Раскрыт механизм туберкулеза
Специалистам Института биохимии им. А. Н. Баха совместно с британскими коллегами удалось разрешить одну из ключевых загадок туберкулеза – проблему диагностики скрытой формы его возбудителя (“палочки Коха”). Им удалось также раскрыть механизм оживления “спящих” туберкулезных бактерий. Неясность в этих вопросах до сих пор сильно препятствовала борьбе с этим заболеванием, в конце XX века снова неожиданно ставшим угрозой для человечества. И в частности, для России – одной из самых “туберкулезных” стран в мире. Благодаря открытию отечественных биохимиков станет возможным создание вакцин и новых, более эффективных противотуберкулезных препаратов.
Просвещенный XX век заканчивается новой волной заболеваемости туберкулезом. В 20–30-е годы, когда у медиков не было никаких лекарств для лечения этой болезни, общее число погибших от нее не превышало 2 млн человек в год. Прошло 70 лет, и теперь эта цифра составляет 3 млн. Россия вместе с самыми отсталыми государствами Африки и Азии входит в число 15 самых “туберкулезных” стран. Уровень заболеваемости в России в десять раз выше, чем в странах Запада, – в год у нас умирает от туберкулеза около 250 тысяч человек.
Современные лекарства зачастую бессильны против новых, мутировавших форм возбудителя туберкулеза. Поэтому, по мнению врачей, спасение – в профилактике и ранней диагностике. Однако диагностика туберкулеза затрудняется тем, что туберкулезные бактерии способны находиться долгие годы в скрытой (спящей) форме. Считается, что носителем инфекции является каждый третий человек.
Скрытая форма туберкулеза до сих пор практически не поддавалась диагностике. Даже для обнаружения активных микробов требовалось несколько недель, так как бактериальная культура медленно растет. Кроме того, на скрытую форму не действуют антибиотики. Учитывая это, врачи вынуждены назначать длительные курсы лечения – до полугода. Непонятен был и конкретный механизм, обеспечивающий в определенный момент “оживление” бактерии.
Пассивным бактериям стыдно в присутствии активных
Теперь, благодаря совместным исследованиям, проведенным, появилась надежда на скорое решение проблемы туберкулеза.
Восемь лет назад, когда российские ученые из Института биохимии им. А. Н. Баха во главе с доктором биологических наук Арсением Капрельянцем и их коллеги Дуглас Келл и Майкл Янг из университета Уэльса (Великобритания) начинали эту работу, исследователи еще не помышляли о туберкулезе. Их интересовала фундаментальная проблема: как связана скорость роста бактерий с энергетическими процессами, происходящими в бактериальной клетке. Объектом исследования стала бактерия Micrococcus luteus, которая многие годы изучается в Институте биохимии им. А. Н. Баха. Она служит ученым моделью для понимания биохимических процессов, подобно знаменитой дрозофиле, излюбленному объекту генетических исследований.
Микробиологи обычно исследуют не индивидуальные клетки, а популяции бактерий. Поэтому они не видят, чем клетки отличаются друг от друга. В рамках такого подхода можно, например, получить результат: содержание некоего вещества в клетках снизилось наполовину. Но при этом невозможно понять: снизилось ли содержание этого вещества наполовину во всех клетках, или же одна половина клеток полностью потеряла вещество, а другая половина клеток его полностью сохранила.
Келл и Капрельянц начали изучать индивидуальные клетки. И оказалось, что бактериальные клетки в популяции разделяются на три группы. Одни начинают расти и делиться, как только получают питательные вещества. Другие не растут вообще. Третьи начинают расти не сразу, а лишь после того, как количество клеток первой группы в популяции достигнет определенного уровня. Именно третья группа, содержащая “спящие” бактерии, и стала объектом пристального изучения. Возникло предположение, что “спящие” бактерии для того, чтобы начать делиться, должны получить какой-то химический сигнал от своих активно растущих собратьев. Необходимо было понять, что это за сигнал.
Потребовалось немало времени для того, чтобы научиться исследовать “оживающие” бактерии. Нужно было подобрать условия, в которых клетки “спят” и в которых они “оживают”. Кооперация с британскими коллегами получила новый импульс. Арсений Капрельянц, Галина Мукамолова и другие сотрудники работали в Москве и в Уэльсе, постепенно проникая в тайну поведения бактерий.
“Обычно в Москве проводились длительные физиологические эксперименты, занимавшие нескольких месяцев. Наработав необходимый материал, мы везли его в Уэльс, – говорит Капрельянц. – Там в течение двух–трех месяцев выполнялись работы, требующие современного оборудования: выделение белка, генетические исследования. Наши поездки в Великобританию и работа там финансировались в основном Лондонским Королевским обществом. Келл и Янг принимали активное участие в обсуждении результатов работы, в планировании экспериментов. На последнем этапе, когда начались генетические исследования, британские сотрудники подключились и к экспериментальной работе”.
Выяснилось, что бактерии “оживают” не только в присутствии своих активных собратьев, но и при добавлении жидкости, в которой те росли. Исследование этой жидкости привело ученых к выводу, что сигнальное вещество, которое активно растущие клетки посылают для пробуждения спящих, является белком. Полтора года потребовалось, чтобы наработать достаточное количество белка и очистить его. Новый белок получил английское имя RPF, что в переводе на русский означает “фактор, ускоряющий оживление”.
Вакцина от туберкулеза
Дальше возник вопрос: может ли явление, открытое для Micrococcus luteus, оказаться общим и иметь отношение к другим бактериям? Предварительный ответ на этот вопрос был получен с помощью компьютера. В настоящее время уже расшифрован геном ряда бактерий, и созданы компьютерные базы данных, которые могут использоваться для сравнения белков, синтезируемых разными видами живых организмов. Анализируя эти базы данных, ученые смогли убедиться, что белки, подобные RPF, синтезируются и другими бактериями, в том числе возбудителями туберкулеза и проказы.
Эксперименты подтвердили результаты компьютерного анализа. RPF и антитела к нему оказались активны и по отношению к туберкулезным бактериям. То есть белок, имеющий структуру, сходную со структурой “сигнального” белка туберкулезной бактерии, также может оказывать на нее активизирующее воздействие.
Так открытие, сделанное в области фундаментальной науки, приобрело практическую значимость. Новый белок может быть полезен для диагностики: с его помощью можно будет обнаруживать скрытые (“спящие”) формы микробов. Диагностические исследования, которые проводятся в настоящее время, обнаруживают только активные бактерии. Есть возможность использовать новый белок для более точной диагностики. Например, добавлять его в культуру тканей, взятых для анализа, чтобы разбудить спящие бактерии и их обнаружить. Дальнейшие исследования должны привести к созданию вакцин и других средств борьбы с туберкулезом, проказой и рядом подобных тяжелых заболеваний. В основу этих средств может быть положено блокирование действия RPF, что не позволит бактериям активизироваться.
Аркадий Любарев
Опубликовано в газете “Коммерсантъ” 6 февраля 1999
Титульный лист | Физико-химическая
биология
