Победители паразитов

Клещенко Е.
(«ХиЖ», 2015, №11)

s20151108 parazit1.jpgНобелевскую премию 2015 года по физиологии или медицине разделили пополам. Одна половина присуждена Уильяму Кэмпбеллу (Ирландия, США) и Сатоси Омуре (Япония) за открытие лекарства, эффективного против круглых червей, в частности против возбудителей лимфатического филяриоза и онхоцеркоза. Другая половина — китайской исследовательнице Юю Ту за открытие действенного и безопасного средства против малярии.


Ивермектин и другие


«Лимфатический филяриоз, это что еще? Ага, слоновая болезнь. А второе, river blindness — речная слепота, так? Посмотрю в Гугле...» Счастливые мы, жители развитых стран.

Обе эти болезни распространены главным образом в Африке, но встречаются также в Азии, Центральной и Южной Америке — в странах третьего мира, которые с надеждой именуют развивающимися. Возбудители той и другой болезни — гельминты, круглые черви, а переносят их кровососущие насекомые. Речную слепоту, или онхоцеркоз, вызывает червь Onchocerca volvulus. Половозрелые черви в подкожных тканях человека производят огромное множество личинок — до полутора тысяч в день. Те направляются в кожу (откуда их может унести другая мошка к другому человеку) и в глаза. Разнообразные поражения кожи — это полбеды: глазные кровотечения, воспаления роговицы и сетчатки действительно приводят к слепоте. Мошки — переносчицы личинок червя живут по берегам рек, поэтому слепота речная. Вероятно, до 25 миллионов людей в мире инфицированы возбудителем онхоцеркоза, у сотен тысяч возникли проблемы со зрением различной тяжести.


s20151108 parazit3.jpg

Паразит Onchocerca volvulus, возбудитель речной слепоты, высовывается из антенны насекомого-переносчика — мошки Simulium yahense


Лимфатический филяриоз чаще всего вызывают черви Wuchereria bancrofti и Brugia malayi. Инфекция обычно приобретается в детстве — личинка проникает в организм с укусом комара. Заболевание может годами протекать незаметно, однако в конце концов развиваются тяжелое поражение лимфатической системы, отеки, разрастание тканей конечностей («слоновость»), молочных желез и гениталий. Более 1,4 миллиарда человек в 73 странах подвержены угрозе лимфатического филяриоза, более 120 миллионов инфицированы и около 40 миллионов стали инвалидами.

Чтобы лечить гельминтозы, при которых паразиты глубоко проникают в ткани тела, нужны были особые лекарства: нетоксичные для пациента, а паразита убивающие беспощадно, но нежно. Мертвый червь среди живых клеток — вызов иммунной системе; собственно, именно погибающие личинки в глазу человека вызывают особенно сильное воспаление.

Во второй половине ХХ века ученые начали активно искать микроорганизмы, производящие лекарственные вещества. Вдохновлял их не только пенициллин Александера Флеминга, но и стрептомицин, за открытие которого в 1952 году получил Нобелевскую премию Зельман Ваксман. Почвенных бактерий Streptomyces, среди которых был найден продуцент стрептомицина, изучал японский микробиолог Сатоси Омура. Он работал в Институте Китасато, где традиционно уделяли много внимания химии природных соединений. Омуре удалось не только изолировать многие тысячи новых штаммов бактерий, но и культивировать их в лабораторных условиях. Среди них он отобрал около 50, представлявшихся наиболее перспективными.

В 1971 году Омура отправился в лабораторию Макса Тишлера в Уэслианском университете (США) как приглашенный исследователь. Макс Тишлер, выдающийся химик и в прошлом директор по науке фармацевтической компании «Merck», стал связующим звеном между Омурой и этой компанией. Сотрудником «Merck» был и паразитолог Уильям Кэмпбелл — ирландец по происхождению, переехавший в США. Кэмпбелл исследовал бульон, в котором росли бактерии Омуры. Порошок из лиофилизированного бульона он добавлял в пищу мышам, зараженным круглыми червями. Так выяснилось, что один из штаммов Streptomyces avermitilis производит вещества, убийственные для паразитов. Вещества назвали авермектинами. Кстати, этот ценный штамм Сатоси Омура нашел под деревом на территории гольф-клуба в городе Ито.

Позднее Кэмпбелл с коллегами получили химическую модификацию авермектина — ивермектин. (Такие препараты называют полусинтетическими.) И вот это было почти идеальное лекарство: активное против самых разных круглых червей, паразитирующих на самых разных хозяевах, от мыши до человека, с продолжительным действием — его нужно принимать всего два раза в год! — действенное и при этом безвредное для пациента. Против ленточных и плоских червей ивермектин и его производные не помогают, зато эффективны и против членистоногих вредителей — например, блох и клещей.

s20151108 parazit2.jpg

Механизм действия ивермектина и его производных изучен не до конца. Известно, что он взаимодействует с глутамат-зависимыми и ГАМК-зависимыми хлоридными каналами, специфичными для паразитов (у млекопитающих таких каналов нет). Это приводит к гиперполяризации нервных клеток — парализованный червь умирает медленно, тем самым минимизируя воспаление.

Гражданин цивилизованной страны, если он моет руки перед едой, может за всю жизнь ни разу не воспользоваться нобелевским препаратом. Однако владельцам собак и кошек он хорошо знаком. В борьбе с паразитами, угрожающими любимому питомцу, без ивермектина и его производных не обойтись. Есть таблетки, инъекционные формы, есть даже ошейники с ивермектином, который впитывается животному в кожу. Правда, ивермектин опасен для собак породы колли и родственных им, таких, как шелти. У этих собак распространена мутация в гене АВСВ1 (он же MDR1), который кодирует Р-гликопротеин гематоэнцефалического барьера. Поэтому ивермектин поступает в ткани их головного мозга, там накапливается и хоть слабо, но связывается с рецептами хлоридных каналов; результат — тяжелые неврологические расстройства. Но даже для колли безвреден селамектин, структурно родственный ивермектину; он содержится, например, в каплях «Стронгхолд», которые наносят животному на холку перед выездом на природу. Так что поблагодарить лауреатов 2015 года могут и четырехлапые пациенты, спасенные от опасных болезней.

Что касается пользы для человечества — по данным Всемирной организации здравоохранения, к 2012 году лечение ивермектином прошли более 200 миллионов людей. В том числе удалось существенно потеснить с занимаемых позиций онхоцеркоз и лимфатический филяриоз.


Рецепт китайского мудреца


«У бедного мальчика пальцы, нос и уши стали совсем восковыми, начался озноб, он дрожал так сильно, что у него стучали зубы. Пульс был слабый и неровный, кожа сухая, больного томила жажда. Вдруг поднялся сильный жар, глаза заблестели, раскраснелось лицо, пульс участился; затем выступил обильный пот, а после этого жар спал и лихорадка как будто уменьшилась. Приступ длился около пяти часов...» Все, кто читал «Таинственный остров» Жюля Верна, помнят, как Герберт заболел «перемежающейся лихорадкой» — малярией, и как загадочный хозяин острова спас юношу, подбросив колонистам коробочку с «драгоценным алкалоидом коры хинного дерева», сернокислым хинином.

На таинственном острове авторской волей было всего понемногу, чтобы герои и читатели не скучали, — были в том числе и болота, где, очевидно, водились личинки комара рода Anopheles. Самки этих комаров — потому что кровь сосут только самки — переносчики и промежуточные хозяева малярийного плазмодия. Это одноклеточный паразит (не бактерия, а эукариот, его клетка имеет ядро). В эритроцитах пациента его впервые обнаружил французский врач Шарль Лаверан, работавший в Алжире (1880, Нобелевская премия 1907 года). Лаверан же показал, что после приема хинина паразиты из крови исчезают. Подробности непростого жизненного цикла малярийного плазмодия оставим студентам биологических и медицинских вузов, ограничимся одним фактом: приступы лихорадки вызваны тем, что клетки плазмодия разрывают зараженные эритроциты и инфицируют новые, а в периоды относительного покоя паразит размножается внутри эритроцитов. Повторения цикла приводят к лавинообразному увеличению численности плазмодиев. В тяжелых случаях возможны поражение мозга и смерть.

s20151108 parazit4.jpg

Связь между лихорадкой и болотами заметили давно — еще древнеримский писатель Варрон (116—27 гг. до н. э.) утверждал, что в воздухе болотистых мест есть мельчайшие существа, вызывающие болезнь. Но какую роль в этой истории играют комары, точно выяснили только в конце XIX века. Англичанин Рональд Росс показал, что комары передают малярию птицам (у плазмодия есть родственники, поражающие другие виды, кроме человека). А итальянец Джованни Батиста Грасси в 1898 году сделал то же в опытах на людях: комары кусали добровольцев, включая его самого. Кстати, недавние эксперименты на мышах показали, что плазмодии делают запах инфицированного хозяина особо привлекательным для комаров(PNAS, 2014, 111, 30, 11079—11084, doi: 10.1073/pnas.1405617111).

Со времен открытия Америки малярию в Европе лечили порошком коры хины, потом чистым хинином — алкалоидом, полученным из этого сырья, потом похожим на него, но более безопасным синтетическим препаратом хлорохином.

Боролись, кроме того, с насекомыми-переносчиками: мощный удар по малярии нанесло открытие ДДТ. Лекарственная терапия вместе с уничтожением комаров и осушением болот, казалось, гарантировали скорую победу над болезнью.

s20151108 parazit5.jpg


Китайский биохимик Юю Ту начала свою научную карьеру во время культурной революции, когда интеллектуалов провозглашали вредным элементом наряду с контрреволюционерами, шпионами и «идущими по капиталистическому пути». В работе над лекарством от малярии она участвовала по заданию партии и правительства — в рамках секретного «Проекта 523» (он стартовал 23 мая 1967 года, отсюда цифры в названии). Эпидемии малярии, устойчивой к хлорохину, были проблемой и для братского вьетнамского народа, воевавшего с Америкой, и для самого Китая. Ту внесла предложение: поискать потенциальные лекарственные растения в рецептах китайской традиционной медицины (которую она хорошо знала). В первые годы работы проекта Юю Ту послали на остров Хайнань, где свирепствовала эпидемия малярии, а ее мужа в это время, как и многих других образованных молодых людей, отправили в деревню набираться классовой мудрости у простого народа. Маленькую дочку пришлось оставить в Пекине с няней.

Не все народные рецепты одинаково полезны. Фазиль Искандер в одном из своих рассказов вспоминает, как в детстве болел малярией и чегемская знахарка лечила его мочой козы без единого черного волоса. Традиционная медицина явно не помогала, но тут, к счастью для мировой литературы, дядя мальчика привез из города хинные таблетки. Потом, правда, случались рецидивы — у плазмодия есть покоящаяся стадия, способная вызывать вспышки болезни спустя много лет... Однако идея проверить методами ХХ века растительное лекарственное сырье была вполне рациональной: если есть хинин, почему не найтись и другим? Тем более что китайские врачи начали заниматься этим вопросом задолго до самого Гиппократа. Именно в китайских летописях, примерно 2700 года до н. э., малярия упоминается впервые.

Исследователей заинтересовала однолетняя полынь Artemisia annua — она входила в сотни рецептов, в том числе против «перемежающейся лихорадки». Экстракты полыни испытали на крысах, зараженных малярией. Результаты плохо воспроизводились, и тогда Юю Ту обратила внимание на рецепт, который записал даосский ученый и алхимик Гэ Хун — личность необыкновенная, окруженная самыми фантастическими легендами. В книге 340 года н. э. «Предписания для неотложной помощи» Гэ Хун советовал взять горсть листьев полыни и выдавить из них сок в большом количестве холодной воды, а не в горячей, как это делалось обычно. Ученые попробовали холодную экстракцию и добились стабильных результатов.


s20151108 parazit6.jpg

Гэ Хун (283/284—343/363) — даосский философ и ученый, автор трактата «Бао-пу-цзы», теоретик «учения о бессмертии» (сянь-сюэ). Если бы он был жив, мог бы тоже претендовать на Нобелевскую премию...



В Китае времен Мао не было клинических испытаний новых лекарств в современном смысле. Здоровыми добровольцами, на которых проверяли безвредность экстракта, стали сами исследователи. Затем они отправились на Хайнань и там испытали его на больных, зараженных Plasmodium vivax и P. falciparum. У больных, получавших экстракт полыни, проходила лихорадка и падало число паразитов в крови, в то время как у пациентов, получавших хлорохин, улучшения не наблюдалось.

В 1972 году Юю Ту с соавторами выделили активное вещество экстракта. Оно убивало 100% паразитов в крови экспериментальных животных. На европейских языках это соединение назвали «артемизинин», а по-китайски — «цинхаосу», от «цинхао» — полынь и «су» — основной элемент. Они же синтезировали три производных артемизинина, еще более эффективные. Так появился принципиально новый класс противомалярийных препаратов.


s20151108 parazit7.jpg
Полынь однолетняя


В начале 80-х артемизинином заинтересовалась ВОЗ. А в 2011 году, в возрасте 81 года, Юю Ту получила премию Ласкера — Дебейки, одну из самых престижных премий в области клинической медицины. С 2000 по 2013 год глобальные показатели смертности от малярии снизились на 47%, в Африканском регионе — на 54 %. Более 100 000 жизней только в Африке ежегодно спасает комбинированная терапия с применением артемизинина. Комбинированная — потому что в 2006 году ВОЗ предписала врачам не полагаться только на него, а использовать вместе с другими препаратами. Иначе естественный отбор рано или поздно подарит нам малярийного плазмодия с мутацией в том белке, через который действует артемизинин, и опять придется все начинать сначала.

s20151108 parazit9.jpg

Добавим в заключение, что цинхаосу обладает некоторым противораковым действием, не таким блистательным, как противомалярийное, но подтвержденным научными исследованиями. Вот как полезно бывает читать книги мудрых даосов.


s20151108 parazit8.jpg
Книга рецептов Гэ Хуна (копия эпохи династии Минь)


Что впереди?


Возможно, главный урок этой Нобелевской премии: природные соединения полны сюрпризов. Сами лауреаты подчеркивают, что автор авермектина и артемизина — природа, а они лишь поискали в кладовой, куда все положили до них. «Мне помогали микроорганизмы, и я гадаю, заслужил ли я премию», — сказал Сатоси Омура на пресс-конференции в университете Китасато. Уильям Кэмпбелл заметил в телефонном интервью, опубликованном на сайте Нобелевского комитета, что «это изрядное проявление гордыни в людях, когда они думают, что могут сравняться с природой по разнообразию синтезируемых молекул».

Итак, вот рецепт успеха: команда профессионалов, достойное финансирование (без этого никак, это понимали даже идеологи культурной революции!) — и планомерный поиск. Благо современные технологии, прежде всего геномные, дают возможности, о которых нынешние лауреаты в свое время и мечтать не могли. Комментаторы даже говорят о «бактериальной темной материи» — огромном разнообразии природных микроорганизмов, пока еще неизвестных науке, с неизвестными свойствами. В январе 2015 года группа американских и немецких ученых при участии двух фармацевтических компаний опубликовала статью об открытии нового антибиотика, найденного в природе («Nature», 2015, 517, 455—459, doi: 10.1038/nature14098; «Химия и жизнь», 2015, № 2). Он замечателен по двум причинам. Во-первых, новых антибиотиков в природе не находили уже несколько десятилетий. Во-вторых, он очень хорошо убивает возбудителя туберкулеза, а устойчивый к антибиотикам туберкулез сегодня сильно тревожит ученых и медиков.

Конечно, бороться с инфекционными болезнями надо по всем фронтам. Много пользы могла бы принести вакцинация людей в зонах риска. Первая вакцина против малярии, возможно, будет рекомендована ВОЗ в конце 2015 года («The Lancet», 2015, 386, 9988, 31—45, doi: 10.1016/S0140- 6736(15)60721-8). Да-да, до сих пор лицензированной вакцины не было.

А если болезнь переносят насекомые, стоит ударить по насекомым. Инсектициды, осушение болот, даже просто раздача населению репеллентов и противокомариных сеток всегда улучшают эпидемиологическую ситуацию. Исследователи работают и над высокотехнологичными способами. Скажем, если выпустить на волю множество бесплодных трансгенных насекомых, это резко сократит популяцию переносчика. Такие опыты ведутся, например, в окрестностях бразильского города Жуазейру («PLoS Neglected Tropical Disease», 2015, 9, 7, e0003864, doi: 10.1371/journal.pntd.0003864). Численность комаров упала, статистика по заболеваемости лихорадкой денге ожидается...

Одну из стратегических целей борьбы обозначил Уильям Кэмпбелл в том же интервью: дать людям возможность «жить в плодородных областях земли, которые они были вынуждены покинуть из-за болезней». В самом деле, пора бы уже людям XXI века называться не хозяевами паразитов, а хозяевами собственной планеты.

Победит ли человечество инфекционные заболевания, сделает ли всю Землю такой же биобезопасной (хотя бы такой же), как лучшие современные европейские города? Или гонка вооружений между паразитами и учеными никогда не закончится и выигрыши будут сменяться проигрышами? Кстати, поскорее бы нанести удар по туберкулезу и другим устойчивым к антибиотикам инфекциям, которых хватает и в европейских больницах. Заражение метициллин-резистентным золотистым стафилококком ежегодно убивает тысячи людей в развитых странах.

Так или иначе, в эпоху глобализации нельзя считать, что Африка и Азия — это очень далеко и не там, где мы. Успехи Африканского региона в борьбе с инфекционными болезнями должны радовать и нас.


Фото в начале статьи: Otis Historical Archives Natural Museum of Health of Medicine

Разные разности

06.11.2018 15:40:00

…«Science» опубликовал шесть статей, посвященных финальному этапу исследования Сатурна автоматической межпланетной станцией Кассини…

…в Японии, возможно, будет разрешено редактирование генов человеческих эмбрионов в исследовательских целях...

…британские ученые с помощью CRISPR-Cas9 ввели в геном малярийного комара Anopheles gambiae мутацию, которая делает самок бесплодными при сохранении плодовитости самцов; такая мутация может полностью уничтожить вид…

>>
31.10.2018 18:00:00

Государство придумало способ борьбы за чистоту природы – экологические штрафы. Например, в США за период 2000—2015 годы средний размер штрафа составил 204 млн долларов. Как же компания может снизить такую нагрузку? Для этого нужно увеличить число женщин в составе руководящего органа.

>>
29.10.2018 17:00:00

Современный потребительский рынок перекошен действиями маркетологов, и они придумали очень интересные методы для обхода законов. С помощью методов, которым их научили в современных школах бизнеса, они создают ложные рыночные ценности.

>>
01.10.2018 12:00:00

…разновидность северного сияния под названием STEVE на самом деле вообще не северное сияние...

…найдены прямые и окончательные доказательства присутствия поверхностного водного льда в полярных областях Луны...

…чип, содержащий живые клетки дрожжей, поможет отслеживать суточные дозы облучения у сотрудников больниц, исследовательских лабораторий и АЭС…


>>
29.09.2018 10:00:00

У блокчейн-технологии есть существенный недостаток: ее защищенность базируется на том, что процедура проверки данных в цепочках блоков требует большого расхода энергии. При своем нынешнем объеме система потребляет энергии как целая страна.

>>