Нові антибіотики і старі дієти, відновлення серця, корисні паразити і редагування людських генів - що нам найбільше запам'яталося з біомедичних відкриттів року, що минає.
Рік тому ми представили нашим читачам коротку «екскурсію» з біологічних тем 2014 року, що минає. І ось зараз настав час зробити те ж саме з роком 2015. Звичайно, наш підсумковий огляд буде неповним, але і те сказати - для того, щоб підбити повний підсумок в якійсь науковій галузі, потрібно писати не статтю, а цілу книгу. Ми ж постараємося нагадати лише про деякі роботи, які протягом року потрапили в наше поле зору. Деякі з них вкладаються у великі, магістральні течії всередині тієї чи іншої області, деякі являють собою окремо стоять дивовижні факти. Звичайно, говорячи про «магістральні течії», є велика спокуса почати гадати про шляхи розвитку науки, однак наука тим і хороша, що непередбачувана і сповнена сюрпризів, і тому про прийдешні відкриття ми міркувати не беремося.
Почати наш дайджест найзручніше з Нобелівської премії - як-не-як, це одна з головних подій у світі науки. У році, що минає, премію з фізіології та медицини дали за два ліки, за артемізинін від малярії і за авермектин від паразитичних хробаків. Ми докладно писали про них на нашому сайті і в № 11 журналу. Але обидві речовини були відкриті досить давно. Якщо ж говорити взагалі про ліки, готові або потенційні, про які ми дізналися протягом року, то тут варто відзначити роботу дослідників з Північно-Західного університету, які знайшли в ґрунтових бактеріях новий антибіотик теіксобактин. Він чудовий тим, що до нього, мабуть, неможливо виробити стійкість.
Відомо, що мікроби з часом стають невразливими до ліків, і тому чим далі, тим менше стає у нас ефективних антибіотиків. Є надія, що новий антибіотик, який вбиває всіх, покладе цьому край, але, звичайно, час покаже. Ще одну цікаву молекулу - штучний білок, що блокує взаємодію частинок ВІЛ з імунною кліткою - створили в Інституті Скриппса. Зроблений з фрагментів різних антитіл, він закриває для ВІЛ звичний вхід в імунну клітку, заодно знешкоджуючи вірус. Експерименти показали, що організм мавп за допомогою нового засобу досить ефективно очищається від патогена; залишилося дочекатися клінічних досліджень. Нарешті, треті ліки, про які варто згадати - очні краплі від катаракти, правда, тут теж потрібно дочекатися результатів випробувань на справжніх хворих.
Багато хто погодиться з тим, що найпопулярніші біомедичні теми - ті, що мають відношення до повсякденного життя і повсякденних хвороб. Іншими словами, це надмірна вага, хвороби серця, проблеми з імунітетом, онкологічні захворювання. Серця за звітний період у нас було порівняно багато, причому самого різного: ми писали і про генетичного кардіостимулятора, який працює від світла і який може замінити звичайні ритмоводії з проводами і батарейками, і про те, чи можна зібрати з клітин серця весь серцевий м'яз цілком - так, щоб він працював, і про те, що багатодітність - один з серйозних факторів ризику для серця. Але кілька «серцевих» робіт варто відзначити особливо.
По-перше, в ньому все-таки вдалося знайти клітини, за рахунок яких серце може відновлюватися після ушкоджень, адже досі вважалося, що незабаром після народження клітини серця перестають ділитися назавжди. Дискусія про можливість або неможливість молекулярно-клітинних «відновлювальних робіт» у серцевому м'язі триває не один рік, коротко про історію питання можна познайомитися в нашому матеріалі.
По-друге, згадаємо про дві статті, в яких обговорюється зв'язок мікрофлори і серцево-судинного здоров'я. З одного боку, виявилося, що бактерії, які живуть у ротовій порожнині, крім проблем з діснами, можуть провокувати появу атеросклеротичних бляшок у кровоносних судинах, з іншого - що шлях до здорового серця лежить через кишечник: якщо особливим чином подіяти на кишкових симбіотичних мікробів, це зменшить ризик розвитку того ж атеросклерозу.
Коли заходить мова про мікрофлор, то негайно доводиться згадати про ожиріння і про імунітет: беручи участь у переробці їжі, бактерії впливають на обмін речовин, а значить, і на наші жирові запаси; з іншого боку, їм доводиться якось домовлятися з імунною системою, щоб вона їх не атакувала. Важливість шлунково-кишкових мікроорганізмів ніхто не заперечує, але наявність або відсутність надмірної ваги і пов'язаних з ним з проблем залежить і від інших факторів. Наприклад, від біологічного годинника: дослідники з Лейденського університету з'ясували, що занадто довге штучне освітлення збиває з пантелику добові ритми, пригнічуючи активність жироспалюючих клітин бурого жиру. Іншими словами, штучне світло нас повнить.
А ось звернути цей процес назад допоможе стрес: тривалий і сильний стрес, як показали співробітники Техаського університету, змушує білий накопичувальний жир перетворюватися на бурий, який спалює жирові молекули. Правда, навряд чи хтось погодиться худіти за допомогою стресу, більшість все-таки воліє обмежити себе в жирному. Але чи варто так вже боятися жирної їжі? Насправді, в довгостроковій перспективі дієти з підвищеним і зі зниженим вмістом жирів не відрізняються один від одного і не настільки ефективні, як можна було б подумати. Та й взагалі, на одну і ту ж їжу у різних людей обмін речовин реагує по-різному, оскільки і горезвісні кишкові бактерії у нас всіх в тій чи іншій мірі відрізняються, і гени різні - і ось тому-то дієти, на які часом покладають стільки надій, спрацьовують далеко не завжди.
З нових наукових відкриттів щодо імунітету хочеться в першу чергу згадати про те, що імунна система, як виявилося, працює по сезону (тобто влітку її гени працюють інакше, ніж взимку), і що чоловічий біль відрізняється від жіночої - тому що в жіночому і чоловічому організмі в передачі деяких больових відчуттів задіяні різні імунні клітини. Взагалі, імунна система, незважаючи на те, що її вивчають вже досить давно, не втомлюється підносити сюрпризи. Так, у році, що минає, ми дізналися, що для ефективної боротьби з інфекцією шкірним імунним клітинам потрібна звичайна сіль, а життєвий досвід визначає стан імунітету чи не більшою мірою, ніж спадковість: дослідження на близнюках показали, що в 3/4 випадків ненаслідний вплив на імунітет перекривав спадковий.
На самому початку ми сказали, що Нобелівська премія з фізіології та медицини була присуджена за відкриття ліків проти паразитичних хробаків, але з ними все не так просто: нещодавно ми писали про те, що аскариди допомагають завагітніти, а ще раніше - про те, що стрічкові хробаки захищають мозок господарів. В обох випадках, мабуть, все пояснюється особливостями «спілкування» паразитів та імунної системи: вважається, що в деяких випадках «гості» допомагають правильно налаштувати деякі імунні програми, в тому числі і запальну реакцію.
Сам по собі імунітет, навіть якщо він працює нормально, може неабияк нам шкодити. Наприклад, один з білків, який допомагає імунітету відрізняти «своїх» від «чужих», з віком пригнічує появу нових клітин в мозку, покращуючи когнітивні здібності, а шкірні імунні клітини взагалі допомагають злоякісним клітинам вижити при радіотерапії. І ось тут ми підходимо до однієї з найбільш великих і найболючіших тем сучасної біології та медицини - до раку. Біологи і медики з року в рік невпинно шукають ліки, методи, варіанти лікування, які дозволяли б або запобігти злоякісному переродженню клітин, або, якщо вони вже з'явилися, по максимуму їх знищити. Є надія, що нам вдасться створити антиракову вакцину, яка вчила б імунітет ефективно дізнаватися унікальні особливості пухлини. Можливо, засіб генної антиракової терапії нам підкажуть слони, які, як не дивно, від злоякісних хвороб страждають на подив рідко. Можливо, нові ліки буде зроблено на основі грудного молока або кави; деякі взагалі радять як антиракову профілактику приймати звичайний аспірин.
Але клінічний успіх тих чи інших клінічних розробок залежить від того, наскільки повно ми представляємо власне біологію раку. Цього року вийшло кілька робіт, що стосуються фундаментальних особливостей злоякісних клітин. Наприклад, вже більше ста років відомо, що пухлини, подібно бактеріям, отримують енергію за допомогою безкислородного обміну речовин - і зі свіжої статті дослідників з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго можна дізнатися, чому вони віддають перевагу такій невигідній формі метаболізму.
Ми знаємо, що пухлинам властиво метастазувати, тобто розсилати злоякісні клітини по всьому організму, щоб вони створили нову пухлину на новому місці, причому якимось органам і тканинам «везе» більше, а якимось менше - і тепер ми знаємо, як рак вибирає місце для метастазу і як готує тканину до прийому своїх «послів». Ми давно знаємо, що рак і запалення пов'язані, що запалення підвищує ризик онкологічних хвороб - експерименти співробітників Массачусетського технологічного інституту показали, що імунна зброя, що використовується для знищення інфекції і шкідливих молекул, заодно викликає канцерогенні мутації в ДНК. А вже мутацій в пухлині може бути великий безліч, набагато більше, ніж ми раніше собі уявляли - в трьохсантиметровій пухлині може бути близько ста тисяч ДНК-дефектів.
Такі дефекти виникають через те, що в клітці неправильно працюють системи ДНК-репарації - ті самі, за розшифровку механізмів яких дали Нобелівську премію з хімії. Детально заглиблюватися ми в них не будемо, читач може дізнатися суть справи з наших статей на сайті і в № 11 журналу. Нагадаємо лише, що за статистикою від 80% до 90% всіх ракових захворювань пов'язані з неполадками в репарації ДНК. Дослідження тут тривають: у році, що минає, ми дізналися, наприклад, як клітина ремонтує «архівну» ДНК і чому різні гени по-різному мутують - відбувається так тому, що у ДНК-ремонтуючих білків є свої «улюбленці» в геномі, за якими вони стежать набагато ретельніше, ніж за іншими.
Якщо вже ми заговорили про молекулярну біологію, не можна не згадати, напевно, про найгучнішу молекулярно-біологічну роботу - мова йде про експерименти китайських дослідників, які відредагували геном людського ембріона за допомогою системи CRISPR/Cas. У природі система CRISPR/Cas допомагає бактеріям боротися з вірусами, тобто це щось на зразок бактеріального імунітету. Незабаром після того, як її відкрили, стало зрозуміло, що з неї можна зробити прекрасний генно-інженерний метод. Минулого року за допомогою CRISPR/Cas поправили геном у мавп, так що застосування нового методу до «людського матеріалу» було лише питанням часу; ніхто, правда, не очікував, що все станеться так швидко.
Тепер наукова громадськість дискутує про морально-етичні аспекти нових результатів: з одного боку, так ми скоро будемо видаляти будь-які хвороботворні мутації, з іншого боку, «редагування людини», що стало раптом простим і доступним, може призвести до непередбачуваних наслідків. Зауважимо, що CRISPR/Cas цілком можна використовувати до загального блага - наприклад, за допомогою цього інструменту можна створити свиней, чиї органи будуть придатні для пересадки людині.
Продовження слідує.