время, нужное для диагностики(особенно если в образцах, взятых для анализа,присутствует только небольшое количествовозбудителя туберкулеза - а это бывает часто).Туберкулезная палочка - медленно растущаякультура, поэтому для ее выявления требуетсянесколько недель. Правда, есть косвенные методыдиагностики, основанные на признаках активностибактерий. Такие методы позволяют распознатьболезнь значительно быстрее, но точностьрезультатов при этом не гарантирована. Применяяфактор роста (например, просто добавляя его ктканям, взятым для анализа), можно будетсократить сроки обнаружения туберкулеза доминимума, и таким образом выиграть время дляборьбы с прогрессирующей болезнью. Кроме того,бактерии, находящиеся в дормантном состоянии, досих пор вообще не поддавались диагностике.Теперь их можно будет "разбудить" - и такимобразом обнаружить.



Туберкулезную микобактерию - микроорганизм,вызывающий туберкулез, когда-то можно было убитьодним антибиотиком. Потом появились штаммы,требующие применения двух антибиотиков, позже -трех, а недавно возникли штаммы, резистентные кэтому комплексному средству из трехантибиотиков.

Еще более заманчиво создать новый классантибиотиков. Современные лекарства в основномвоздействуют на рост и деление бактерий, скрытаяже форма болезни до сих пор была практическинеизлечима. Эффект новых антибиотиков, если ихудастся синтезировать, будет основан наподавлении фактора роста. Принцип действия -совершенно новый, таким образом, на какой-топериод мы, возможно, получим преимущество вборьбе с туберкулезом. Безусловно, бактерии современем выработают устойчивость и к этимлекарствам. И тем не менее положительную рольздесь может сыграть белковая природа факторароста, допускающая довольно большой простор дляварьирования . Например, если клетки туберкулезазаменят какую-то одну аминокислоту, можно будетмодифицировать и антибиотик, не меняя принципаего действия.

Еще одна цель дальнейших исследований -создание вакцин на основе ДНК. При обычнойпрививке человеку однократно вводят какое-токоличество белка. Сейчас уже возможно внедрить ворганизм не белок, а фрагмент ДНК. Ген включаетсяв подкожные клетки и начинает вырабатыватьнужное вещество. Таким образом, в организмечеловека постоянно поддерживается необходимыйдля подавления инфекции уровень антител. Этоттип вакцин значительно эффективнеетрадиционных.

Перспектива разработки такой вакцины противтуберкулеза ставит перед наукой новую задачу -создать так называемую нуль-мутантную бактерию,в которой был бы инактивирован, то есть"обезврежен", ген, отвечающий за синтез Rpf.Задача усложняется тем, что Micrococcus luteus ещенедостаточно генетически изучен, поэтомусделать нуль-мутантную бактерию на его основенепросто. Что касается туберкулеза, то, во-первых,эта культура крайне неудобна в практике из-замедленных темпов роста, во-вторых, туберкулезимеет пять генов, отвечающих за производстворазных Rpf-подобных белков (следовательно, надоинактивировать пять генов). Если нуль-мутантнаябактерия все же будет создана, она может статьидеальной основой вакцины: создавая иммунитет ворганизме, она будет абсолютно безопасна,поскольку неспособна к самостоятельномуразмножению. И еще. Если удастся получить такуюбактерию и показать, что ей нужен фактор ростаизвне, чтобы размножаться, это будет бесспорнымдоказательством того, что это веществонеобходимо для роста популяции бактерий. Покатакого доказательства нет.

Конечно, о практических "выгодах" открытияфактора роста можно говорить, лишь имея в видудлительную перспективу. По расчетам компании GlaxoWelcome, для введения в медицинскую практику новоготипа вакцин потребуется минимум 10-15 лет. Что жекасается фундаментальных исследований, то их цель на настоящем этапе - выяснитьмеханизмы действия фактора роста. Непонятным ещеостается и наличие в туберкулезных бактерияхпяти генов, отвечающих за синтез Rpf. Каковыфункции каждого? Вопросы ждут своего решения.

Как можно увидеть на примере исследований"спящих" бактерий, в науке труднопредсказать, какие проблемы могут открытьсяперед учеными в следующий момент. Начинаяизучение бактерий Micrococcus luteus, никто изисследователей не предполагал, что полученныерезультаты будут связаны с туберкулезом. Ставяперед собой конкретную цель, ученый лишь задаетсебе первоначальное направление. В изученииприроды человек меньше всего похож напоследовательного и аккуратногоэкспериментатора. Материал часто "ведет"исследователя за собой, ставя перед ним все новыеи новые проблемы.





(01) (02) (03) (04) (05) (06) (07) (08) (09) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23) (24) (25) (26) (27) (28) (29) (30) (31) (32) (33) (34) (35) (36) (37) (38) (39) (40) (41) (42) (43) (44) (45) (46) (47) (48) (49) (50) (51) (52) (53) (54) (55) (56) (57) (58) (59) (60) (61) (62) (63) (64) (65) (66) (67) (68) (69) (70) (71) (72) (73) (74) (75) (76) (77) (78) (79) (80) (81) (82) (83) (84) (85) (86) (87) (88) (89) (90) (91) (92) (93) (94)