Карл Циммер – Планета вирусов (страница 7)
Возможно, в будущем мы победим и другие формы рака благодаря специальным вакцинам. Исследования показывают, что ВПЧ не единственный вирус, способный вызывать рак. Так, поражающие печень вирусы гепатитов способны приводить к раку печени, а вирус Эпштейна – Барр может вызывать опухоли пищевода и желудка. Всего, по оценкам ученых, 11 % случаев рака вызвано вирусами – и все они потенциально предотвратимы с помощью прививок.
Но даже если прививать всех девочек-подростков, рак шейки матки может не исчезнуть окончательно. В конце концов, вакцина против ВПЧ направлена лишь против двух штаммов, вызывающих основную долю опухолей. Ученые выделили еще 13 канцерогенных штаммов ВПЧ и, скорее всего, будут открывать новые. Если прививки резко сократят численность двух наиболее успешных штаммов, естественный отбор вполне может поспособствовать эволюции других штаммов, которые займут их место. Никогда не стоит недооценивать эволюционные творческие способности вируса, умеющего превращать кроликов в кроленей, а людей в деревья.
Везде и во всем
Враг нашего врага
Бактериофаги как лекарство на основе вируса
К началу XX в. ученым было известно о вирусах несколько важных вещей. Они знали, что вирусы – инфекционные агенты невообразимо малых размеров. Знали, что определенные вирусы вызывают определенные заболевания вроде табачной мозаики или бешенства. Но вирусология, молодая наука, все еще оставалась узконаправленной. Она сосредоточивала внимание в основном на вирусах, больше всего досаждавших человечеству – вызывающих болезни у людей, а также у сельскохозяйственных культур и скота, от которых зависели люди. Вирусологов редко интересовало что-то за пределами сферы наших непосредственных интересов. Но в годы Первой мировой войны два врача сумели приоткрыть окошко в более обширную вселенную вирусов, в которой мы живем.
Эту вселенную в 1915 г. Фредерик Туорт открыл для себя, можно сказать, случайно. На тот момент он искал более простой способ получения вакцин от оспы. В начале XX в. стандартная вакцина от этого заболевания содержала относительно безопасного родича вируса натуральной оспы, называемого вакцинией. Когда врачи вводили вакцинию людям, их иммунная система вырабатывала антитела, обезвреживающие не только коровью оспу, но и натуральную. Туорт решил проверить, сможет ли он выращивать вирус коровьей оспы в больших количествах, заражая культуры клеток в чашках Петри.
Его опыты окончились неудачей: попавшие в чашки бактерии погубили его клеточные культуры. Но огорчение Туорта не помешало ему заметить кое-что необычное. Он обратил внимание, что колонии бактерий, заполонившие его чашки, испещрены стекловидными пятнышками. Под микроскопом Туорт разглядел, что пятна усеяны погибшими микробами. Он собрал крошечные капельки со стекловидных участков и перенес их в живые бактериальные колонии. За считаные часы образовались новые стекловидные пятна с новыми мертвыми бактериями. Но когда Туорт повторил то же самое с другим видом бактерий, никаких пятен не появилось.
Туорт сумел придумать лишь три объяснения тому, что наблюдал. Это могла быть какая-то необычная особенность жизненного цикла данных бактерий. Или бактерии могли совершить самоубийство, выделяя смертельные ферменты. В третью возможность было поверить труднее всего: вероятно, Туорт открыл вирус, уничтожающий бактерии.
Туорт опубликовал свои результаты, перечислил три варианта и на этом оставил вопрос открытым. Но спустя два года врач канадского происхождения Феликс д'Эрелль независимо сделал то же открытие и понял, что он в действительности открыл.
В 1917 г. д'Эрелль состоял в должности военного врача и лечил французских солдат, умиравших от дизентерии. Дизентерия вызывает опасный для жизни понос; ее возбудители – бактерии из рода шигелл. Современные врачи умеют лечить дизентерию и другие бактериальные инфекции антибиотиками, но эти препараты появились лишь спустя десятилетия после Первой мировой войны. Д'Эрелль был в отчаянии оттого, что не мог помочь своим пациентам. Чтобы лучше узнать своего врага, д'Эрелль занялся изучением диареи.
Он пропустил фекалии солдат сквозь тонкопористые фильтры, задерживавшие шигеллы и любые другие бактерии, содержавшиеся в них. Сквозь поры могли пройти лишь вирусы и отдельные молекулы. Получив прозрачную, свободную от бактерий жидкость, д'Эрелль смешал ее со свежим образцом шигелл и высеял смесь бактерий и чистой жидкости в чашках Петри. Шигеллы пошли в рост, но через несколько часов д'Эрелль заметил, что в колониях стали образовываться стекловидные бляшки.
Д'Эрелль взял образцы с бляшек и снова подмешал их к шигеллам. В чашках образовались новые бляшки. Д'Эрелль заключил, что перед ним миниатюрные поля боя, где вирусы убивают шигеллы и оставляют на своем пути полупрозрачные трупики.
В то время эта идея казалась радикальной, ведь вирусологам были известны только вирусы, поражающие растения и животных. Д'Эрелль решил, что его вирусы заслуживают специального названия. Он окрестил их бактериофагами, то есть «поедателями бактерий». Сейчас их для краткости называют просто фагами.
Иммунолог Жюль Борде, лауреат Нобелевской премии, прочел отчет д'Эрелля о его открытии и решил поискать другие бактериофаги. Борде работал в мирное время, а не в военное и не использовал шигеллы, полученные от больных солдат. Вместо них он выбрал безвредную любимицу лабораторных исследователей – кишечную палочку. По примеру д'Эрелля Борде процедил суспензию кишечной палочки сквозь тонкопористые фильтры, чтобы выделить любые фаги, которые та могла содержать. Затем он смешал отфильтрованную жидкость со второй культурой кишечной палочки. Вторая культура погибла точно так же, как бактерии в опытах д'Эрелля.
Но затем Борде предпринял шаг, которого не сделал д'Эрелль. Он решил посмотреть, что произойдет, если добавить отфильтрованную жидкость в колонии его первой культуры кишечной палочки – той, которую он фильтровал вначале. Если в жидкости содержались фаги, они должны были уничтожить и эти бактерии. К удивлению Борде, бляшек не появилось. Первая культура кишечной палочки была устойчива по отношению к тому, что погубило вторую. Эта неожиданность привела Борде к выводу, что д'Эрелль заблуждался – фагов не существует. На самом деле, утверждал Борде, бактерии выделяют токсичные белки, способные убивать другие микроорганизмы, но не их самих.
Д'Эрелль высказал Борде свою критику, Борде нанес ответный удар, и страсти бушевали еще много лет. Лишь в 1940-е гг. ученые наконец нашли зримое подтверждение правоты д'Эрелля. Испытывая на жидкости из стекловидных бляшек электронные микроскопы, они обнаружили вирус странной формы – с капсидом в виде коробочки, расположенной на кончиках палочковидных белковых молекул, напоминающих паучьи лапки.
Фаги приземлялись на поверхность кишечной палочки, словно луноходы на Луну, и ввинчивались в бактерию, впрыскивая внутрь свою ДНК.
Борде потерпел поражение, сделав ошибочный вывод из своего эксперимента, так как ему не было известно, что у фагов бывает два совершенно различных жизненных цикла. Фагам д'Эрелля для репликации приходилось убивать своих хозяев. Они заражали бактерии и тут же заставляли их производить новые фаги, которые вырывались наружу, оставляя позади лопнувшие оболочки. Таких убийц вирусологи называют литическими фагами.
Однако Борде изучал умеренных фагов – тип вирусов, способных незаметно сосуществовать со своим хозяином и сохранять ему жизнь. Умеренные фаги ведут себя с бактериями так, как человеческие папилломавирусы ведут себя с нашими клетками кожи. Когда умеренный фаг поражает хозяина – бактериальную клетку, та включает гены вируса в собственную ДНК. Зараженная бактерия продолжает расти и делиться, воспроизводя гены вируса вместе с собственными. Вирус и хозяин словно становятся единым целым.
Но умеренные фаги остаются скрытой угрозой. Если пораженные бактерии внезапно испытывают какой-либо стресс, этот сигнал стимулирует их считывать гены сидящего внутри них фага и производить новые вирусы. Фаги покидают лопнувшую клетку и ищут новых уязвимых хозяев. Но они способны заразить только те микроорганизмы, которые еще не стали носителями других умеренных фагов. Эксперимент Борде провалился потому, что его первая популяция бактерий обладала иммунитетом к вирусам.
Не дожидаясь завершения дебатов о фагах, д'Эрелль принялся испытывать их в качестве средства от дизентерии. Если дать пациентам добавочную дозу фагов, возможно, они смогут одолеть все бактерии и избавиться от инфекции. Прежде чем проверить эту гипотезу, д'Эрелль должен был убедиться, что фаги безопасны. Он отфильтровал взвесь шигелл, чтобы получить порцию фагов, и выпил их, «не отметив при этом ни малейшего недомогания», как писал впоследствии. Затем д'Эрелль ввел себе жидкость с фагами подкожно, снова без всяких вредных последствий.
Уверившись, что фаги безопасны, д'Эрелль стал применять «лечение фагами» к больным. Он сообщил, что оно способствует выздоровлению от дизентерии. Он испытал его на других бактериальных заболеваниях, типа холеры, и снова сообщил об успехах. Когда четверо пассажиров французского судна в Суэцком канале заболели бубонной чумой, д'Эрелль дал им фаги. Все четверо выздоровели.