Искусственные органы становятся всё ближе, СПИД и рак по-прежнему непобедимы и очень опасны, а красное вино, кажется, действительно замедляет старение.
Трудно, пожалуй, найти ещё какую-то область человеческой деятельности, в которой выражение «итоги года» было бы более двусмысленным, чем в науке. Если понимать под итогами что-то завершённое, удачное или неудачное, то здесь нам придётся ограничиться обтекаемыми формулировками вроде «учёные добились большего понимания...» — а вот понимания чего именно, решайте сами. Выбор велик: процессов онкогенеза, развития СПИДа, роли кишечной микрофлоры, и прочая, и прочая.
Но если итоги понимать не бухгалтерско-колхозным способом и не измерять их в тоннах, литрах и поголовье, а попробовать посмотреть, как смещался фокус научного внимания и в какой отрасли были выпущены самые заметные работы, то итоги вполне себе можно подвести. Вот сейчас мы и попробуем беглым взглядом окинуть то, о чём писали в течение года по медицинско-биотехнологической тематике, — для начала. Сразу скажем, что наши научные «горячие точки», скорее всего, будут грешить изрядным субъективизмом, но тут уж ничего не поделаешь: мы станем говорить о том, что попало в поле нашего зрения в необъятной массе современной науки. Это во-первых, а во-вторых — нам придётся как-то распределить наши выдающиеся научные сведения по разделам, а поскольку современная наука тяготеет к синтезу всего со всем и отделить, скажем, вопросы иммунологии от проблем онкогенеза подчас довольно трудно, то заранее просим прощения, что наши фрагменты будут порой напоминать классификацию животных по Борхесу.
Стволовые клетки
В первую очередь дóлжно рассказать о том, что творилось в этом году в мире стволовых клеток. Вообще стволовые клетки — тема большая и комплексная; говоря о них, нельзя не упомянуть регенеративную медицину и попытки исследователей вырастить искусственные органы. С другой стороны, в биологии самих стволовых клеток пока не всё ясно, и исследователи до сих пор разгадывают механизмы, которые направляют развитие клеток и которыми очень хотелось бы научиться управлять.
Как известно, стволовые клетки хороши тем, что могут, во-первых, неограниченно долго делиться, а во-вторых, превращаться в другие типы клеток в ходе созревания и дифференцировки. Созревая в специализированные клетки, они обновляют ткань, становясь на место старых, больных, вышедших из строя клеток. Медицинские перспективы, как легко понять, тут бескрайние. Но, как водится, не всё так просто. Сами стволовые клетки бывают разные, а самыми-самыми выглядят эмбриональные стволовые клетки, так как могут превращаться в абсолютно любой другой тип (в отличие, скажем, от стволовых клеток крови, которые могут давать только специализированные клетки крови и не способны превращаться, например, в нейрон или гепатоцит). Но использование эмбриональных стволовых клеток сопряжено с известными ограничениями: чтобы их получать, нужны эмбрионы, и не простые, а человеческие, и эмбрионы эти нужно буквально разрывать на клетки, и какие тут возникают религиозно-этическо-гуманистические возражения, можете представить сами.
Но учёные нашли обходной путь, создав в 2006 году индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. Оказалось, что обычные, взрослые и специализированные клетки можно превратить в подобие эмбриональных, если изменить активность всего четырёх генов. Такие клетки можно выращивать в культуре и программировать для превращения во что угодно — хоть в нейроны, хоть в мышцы. Но давайте попробуем разложить всё на этапы: сначала специализированные клетки вынимаются из организма и обрабатываются коктейлем веществ, которые перестраивают их текущие молекулярные процессы, потом эти клетки растут в культуре себе подобных, затем на них снова льют программирующую молекулярную смесь и пересаживают в организм, где они должны встроиться в ткань. Не надо быть специалистом, чтобы понять, как велика тут вероятность, что что-то пойдёт не так. Например, искусственные стволовые клетки, которые почему-либо не приняли новую программу, могут спровоцировать опухоль. И вообще — искусственные плюрипотентные стволовые клетки заметно отличаются от эмбриональных, а чтобы всё проходило гладко, нужно, чтобы вовсе не отличались, и учёные уже который год ломают голову, как это различие устранить.
С этим как раз и связан один из прорывов года: специалистам из испанского Национального центра исследования рака в Мадриде удалось получить стволовые клетки, не вынимая их из организма. То есть всю операцию по возвращению специализированных клеток во времена эмбриональной молодости провернули прямо внутри взрослой мыши. При этом, как особо подчёркивается, такие клетки были больше похожи на эмбриональные стволовые, чем обычные искусственные, которые получаются «на лабораторном столе».
Иначе поступили в Орегонском университете здоровья и науки (США): учёные вообще решили не пользоваться стандартной методикой создания индуцированных плюрипотентных клеток, вместо этого они прибегли к клонированию, пересадив в яйцеклетку ядро зрелой соматической клетки. Яйцеклетка настраивает полученную ДНК на эмбриональное состояние, и в результате в руках у нас оказывается неиссякаемый источник настоящих эмбриональных стволовых клеток. Работа вызвала большой резонанс, однако авторам вскоре пришлось отбиваться от напористой критики: многие исследователи обнаружили в опубликованной статье целый ряд неточностей, в связи с которыми даже был помянут профессор У Сок Хван, который отличился на ниве фальсификации клонированных стволовых клеток.
Но и те, кто имеет дело со старыми добрыми индуцированными стволовыми клетками, в минувшем году тоже не сидели сложа руки: им удалось довести эффективность метода получения таких клеток до 100%, а также научиться создавать их с помощью гибридных факторов транскрипции: эти белки-химеры, сшитые, подобно Франкенштейну, из кусков разных молекул, должны сделать искусственные стволовые клетки более послушными и безопасными.
Не отставали и исследователи, занимающиеся обычными стволовыми клетками, которые есть у каждого из нас. Так, удалось показать, что они помогают восстановить мозг после инсульта, что с их помощью можно ликвидировать побочные эффекты химиотерапии и что такие клетки вообще могут стать эффективным оружием против рака, обеспечивая адресную доставку лекарств в опухоль. Некоторые учёные далеко продвинулись в понимании общих принципов житья-бытья стволовых клеток и процессов тканевой регенерации. Выяснилось, например, что регенерация у амфибий и у зверей происходит в общем одинаково. Это наводит на мысль о каких-то сдерживающих факторах, которые хорошо бы у млекопитающих научиться отключать. Другой любопытный результат описан в работе специалистов Манчестерского университета (Великобритания), которые обнаружили, что так ругаемые всеми кислородные радикалы необходимы для регенерации тканей. А исследователи из Медицинской школы Стэнфорда (США) сумели найти белок (надо думать, всё же один из многих), который удерживает стволовые клетки в недифференцированном состоянии и указывает им, в какую сторону делиться.
Но манипуляции с клетками — лишь часть того, чем занимается наука; многие специалисты мечтают вырастить из таких клеток настоящий, функциональный орган, чтобы потом его можно было просто пересадить на место больного органа. Но как заставить клетки расти в объёме? Ведь любой орган представляет собой нечто трёхмерное, а никак не плоские чередующиеся слои клеток. Один из способов предложен в Университета Райса (США), где удалось вырастить лёгочную бронхиолу с помощью магнитной левитации. Похожего результата добились учёные из клиники Massachusetts General Hospital в Бостоне (США), вырастившие искусственную почку на соединительнотканном каркасе; после пересадки почка работала, как настоящая, хотя и с заметно меньшей эффективностью.
Впрочем, можно обойтись и без каркаса — как исследователи из Института Солка (США), вырастившие зачаточную почку с помощью зрелых клеток, добавленных к культуре клеток-предшественников. Что-то похожее сделала группа Таканори Такебе из Городского университета Иокогамы (Япония), у которой получилось вживить в мышь зачаток человеческой печени. Авторы этой работы особенно гордятся тем, что печень не только успешно прижилась, но и продолжала расти в организме, формируя собственные сосуды и подключая их к кровеносной системе животного. Наконец, Юрген Кноблих и его сотрудники из Института молекулярной биотехнологии Австрийской академии наук сумели вырастить из человеческих стволовых клеток некую трёхмерную структуру, похожую на головной мозг. В общем, пусть искусственные органы пока ещё не стали повседневной реальностью, но с каждым днём это будущее всё ближе.
СПИД/ВИЧ
Говоря о стволовых клетках, нельзя не вспомнить про исследование, выполненное в Женской больнице Бригэма в Бостоне (США), где Дэниэл Куритцкес и его коллеги сумели изгнать вирус ВИЧ из человеческого организма, пересадив стволовые клетки крови. Об окончательных результатах говорить пока рано, но у двух больных, которые участвовали в эксперименте, есть хорошие шансы пополнить ряд людей, избавившихся от ВИЧ. Таких счастливчиков на самом деле раз-два и обчёлся: в уходящем году мы писали о девочке, которую удалось избавить от вируса благодаря сверхраннему лечению — а ведь это был лишь второй такой случай.
Вообще вирус СПИДа был и остаётся одним из главных научных «ньюсмейкеров», во многом благодаря своей удивительной увёртливости: иммунитет просто не в состоянии выработать антитела ко всем вариантам вируса. Поэтому, кстати, до сих пор не удаётся создать вакцину против этого вируса. В этом году удалось обнаружить так называемые антитела широкого спектра действия, которые могут связываться со множеством вариантов ВИЧ и при этом, что важно, появляются в организме довольно быстро. Более того, с помощью таких антител вирус почти удалось победить — во всяком случае у обезьян его уровень падал до неразличимости.
Впрочем, одними антителами поиск лекарств от СПИДа не ограничивается: с ним предлагают бороться, используя ошибки в репликации ДНК, с помощью других вирусов, противовоспалительных средств и даже посредством грудного молока. В уходящем году выяснились некоторые новые — и довольно интригующие — подробности биологии вируса: например, то, как он отключает клеточную сигнализацию, и какой клеточный белок мешает ему проникнуть в клетку. Остаётся надеяться, что эти результаты не пропадут зря и с их помощью удастся-таки создать достаточно эффективное лекарство против СПИДа.
Иммунитет
От ВИЧ было бы логично перейти к иммунитету, однако тут нас ждёт такой вал публикаций, что даже не знаешь, с чего начать... Может быть, с того, что счастье помогает иммунитету, как это выяснили исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США), или с того, что одиночество ему вредит? Впрочем, счастье счастьем, но у и нашей иммунной системы есть куда более материальные помощники — желудочно-кишечные бактерии, от которых, как выяснили в Медицинской школе Мэрилендского университета (США), может зависеть эффективность вакцины против таких болезней, как дизентерия и брюшной тиф. Вообще, взаимодействие иммунитета и полезных кишечных симбионтов — тема столь же интригующая, сколь и таинственная, и пока что мы можем с уверенностью сказать одно: без кишечной микрофлоры иммунитет работать будет из рук вон. И вот ещё один тому пример: исследователи из Медицинской школы Гарварда (США) под руководством Фредерика Альта (Frederick Alt ) обнаружили, что кишечные бактерии в буквальном смысле учат иммунитет создавать новые антитела.
Отдельная тема — борьба вирусов и бактерий с иммунитетом. Понятно, что патогенам нужно постоянно выдумывать новые трюки, чтобы уйти из-под иммунного удара, и изобретательность микроорганизмов в этом смысле безгранична. Например, золотистый стафилококк использует ловушку, которую иммунитет расставляет для него, чтобы создать токсин против самих иммунных клеток, а туберкулёзные бактерии вообще используют иммунные клетки лёгких как такси. Вирусы же в этом году тоже всех удивили: оказалось, что они используют противовирусную же интерфероновую защиту, чтобы ослабить иммунную реакцию на самих себя и получить шанс закрепиться в организме.
Из других парадоксальных сообщений на иммунную тему можно вспомнить результаты Морин Макгилл (Maureen McGargill) и её коллег из Детской больницы св. апостола Иуды Фаддея (США), которые обнаружили, что иммунодепрессант усиливает антигриппозную вакцину, а также известную гипотезу о том, что аллергия может защитить от яда. Некоторые данные в пользу этой оригинальной концепции представили специалисты медшкол Стэнфордского и Йельского университетов (оба — США).
Аллергия, как известно, возникает из-за слишком перегретого иммунитета, когда он начинает бросаться на абсолютно безвредные объекты. На молекулярно-клеточном уровне это означает плохую работу супрессорных механизмов, клеток и регуляторных молекул, регулирующих активность иммунного ответа. Это может привести к тому, что иммунная система начнёт атаковать обычные, здоровые клетки организма, то есть запустится аутоиммунная реакция, которая может вылиться в полноценную болезнь вроде рассеянного склероза, диабета первого типа или чего-то подобного. Но баланс между слишком пассивным и слишком агрессивным иммунитетом интересует исследователей не только в связи с аутоиммунными болезнями: дело в том, что на этом балансе отлично научились играть раковые клетки.
Опухолевая клетка, вообще говоря, вещь для организма чужеродная, и одна из задач иммунитета состоит в том, чтобы эти клетки вычислять и вычищать. Однако раковые клетки научились маскироваться, и, чтобы их обнаружить, иммунитет должен порой становится слишком активным — а это чревато постоянным воспалением и аутоиммунными проблемами. И исследователи постоянно пытаются найти какой-то способ помочь иммунной системе аккуратно определять замаскировавшиеся онкоклетки. В этом смысле определённого успеха добились специалисты Медицинской школы Пенсильванского университета (США), которые повысили антираковую специфичность Т-клеток, научив их определять два раковых белка вместо одного, и исследователи из Медицинской школы Стэнфордского университета (США), которые пошли другим путём: они попытались «демаскировать» сами раковые клетки, сделав их видимыми для иммунной системы с помощью белка, который подавлял передачу обманных успокаивающих сигналов от раковых клеток иммунным.
Рак
Ну вот мы и произнесли это слово. Из года в год на изучение рака и борьбу с ним тратятся колоссальные ресурсы, и мы даже не берёмся оценить, насколько человечество продвинулось в этой борьбе: для этого пришлось бы проанализировать чудовищную гору информации. Мы лишь обратим внимание на некоторые разрозненные работы разной степени замечательности.
У онкологических заболеваний можно выделить несколько особенно неприятных свойств: их трудно диагностировать на ранних этапах, они склонны распространяться по организму с помощью метастазных клеток, и при лечении у опухолей почти всегда появляется устойчивость к лекарствам. Насчёт метастазов не будет преувеличением сказать, что если мы решим проблему с блуждающими опухолевыми клетками, то рак станет вполовину менее страшен. И учёные с каждым годом всё сильнее изощряются в способах, которые позволяли бы найти и обезвредить метастазы. Например, специалисты из Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна (США) предлагают истреблять метастазы с помощью радиоактивных бактерий, которые будут скапливаться в «раковых местах» из-за ослабленного иммунитета; учёные из Массачусетского технологического института (США) предложили простой способ обнаружения блуждающих раковых клеток, основанный на их способности к деформации; наконец, исследователи из Медицинской школы Гарварда (США) считают возможным использовать для этой цели магнит. Но чемпионами по стремлению к простоте стали учёные из Университетского колледжа Лондона (Великобритания), предложившие эффективную диагностику рака посредством... сахара. Правда, сахар тут не простой, а особым образом меченный, и следят за ним с помощью фМРТ, так что простота этого метода всё же относительна.
Что же до лекарственной устойчивости, то тут, как и в вопросе о первопричинах рака, всё упирается в колоссальное разнообразие опухолей. Рак возникает из-за мутаций, но что это за мутации и чем они отличаются от нераковых превращений? Наука долгое время просто накапливала генетические данные по злокачественным болезням, будучи не в силах разобраться в этом массиве данных. Но в последние годы тут наметился очевидный прогресс. Не так давно группа исследователей из Института Броуда (США) нашла способ отличать онкогенные мутации от обычных; с помощью созданного алгоритма можно, например, создать индивидуальные мутационные паспорта для разных опухолей. В этом году та же команда Геда Гетца, Мэтью Мейерсона и их коллег сообщила, что ей удалось решить и другую задачу — понять, какие мутации являются, так сказать, пан-онкогенными, встречающимися в большинстве раковых опухолей. Похожая работа была выполнена и для предсказания лекарственной устойчивости раковой опухоли: перебрав 15 тысяч генов, исследователи определили молекулярные механизмы, позволяющие раку обойти химиотерапию. Значение этих работ, как говорится, трудно переоценить.
Способов избавления от опухоли предлагается множество, но далеко не все они доходят хотя бы до испытаний на животных. Ассортимент тут велик — от навязшего в зубах белка р53 до микрорегуляторных РНК. Время от времени, однако, появляются такие работы, после которых борцам с раком впору опустить руки: некоторые исследователи полагают, что рак — это всего лишь способ для отдельной клетки выиграть эволюционную гонку, и пытаться уйти от этого — всё равно что надеяться избежать естественного отбора. Другие учёные сообщают о возрасте онкогенов: некоторые, оказывается, появились полмиллиарда лет назад. Третьи специалисты пишут о том, что от болезней, связанных с неконтролируемым делением клеток, страдали уже неандертальцы. Стоит ли, спрашивается, бороться с чем-то, что так давно и прочно встроено в порядок жизни на Земле? Не назвать ли злокачественные заболевания попросту божественным (или дарвиновским, как кому угодно) роком и смириться? Впрочем, хотелось бы надеяться, что исследователи рака не проявят такого малодушия.
Старение
Злокачественное перерождение клеток тесно связано с одним свойством любого живого организма — со старением. Хотя раковые клетки бессмертны и как будто не дряхлеют, запуск онкологических процессов в большинстве случаев происходит именно в старости, и злокачественными чаще становятся уже весьма поизносившиеся клетки. Старения уж точно не избежать никому, и заканчивается оно, просим прощения за банальность, весьма печально. (Хотя некоторые исследователи сомневаются в существовании однозначной связи между старением и смертью.) Но пусть старение неизбежно — что нам мешает растянуть его во времени или отсрочить его запуск? Однако для этого нужно подробно представлять себе его причины и все молекулярно-клеточные процессы, которые его сопровождают. Мы же не можем похвалиться тем, что тут нам всё известно, а потому поиски источника вечной молодости идут на ощупь, одновременно с выяснением новых подробностей о самом старении.
Тут мы ограничимся просто перечислением некоторых научных новостей, которые если и не сообщат никакой важной информации, то хотя бы позабавят. В этом году попытались взять реванш сторонники сиртуина: недавно этот белок называли главным кандидатом в «молодильные яблоки», но потом в исследованиях, посвящённых ему, нашли ряд двусмысленностей. Кстати говоря, название его широкая публика могла слышать в связи с красным вином — считается, что вещества в вине активируют сиртуин; считается также, что его активация происходит и при низкокалорийном питании.
И, похоже, несмотря на все сомнения в его адрес, сиртуину предстоит, так сказать, второе рождение: сначала удалось подтвердить, что ресвератрол, то самое вещество из вина, и сиртуин действительно взаимодействуют друг с другом, а потом оказалось, что сиртуин и впрямь может отсрочивать старость, — правда, для этого ему нужно находиться в определённых зонах гипоталамуса. И связь его с гипоталамусом объясняла также то, какое отношение к продолжительности жизни может иметь ограничение в еде (гипоталамус активно регулирует пищевое поведение и обмен веществ).
Из других веществ, которые помогают замедлить старение и увеличить продолжительность жизни, можно назвать метформин, известнейшее лекарство от диабета. Ещё одним средством, спасающим от старения, в этом году оказался сероводород, который, кажется, претендует на звание очередной панацеи: он и от рака хорош, и от болезни Альцгеймера хранит, и воспаление подавляет.
Следующим омолаживающим «веществом» может быть молодая кровь: её восстанавливающий эффект удалось продемонстрировать на сердечной мышце исследователям из Института стволовых клеток при Гарвардском университете и Больницы Бригэма в Бостоне (оба — США). (Ранее мы писали о похожих исследованиях, касающихся мозга.) Хотя тут сами собой напрашиваются шуточки про бессмертных вампиров, научная перспективность этих работ вряд ли подлежит сомнению.
Ну и, наконец, нет сил не отметить работу специалистов Хайфского (Израиль) и Лейденского (Нидерланды) университетов, обнаруживших, что холокост продлевает жизнь. Здесь мы ограничимся простой констатацией научного факта; любые комментарии о том, какие практические рекомендации можно было бы извлечь из этого наблюдения, чреваты совсем уж неполиткорректными замечаниями. Так что мы, прекращая дозволенные речи, напоминаем, на всякий случай, об изрядной субъективности биомедицинских итогов года, о которых имели честь рассказать.
