Награда за пойманный вирус

Нобелевская премия по медицине досталась троим исследователям. Половину премии получил Харальд цур Хаузен (Германия), установивший роль вируса папилломы в развитии рака шейки матки, другую половину разделили между собой Франсуаза Барре-Синусси и Люк Монтанье (Франция) — первооткрыватели вируса СПИДа.

Частицы ВИЧ на мембране лимфоцита в культуре. Изображение получено на сканирующем электронном микроскопе Автор: C. Goldsmith, CDC

Чтобы стало понятно, какую пользу человечеству принесло открытие Харальда цур Хаузена, начать придется с грустного. Рак шейки матки — второй по распространенности «женский» рак на планете, чаще встречается только рак молочной железы. Ежегодно этот диагноз ставят 500 000 женщинам, и 250 000 умирают от этого вида рака. Страшно и то, что он поражает сравнительно молодых женщин, от 20 до 44 лет. Частота встречаемости рака шейки матки в развивающихся странах примерно на порядок выше, чем в развитых, и причина этому — не только недостатки медицины, плохое питание и сниженный иммунитет, но и сексуальная непросвещенность. Ведь эта болезнь, как теперь доказано, передается половым путем.

То, что фактор риска для рака шейки — активная половая жизнь, известно давно. Еще в XVII веке итальянский врач Барнардино Рамаззини отмечал отсутствие рака именно этого типа у монахинь. Для медицины ХХ века естественно было задать вопрос: а не относится ли данное заболевание к инфекционным? Кстати, напомним, что представление о роли вирусов в развитии опухолей впервые сформулировал Л.А. Зильбер в 1940–1944 гг. (см. «Химию и жизнь» 2005 №12).

В 70-е годы, когда Харальд цур Хаузен начинал исследования, принесшие ему Нобелевскую премию, главным «подозреваемым» был вирус простого герпеса, который как раз передается половым путем и способен вызывать различные виды рака. Цур Хаузен сначала попытался провести гибридизацию in situ, чтобы обнаружить ДНК вируса герпеса в клетках опухолей шейки матки. Однако это ему не удалось, хотя метод отлично сработал с другим опухолеобразующим вирусом, Эпштейна—Барр (он тоже принадлежит к семейству герпесвирусов). Тогда ученый предположил, что настоящий виновник — папилломавирус. Было известно, что он вызывает кожные генитальные бородавки, передается половым путем и принадлежит к группе онкогенных ДНК-вирусов. Цур Хаузен высказал мнение, что геном вируса может встраиваться в клеточную ДНК и в таком «скрытом» состоянии существовать какое-то время. При этом не образуются новые вирусные частицы, и обнаружить инфекцию можно только с помощью анализа ДНК.

В 1974 году цур Хаузен опубликовал первые результаты, которые казались скорее отрицательными. Он получил РНК, комплементарную ДНК папилломавируса из бородавок. Если бы в пробе наблюдалась гибридизация с этой РНК, это означало бы, что в пробе присутствует ДНК папилломавируса. Гибридизация шла в образцах из обычных бородавок, но не из опухолей. Однако вскоре в клетках предопухолевого образования шейки матки были обнаружены вирусные частицы, и это подтвердило гипотезу цур Хаузена. Быть может, группа папилломавирусов гетерогенна, в опухолях и бородавках присутствуют разные вирусы?

Группа цур Хаузена упорно получала все новые образцы ДНК папилломавируса из различных источников, используя уже имеющиеся образцы в качестве «зондов»: ведь при некоторых условиях возможна нестрогая гибридизация, не только с нитями, в точности комплементарными, но и с похожими по последовательности «букв»-нуклеотидов. Ученые один за другим идентифицировали подтипы вируса, которые нумеровали по мере обнаружения. Первым генитальным папилломавирусом был шестой по счету, HPV6 (от human papilloma virus). Но он обнаруживался в «нестрашных» образованиях, таких, как остроконечные кондиломы. А главные злодеи, как выяснилось уже в 80-е, HPV16 и HPV18. Именно их сейчас называют «вирусами высокого риска».

Основная заслуга цур Хаузена и его коллег — клонирование геномов опасных подтипов и доказательство их роли в развитии рака шейки матки. Десятилетия исследований позволили подробно восстановить картину заболевания (см. рис.) Через повреждения слизистой оболочки вирус добирается до базальной пластинки — слоя стволовых клеток, порождающих новые клетки эпителия. В зрелых клетках он, как и положено вирусу, размножается, новые частицы покидают клетку и отправляются на поиски новых жертв. Но вирус может и остаться в клетке, причем синтезируются только его «ранние» белки, обозначаемые буквой Е (early). Опухолевое перерождение происходит, в частности, из-за белков Е6 и Е7. Они инактивируют клеточные онкосупрессоры p52 и pRb — белки, в норме препятствующие опухолевому преобразованию. Особенно опасно, когда вирусная ДНК существует не сама по себе, в виде колечка-эписомы, а встраивается в хромосому клетки.

Так развивается папилломавирусная инфекция

Между первичной инфекцией и развитием онкозаболевания могут пройти десятки лет. Папилломавирусами в различных регионах инфицированы от 50 до 80% людей, ведущих половую жизнь, причем переносчиками могут быть и мужчины и женщины. (А страдают, как читатель уже понял, в основном женщины. Впрочем, вирусы высокого риска обнаружены также в опухолях гортани и прямой кишки, и эти виды рака не «привязаны» к полу.) На ранних стадиях зараженные не испытывают неприятных ощущений, поэтому многие из них обращаются к врачу, когда заболевание зашло далеко и помочь трудно... Не пора ли переходить к хорошим новостям?

Во-первых, сама по себе инфекция — не приговор. У большинства инфицированных она проходит бесследно. По данным Харальда цур Хаузена с коллегами, даже среди тех, кто заражен HPV16 и 18, у 90% вирус исчезнет в течение двух лет. Наша иммунная система — очень серьезное оборонительное оружие. (А отсюда ясно, что дополнительными факторами риска будет все, что ослабляет иммунную систему: курение, неправильное питание, другие инфекции, вполне возможные при беспорядочной половой жизни.) Рак развивается лишь у 1–3% зараженных, тяжелые формы — менее чем у одного процента. Конечно, тех, кто пополнит собой «плохую» статистику, это не утешит. Но есть и «во-вторых»: лучшее лечение — это профилактика.

В развитых странах запущенные формы рака шейки матки встречаются крайне редко, потому что там налажена система цитологического контроля. Так называемый тест Папаниколау, он же ПАП-мазок, позволяет диагностировать изменения клеток на очень ранней, предраковой стадии. Этот анализ делают и во многих крупных городах России, но услуга это платная, и даже многие столичные жительницы ничего о ней не знают либо не считают нужным ей пользоваться… Если же результат покажется подозрительным, можно сделать анализ вирусной ДНК (и здесь мы снова вспомним добрым словом немецких исследователей), определить подтип вируса и оценить степень риска. А там уже врач дает рекомендацию: наблюдение за подозрительным участком либо его хирургическое удаление. Маленькая операция, как известно, лучше большой, а в онкологии — особенно. Вообще-то врачи рекомендуют проходить подобные обследования всем женщинам старше 35, а уж тем, у кого хоть раз мелькнули в анализах буквы HPV, — обязательно: кто знает, на какие штуки способен коварный вирус. Но для России это пока недостижимый идеал.

В-третьих, если известна причина болезни, можно надеяться, что будут и лекарства. Уже прошли испытания и выпущены на рынок первые профилактические вакцины от компаний «Merck» и «GlaxoSmithKline». Они содержат белки вирусного капсида и формируют у привитых иммунитет к вирусу (правда, пока не известно, сохранится ли он навсегда или со временем ослабеет). Такие препараты не дадут заразиться тем, кто еще не инфицирован, и это огромное достижение. «В России регистрируется более 12 тысяч случаев рака шейки матки в год, и 7700 женщин ежегодно (то есть 21 женщина ежедневно) умирают от этой болезни. В случае введения вакцины можно ожидать, что рак шейки матки исчезнет из эпидемиологических сводок», — вот как писали об этом в журнале «Природа» (2007, №2) Ф.Л. Киселев и С.А. Боринская. Но чтобы помочь тем, кто уже заразился папилломавирусом, нужны вакцины терапевтические, и, возможно, они появятся в ближайшем будущем (см. статью «Охота на вирус папилломы» в этом же номере).

А как насчет вакцины против ВИЧ?

История борьбы человечества со СПИДом драматична и непроста. В 1981 году в Калифорнии и Нью-Йорке впервые был описан новый, неизвестный прежде синдром. Американский Центр контроля заболеваний (CDC) дал ему название «синдром приобретенного иммунодефицита». У больных резко уменьшалось число CD4+ Т-лимфоцитов, а также антиген-презентирующих клеток (макрофагов). В результате практически здоровые люди умирали от инфекций, причем зачастую их убивали микроорганизмы, в норме не опасные для человека. Непосредственной причиной смерти могли быть воспаление легких, злокачественные опухоли (прежде всего такие, которые вызываются вирусами: саркома Капоши, лимфома, папилломавирусные раки). Число заболевших быстро увеличивалось, уже в 1982 году стало ясно, что речь идет о пандемии и необходимы срочные меры.

Эпидемиология болезни указывала на то, что новая инфекция передается половым путем и через кровь — при переливании крови и ее компонентов, хирургических операциях, внутривенных инъекциях, а также от матери к плоду. Способность возбудителя передаваться через фильтрованные продукты крови и поражать Т-лимфоциты позволяла предположить, что это может быть ретровирус. Генетическая информация ретровируса записана в молекулах РНК, и, когда они проникают в клетку, особый вирусный фермент, обратная транскриптаза (ревертаза) строит ДНК на матрице РНК. Другой фермент, интеграза, встраивает эту ДНК в геном клетки, а затем клеточные молекулярные машины обслуживают сборку вирусных частиц, которые выходят наружу и заражают новые клетки. Такой вирус в самом деле мог бы избирательно «выбивать» в крови лимфоциты.

Целенаправленный поиск «диверсанта» начала группа вирусологов Пастеровского института под руководством Франсуазы Барре-Синусси и Люка Монтанье. Они выделяли лимфоциты у больных с начальными признаками иммунодефицита и затем выращивали их в культуре (что было отдельной непростой задачей). Когда в культуральной среде обнаружилась ревертазная активность, можно было считать доказанным, что возбудитель — ретровирус. Электронное микроскопирование позволило разглядеть вирусные частицы на мембранах пораженных лимфоцитов.

К этому времени науке были уже известны и другие ретровирусы, в том числе HTLV, вызывающий лейкемию — рак крови. Логично было предположить, что новый смертельно опасный вирус — его родственник. Дальнейшие исследования показали, что у нового вируса есть общие черты с HTLV-1. Профессор Роберт Галло из Национального института здоровья США, который независимо от французских исследователей идентифицировал новый вирус, даже назвал его NTLV-III, чтобы отличить от двух других подтипов. Барре-Синусси и Монтанье назвали «свои» вирусы из разных источников LAV (от lymphadenopathy assoсiated virus) и IDAV (immunodeficiency accociated virus). А группа профессора Джея Леви из Сан-Франциско выделила похожий вирус, которому дали название ARV (AIDS-associated retrovirus). Впоследствии было установлено, что все это — один и тот же вирус из группы лентивирусов, а не онковирусов, к которым принадлежит HTLV. Иначе говоря, его ближайшими родичами оказались некоторые вирусы обезьян и других млекопитающих, а не человеческий вирус лейкемии.

В 1985 году новый вирус получил свое нынешнее официальное имя — вирус иммунодефицита человека, human immunodeficiency virus, или HIV-1 (позднее были открыты и другие подтипы). Вклад французской группы оценивался как наиболее весомый еще тогда, когда о Нобелевских премиях речь не шла. Но фактически загадку возбудителя СПИДа брало штурмом все мировое сообщество в целом.

Анализ ДНК подтвердил происхождение ВИЧ от ретровируса SIVcpz, найденного у шимпанзе Южного Камеруна. Только одна из групп ВИЧ, возможно, произошла от вируса гориллы. Первыми заразившимися людьми могли быть охотники на обезьян. «Молекулярное родословное древо» показывает, что межвидовая передача инфекции имела место не один раз, причем в первой, а не во второй половине ХХ века. Вирус в течение десятилетий поражал население Африки, никем не распознанный (ведь жертвы СПИДа умирают от самых разных болезней), а в США, к примеру, он попал через Гаити. Не до конца ясны причины пандемии ХХ века, но, судя по всему, не последнюю роль здесь сыграли и высокая изменчивость вируса, и возросшая мобильность популяции.

Строение ВИЧ и его жизненный цикл сегодня изучены весьма подробно (см. рис.) Но увы, статья, опубликованная в «Химии и жизни» к двадцатилетию обнаружения СПИДа (2001 №4), в главном не устарела до сих пор. Достигнуты определенные успехи, нет недостатка в оригинальных идеях, однако ни лекарства, убивающего вирус, ни, главное, вакцины от СПИДа по-прежнему нет. Вирус, поражающий иммунную систему, делает организм беззащитным, а высокая изменчивость спасает ВИЧ от лекарств. Сейчас общее число людей, заразившихся СПИДом с начала эпидемии, превысило 60 млн., а умерло от этого заболевания 25 млн. К концу 2007 года на Земле было 33,2 млн. ВИЧ-инфицированных (около 1% всего человечества). Из них 2,5 млн. были инфицированы в течение года, а 2,1 млн. за этот же год умерли. Среди больных увеличивается доля женщин, инфицированных половым путем. Особенно тяжелая ситуация в странах Африки: девять десятых детей, зараженных СПИДом, живут именно там, на Африку же приходится три четверти смертей от СПИДа.

Вирус СПИДа оказался представителем семейства ретровирусов: его генетическая информация записана в РНК, с которой в клетке считывается ДНК

Однако было бы ошибкой считать, что белых людей с нормальной ориентацией проблема СПИДа не касается. Через десять лет после смерти великого фантаста Айзека Азимова (1920–1992) его родственники обнародовали тот факт, что Азимов был инфицирован ВИЧ при переливании крови после операции на сердце и это ускорило его смерть. Об отечественных прецедентах напоминать не буду, вряд ли читатели их забыли.

Но отсюда понятно и то, что усилия первопроходцев были не напрасны. Пускай человечество еще не умеет лечить СПИД, диагностика и профилактика сегодня вполне возможны. В частности, исключить заражение через кровь и ее компоненты современные технологии позволяют. Кроме того, разработаны достаточно эффективные схемы антиретровирусной терапии. Некоторые препараты блокируют активность обратной транскриптазы или интегразы, другие нарушают взаимодействие вируса с клеткой. В итоге, как сказано в пресс-релизе Нобелевского комитета, «ожидаемая продолжительность жизни ВИЧ-инфицированных близка к таковой у неинфицированных». Вот только получают антивирусные лекарства сейчас 3 млн. человек, то есть менее чем каждый десятый. Лекарства дороги, жителям развивающихся стран они практически недоступны. Так что остается надеяться на вакцину. Либо на то, что выход подскажет природа.

Последнее — вовсе не шутка. Некоторые люди иммунны к ВИЧ от рождения, видимо, из-за особой комбинации генетических факторов. Механизмы врожденной устойчивости конечно же активно изучают, и это тем более интересно, что устойчивость одного может дать надежду и другим людям. Совсем недавно немецкий врач-гематолог Геро Хюттер сообщил об удивительном результате. ВИЧ-положительному пациенту в рамках лечения лейкемии пересадили стволовые клетки костного мозга от донора, который обладает врожденным иммунитетом практически ко всем штаммам ВИЧ. После этого вирус исчез из организма пациента, он прекратил принимать антивирусные препараты, и болезнь никак не проявляет себя уже более 600 дней. Пока неясно, насколько широко удастся применить такой экзотический метод борьбы со СПИДом. Но утешительно одно: неизлечимых болезней все-таки не бывает.