Самая известная в мире премия — Нобелевская. Ежегодно она вручается за выдающиеся научные исследования, важнейшие изобретения и заметный вклад в культуру или развитие общества. В книге Ольги Шестовой и Льва Иноземцева «30 нобелевских премий: Открытия, изменившие медицину» (издательство «Альпина нон-фикшн») речь идет исключительно о лауреатах премии по физиологии или медицине. Авторы выстраивают картину преемственности научной мысли и рассказывают, какими неочевидными путями ученые порой приходили к своим открытиям. N + 1 предлагает своим читателям ознакомиться с отрывком, посвященным истории исследования вирусов иммунодефицита и папилломы человека.
Нобелевская премия по физиологии или медицине за 2008 год — особая. Она присуждена трем ученым за два открытия, связанные с вирусами, которые вызывают тяжелые заболевания. Это то, что их объединяет. Но есть и принципиальное различие.
ВИЧ обнаружили французские вирусологи Франсуаза Барре-Синусси и Люк Монтанье. Вирусная инфекция была идентифицирована ими в лимфоцитах пациентов на ранних стадиях приобретенного иммунодефицита и в крови у пациентов с поздней стадией заболевания. На основе морфологических, биохимических и иммунологических свойств они охарактеризовали этот ретровирус как первый известный человеческий лентивирус.
Лентивирусы обладают уникальной среди ретровирусов способностью размножаться (реплицироваться) в неделящихся клетках, к тому же они могут доставлять значительное количество генетического материала в клетку хозяина. Внедряясь в лимфоциты (клетки иммунной системы), ВИЧ массивно самовоспроизводится и выводит из строя Т-лимфоциты, что приводит к угнетению иммунитета. Открытие было одним из предпосылок современного понимания биологии болезни и ее антиретровирусного лечения.
Известно более 100 типов ВПЧ, но не все из них так опасны. Около 40 вирусов инфицируют половые органы, 15 вызывают повышенный риск развития рака шейки матки. В 1970-х годах немецкий врач, профессор Харальд цур Хаузен, предположил, что если опухолевые клетки содержат онкогенный вирус, они должны нести вирусную ДНК, интегрированную в их геном. Следовательно, гены ВПЧ, вызывающие клеточную пролиферацию (размножение), могут использоваться при поиске опухолевых клеток с такой вирусной ДНК. Харальд цур Хаузен более 10 лет разрабатывал эту идею и искал разные типы ВПЧ. Поиск затруднялся тем, что только часть вирусной ДНК была интегрирована в геном хозяина. В 1983 году при биопсии рака шейки матки исследователю удалось идентифицировать ВПЧ-ДНК и таким образом обнаружить новый тип опухолевого ВПЧ — ВПЧ 16. Через год он выделил онкогенные ВПЧ 16 и 18 у пациенток с раком шейки матки.
Исследования Харальда цур Хаузена, в которые поначалу мало кто верил, имели революционные последствия. Открытие достоверной связи рака с вирусом привело к созданию первой противораковой вакцины. Вакцина против наиболее опасных типов ВПЧ 16 и 18 появилась в 2010 году и показывает защитный эффект в 90% случаев.
Первоначально ВИЧ возник у шимпанзе. Вероятно, вирус передался людям через кровь от обезьян, на которых велась охота. Расчеты кратности мутирования вируса показывают, что первая передача от обезьяны человеку произошла в Западной Африке около 1900 года. До сих пор неясно, почему эпидемия так резко начала распространяться с 1970 года.
Медицинские отчеты о новом синдроме иммунодефицита появились в 1981 году в журнале The New England Journal of Medicine, и сразу после этого начался поиск возбудителя. В статье было описано течение болезни у 19 молодых людей с тяжелой иммунной недостаточностью, 12 из них на момент написания статьи уже умерли. Все страдали от необычных инфекций и форм рака, которые, как правило, наблюдались только у людей пожилого возраста или у тех, кто получал препараты, угнетающие иммунную систему. Поскольку большинство из той группы мужчин были гомо- или бисексуальны, это состояние сначала было названо «гей-иммунодефицитом». Позже выяснилось, что инфекция может передаваться не только посредством сексуальных контактов, но и от матери ребенку, а также через кровь и получаемые из нее продукты. В следующем, 1982 году было решено, что новое серьезное заболевание следует назвать синдромом приобретенного иммунодефицита. Так СПИД получил свое окончательное название.
Символично, что ВИЧ был обнаружен в Париже, в Институте Пастера, где долгие годы работал Илья Мечников, получивший Нобелевскую премию за изучение иммунитета (см. с. 29). Вирусологи Франсуаза Барре-Синусси и Люк Монтанье анализировали образцы, полученные от врачей, у которых были пациенты с этим загадочным иммунным дефицитом и многими сопутствующими заболеваниями. Ученые полагали, что их причиной может быть ретровирус. Термин «ретровирус» означает, что геном вируса представляет собой РНК. Чтобы включиться в геном своей клетки-хозяина, вирусу сначала необходимо транслировать РНК в ДНК, для этого нужен фермент, называемый обратной транскриптазой.
После встречи вирусологов и клиницистов в декабре 1982 года Франсуаза Барре-Синусси и Люк Монтанье получили пробы из лимфатических узлов пациента с ранними признаками заболевания. Ученым повезло, что для исследования была предоставлена не кровь: ведь лимфа содержала в тысячи раз больше вирусов, чем клетки крови. Клетки из лимфатических узлов культивировали и обнаружили активность ретровирусного фермента, обратной транскриптазы, что прямо указывало на репликацию ретровируса. Удалось найти и клетки-мишени, в которых вирус реплицировался. Ими оказались задействованные в иммунной защите лейкоциты, а именно Т-хелперы. Инфицированные клетки агрегировали, то есть слипались и переставали функционировать. В результате иммунная защита теряла свою эффективность.
C помощью электронного микроскопа было показано, как новообразованные вирусные частицы выделяются из инфицированных клеток. Внешний вид вируса и его морфология показали, что он принадлежит к подгруппе ретровирусов. Это был лентивирус. Кто занимался музыкой, наверняка помнит темп lentо, это слово означает «медленно». Вирусы были названы так, потому что приводили к медленно развивающимся заболеваниям. Однако в деле размножения вирус очень даже быстр: за короткое время появляется огромное количество вирусов, которые убивают зараженные клетки. Выделенный французскими учеными вирус был первым вирулентным лентивирусом, опасным для людей.
В 1985 году был сделан первый коммерческий анализ крови для обнаружения вируса под названием ВИЧ-1, вирус иммунодефицита человека тип 1. Спустя четыре года после идентификации ВИЧ Всемирная организация здравоохранения приступила к реализации программы по борьбе с ВИЧ в мировом масштабе. Через год стало ясно, что эпидемия распространилась по всему миру и затрагивает 1% населения Земли. Однако врага уже знали в лицо, стратегия и тактика борьбы с ним была намечена.
После того как вирус был распознан и определены антитела, которые иммунная система производит для борьбы с инфекцией, стала возможной диагностика болезни и определены меры предосторожности при переливании крови. Клонирование вируса позволило идентифицировать специфичные белки и, как следствие, разработать противовирусные препараты. Это, в частности, позволяет предотвратить заражение детей, рожденных инфицированными матерями.
Как только стало ясно, что за вирус вызывает эту незаметную на первых порах болезнь, ученые стали работать над созданием эффективной вакцины. К сожалению, она пока не создана: во-первых, потому, что ВИЧ очень изменчив и быстро меняет форму, а во-вторых, потому, что вирус заражает и убивает именно клетки иммунной системы, которые имеют решающее значение для запуска иммунного ответа. Пока еще нет и лечения, избавляющего от причины болезни, но если терапия сочетается с противовирусными препаратами, пациенты могут долгие годы жить почти нормальной жизнью. Доступ к такому лечению сегодня имеют 3 млн человек. Проблема остается актуальной, так как из 33 млн инфицированных людей во всем мире от 6 до 9 млн нуждаются в лечении. Из-за того, что мы не часто видим тяжелобольных, истощенных СПИДом людей, может создаться впечатление, будто эпидемии нет и болезнь хорошо излечима. Это не так. Как ни печально, Россия сегодня одна из лидирующих стран по темпам роста количества ВИЧ-инфицированных людей. Кто-то объясняет это высоким уровнем наркомании, кто-то сексуальной непросвещенностью населения, кто-то недостаточным влиянием религии. Сексуально активные мужчины и женщины должны беспокоиться о том, чтобы защититься при случайных половых контактах. На практике, однако, этого не происходит. До сих пор среди них широко распространены следующие мифы*.
Последний миф особенно живуч. Его поддерживают так называемые ВИЧ-диссиденты, призывающие к отказу от лечения. Среди них есть и дипломированные врачи. Пожалуй, вместе с «антипрививочниками» они представляют наибольшую опасность для здравоохранения.
До 1974 года в научных кругах преобладало мнение, что причина рака шейки матки — вирус простого герпеса. Харальд цур Хаузен впервые предположил, что заболевание возникает из-за хронической инфекции, вызванной еще неизвестными типами вируса, и несколько лет проверял свою гипотезу. Он предположил, что если в опухолевых клетках содержится вирус, вызывающий рак, значит, в них можно обнаружить вирусную ДНК. Встроенная в гены раковых клеток вирусная ДНК может находиться там долгое время в неактивном состоянии, без образования новых вирусных частиц. Чтобы отследить ее, цур Хаузен построил короткие одноцепочечные сегменты ДНК и использовал их в качестве «приманки» для вылова вирусной ДНК из опухолевых клеток.
Такая «рыбалка на живца» возможна, потому что основания, которые составляют геном, могут быть соединены только определенным образом по принципу комплементарности (например, аденин-тимин). Методика использования определенной генетической последовательности для поиска согласованной последовательности называется гибридизацией. Было известно, что после заражения определенным штаммом вируса папилломы человека на теле начинают расти бородавки. Сначала цур Хаузен использовал короткие одноцепочечные сегменты вирусной ДНК, изолированные из клеток подошвенных бородавок. Используя эти «наживные крючки», цур Хау зен легко смог получить вирусную ДНК из других подошвенных бородавок и доказал тем самым, что методика работает. Он также извлек вирусную ДНК из бородавок кожи. После нескольких безуспешных попыток получить таким же образом ДНК ВПЧ в клетках из генитальных бородавок и цервикальных опухолей он поменял метод: внес изменение в гибридизацию. Теперь «наживка» не в точности соответствовала вирусной ДНК в клетке. После десятилетней работы ему, наконец, удалось извлечь фрагменты ДНК ранее неизвестного типа ВПЧ из цервикальных опухолевых клеток цервикального канала при раке шейки матки. В 1983 году цур Хаузен описал первый тип вируса, вызывающий рак. Его назвали ВПЧ 16. Позже он определил еще один новый тип ВПЧ в клетках цервикальных опухолей других пациенток — ВПЧ 18. Затем ученый клонировал эти два типа ВПЧ, вызывающих рак.
Рак шейки матки, вызванный ВПЧ-инфекцией, — заболевание, которое передается преимущественно половым путем. Попав в организм, ВПЧ инфицирует базальный слой эпителия, причем в разной степени: сильнее всего страдает зона перехода многослойного плоского эпителия в цилиндрический. В зараженной клетке вирус может иметь две формы. Та, что существует вне хромосом, — эписомальная, обычно доброкачественная. А та, что интегрирована в геном клетки, злокачественная.
ВПЧ, передающиеся половым путем, представляют наибольшую опасность для женщин. У мужчин по анатомическим причинам не может быть рака шейки матки, но зато они могут быть носителями вируса, и хотя редко, но этот же вирус может вызвать у них онкологические заболевания других органов.
Однако, в первую очередь, именно женщинам перед вступлением в половую связь важнее думать о защите от ВПЧ. Надежное средство профилактики ВПЧ — презерватив, а также вакцина, которую рекомендуют вводить до начала половой жизни, как правило, в возрасте 12–13 лет, но при необходимости — до 26 лет. В настоящее время для профилактики развития рака шейки матки разработаны и применяются три вакцины от ВПЧ наиболее онкогенных типов, которые входят в календарь рекомендуемых прививок. Кроме этого, в некоторых странах рекомендуют прививать мальчиков школьного возраста. Рекомендация связана с тем, что ВПЧ у лиц мужского пола, по-видимому, является причиной рака полового члена, а также анального отверстия и ротоглотки. Хорошая новость для женщин заключается в том, что рак шейки матки — один из видов онкологических заболеваний, который при раннем выявлении излечивается полностью.
Разработку вакцины от ВПЧ ускорило то, что Харальд цур Хаузен щедро делился с другими исследователями выделенными и клонированными типами злокачественных вирусов.
Несколько фактов о ВПЧ:
Подробнее читайте:
Шестова О. 30 Нобелевских премий: Открытия, изменившие медицину / Ольга Шестова, Лев Иноземцев. — М. : Альпина нон-фикшн, 2020. — 214 с.