Инфекционные заболевания: вызов принят
|
На протяжении всей истории генетики рядом с проблемой наследственности всегда стояла проблема изменчивости. И если до недавнего времени молекулярная генетика была направлена главным образом на изучение механизмов, обеспечивающих консервативность генома, его точное воспроизведение, то теперь на первое место выходит изучение факторов, вызывающих его непостоянство. Реализации приоритетного направления фундаментальных исследований РАМН "Наследственность и изменчивость инфекционных болезней" было посвящено очередное заседание президиума РАМН. С докладами на эту темы выступили академик РАМН О.Бухарин (Институт клеточного и внутриклеточного симбиоза Уральского отделения РАН), члены-корреспонденты РАМН А.Гинцбург (НИИ экспериментальной микробиологии им. Н.Ф.Гамалеи РАМН) и В.Зверев (НИИ вирусных препаратов им. О.Г.Анджапаридзе РАМН), доктор биологических наук А.Бобков (НИИ вирусологии им. Д.И.Ивановского РАМН). Предлагаем вниманию наших читателей обзор, подготовленный на основе этих докладов.
Микроорганизмы меняют лицо Последствия научно-технического прогресса - основная движущая сила, изменяющая мир микроорганизмов. Это весьма наглядно выражается в появлении хорошо известных возбудителей инфекционных заболеваний с новыми свойствами, массовом распространении устойчивости к лекарственным препаратам, формировании новых мест обитания возбудителей инфекционных болезней в непосредственном окружении человека (системы водоснабжения, кондиционирования воздуха, централизованного хранения продуктов питания, больницы). Постоянно изменяющиеся условия жизни (коммуникации, демография, экология, климат) и внутреннее состояние человека (иммунитет, мутагены, лекарства) значительно нарушают баланс между человеком и микроорганизмами, особенно в эру антибиотиков. Это выражается в вовлечении в круг патогенов все новых представителей мира микробов, в первую очередь условно патогенных, устойчивости микроорганизмов к лекарствам и вакцинам, а также повсеместном распространении длительной персистенции патогенов, появлении стертых, атипичных, медленно протекающих, хронических патологических форм. Их частота оказывается неизмеримо большей, чем частота острых форм инфекций. Проведение массовых иммунизационных кампаний также влияет на генетику вирусов. Например, исследования циркулирующих штаммов вируса кори в НИИ вирусных препаратов им. О.Г.Анджапаридзе РАМН показали, что отличающийся генетической стабильностью вирус после начала массовой вакцинации претерпел значительные изменения, выражающиеся в генетическом дрейфе (повышенная изменчивость определенных генов) и приобретении некоторых свойств вакцинных штаммов. Что же может противопоставить медицинская наука этой атаке микробов? Во-первых, методы автоматического определения нуклеиновых последовательностей, которые настолько совершенны, что в настоящее время позволяют прочитывать целые геномы патогенных микроорганизмов. Эта информация чрезвычайно важна для изучения генов факторов патогенности, которые, как удалось установить, входят в состав мобильных генетических элементов, плазмид, транспозонов, умеренных бактериофагов и островов патогенности. Мобильная организация - наиболее эффективный способ приобретения новых генов (в том числе и факторов патогенности) в ходе эволюционного процесса. А это прямой путь возникновения новых типов возбудителей инфекций или известных возбудителей с новыми свойствами (проблема вновь выявляемых и возвращающихся инфекций). За последние 20 лет описано более 30 новых нозологических форм инфекционных заболеваний. Эта разнородная группа микроорганизмов характеризуется тем, что вызывает непредвиденные и чрезвычайные по своим последствиям эпидемические ситуации. Фундаментальные основы проблемы новых и возвращающихся инфекций требуют специальных исследований, в первую очередь эколого-генетических основ эндемичности существования возбудителей этих заболеваний, на основе которых будет разработана система эпидемического мониторинга. Исследования генетических механизмов персистенции, проведенные в НИИ экспериментальной микробиологии им. Н.Ф.Гамалеи, показали, что при острой и хронической формах инфекции патогены экспрессируют во многом различные группы генов. Обнаружение феномена дифференциальной активности генов при разных формах инфекционных процессов позволяет на совершенно новом уровне подходить к созданию лекарственных препаратов, точно зная специфические мишени, а также служат отправной точкой для изучения взаимосвязи иммунного статуса организма хозяина с активностью генов, определяющих характер течения инфекционного процесса. Есть все основания полагать, что именно механизмы персистенции определяют появление новых вирусов, у которых резко изменились либо адаптивность, либо способность к передаче и вирулентность. Из состояния персистенции вирус может переходить в другие состояния, вызывая вспышки и эпидемии инфекционных заболеваний. Баланс межу способностью к передаче и вирулентностью, их периодическое изменение и дают огромное разнообразие вирусов (в настоящее время описано около 5 тыс.). Однако внутри большинства видов постоянно присутствует генетический дрейф, определяющий структуру иммунологически активных антигенов и белков - мишеней для лекарственных препаратов, подавляющих размножение бактерий. Так, в настоящее время известно 6 основных генотипов вируса гепатита С, каждый из которых содержит еще несколько субтипов, отличающихся по биологическим свойствам. Такая генетическая изменчивость вирусов в основном связана с рекомбинацией между близкородственными вирусами и точечными мутациями в отдельных участках геномов. Но если еще совсем недавно считалось, что такие изменения могут происходить случайно, то с появлением технологии определения первичных последовательностей вирусных геномов стало очевидно, что такие изменения достаточно строго запрограммированы. Удалось выявить горячие точки рекомбинации в вирусных геномах и некоторые механизмы, по которым осуществляются рекомбинации и возникают мутации, обеспечивающие возбудителю устойчивость к лекарственным препаратам. Необходимо отметить и такую особенность вирусов, как способность преодолевать межвидовые барьеры за счет их коммуникационных свойств и низкой вирулентности, что постоянно приводит к возникновению все новых и новых вирусных штаммов. Новые направления вакцинации Самые злободневные направления, где прикладывают усилия ученые, - создание вакцины против гепатита С и лекарственных препаратов для подавления размножения возбудителя туберкулеза с множественной лекарственной устойчивостью. И определенные успехи в этом направлении есть. В НИИ вирусологии им. Д.И.Ивановского РАМН создана модельная система, позволяющая культивировать и размножать различные генотипы вируса гепатита С, - фундамент для создания вакцины, исследования возможного ингибирующего действия интерфероновых и цитокиновых препаратов на размножение вируса, генотипирования различных изолятов с целью эпиданализа. В НИИ экспериментальной микробиологии им. Н.Ф.Гамалеи РАМН идет разработка схем генетического типирования возбудителей бактериальных инфекций (боррелиоз Лайма, риккетсиозы, холера, псевдотуберкулез, туберкулез, различные типы внутрибольничных инфекций). Это позволяет осуществлять региональное картирование штаммов, проводить мониторинг ареалов распространения эпидемически значимых штаммов, прогнозировать возможность вспышек внутрибольничных инфекций. ДНК-вакцинация - новое направление в иммунопрофилактике инфекционных болезней и самостоятельный раздел генотерапии. В качестве таких вакцин используются гены различных антигенов возбудителей инфекционных болезней, встроенные в векторные молекулы ДНК. Несмотря на ряд принципиальных вопросов, которые пока не решены в отношении ДНК-вакцин (в частности, их безопасности), данное направление имеет большие перспективы благодаря высокотехнологичным способам создания этих вакцин, их простоте, дешевизне, контролируемости процедуры введения. В самое последнее время благодаря успехам молекулярной генетики сформировалось представление о социальном поведении бактерий. На практике это означает, что каждая бактериальная клетка регулирует синтез своей ДНК, согласованно включает и выключает активность многих генов благодаря регуляторным сигналам, передающимся не только внутри клетки, но и от клетки к клетке. Это позволяет им координировать свои действия, превращаясь в нужное время в многоклеточный организм, состоящий из миллионов и миллиардов одинаковых бактериальных клеток. Социальным поведением патогенных бактерий объясняется такое важнейшее для различных областей медицины явление, как образование биопленок. Оно происходит фактически на всех имплантируемых устройствах (катетерах, протезах, клапанах сердца) и лежит в основе многих тяжелых заболеваний. Регуляторные системы, ответственные за социальное поведение бактерий, обычно состоят из небольшой сигнальной молекулы и транскрипционного активаторного белка. Многообразие патогенов во многом связано с тем, что в процессе эволюции она приобрели способность максимально использовать для своего развития многие системы обеспечения жизнеспособности эукариотических клеток-хозяев. В настоящее время эти исследования сконцентрированы на двух направлениях. Во-первых, изучается, как патогены используют межклеточную коммуникационную сеть организма-хозяина, цитокины для активации и регуляции своего развития. Во-вторых, исследуются взаимодействие патогена с основным структурным и коммуникационным компонентом эукариотической клетки - цитоскелетом. В настоящее время складывается четкое представление о том, что деструктивное действие большинства патогенов обусловлено взаимодействием факторов патогенности с цитоскелетом. Молекулярная генетика сейчас развивается очень бурно. Одно из последних ее достижений - технология микрочипов, позволяющая одновременно и в сжатые сроки определять возможное присутствие тысяч различных микроорганизмов. Откуда появился ВИЧ? Ряд российских вирусологов предлагает вернуться к оспопрививанию в связи с угрозой биотерроризма, но при этом необходимо учитывать не только изменившийся иммунный статус человека, но и влияние вакцинации на изменчивость микроорганизмов. Оспопрививание было прекращено более 20 лет назад, и за это время зарегистрирована эпидемия оспы обезьян в Республике Конго, которая затронула и людей, чего раньше не наблюдалось. Преодоление вирусом межвидовых барьеров в сочетании с низкой вирулентностью постоянно приводит к возникновению новых вирусных штаммов. Кроме того, выяснилось, что вирусы оспы используют для проникновения в клетку те же рецепторы на ее поверхности, что и ВИЧ. Ликвидация оспы совпала во времени с появлением ВИЧ-инфекции, и возможно, один вирус просто заменился другим. В настоящее время разработаны весьма эффективные, хотя и дорогостоящие схемы лекарственной терапии ВИЧ-инфекции, которые позволяют достаточно долго поддерживать больного в работоспособном состоянии, но вся беда в том, что у вируса со временем вследствие генетической изменчивости вырабатывается устойчивость к лекарственным препаратам. Из-за этой изменчивости крайне трудно создать эффективную вакцину против этого заболевания. И пионер оспопрививания Э.Дженнер наверняка бы потерпел поражение, если бы в качестве мишени для своей вакцины выбрал бы ВИЧ или гепатит С. Но изменчивость присуща не только вирусу, но и организму хозяина. В настоящее время открыто несколько генов человека, мутация которых может свести к минимуму вероятность инфицирования. Так что известное положение "лечить человека, а не болезнь" подтверждается на генетическом уровне Родина СПИДа - Африка, и уже можно считать установленным факт, что люди заразились им от обезьян, после того как относительно недавно вирус преодолел межвидовой барьер. Не исключено, что это произошло в 20-е годы XX века, когда бельгийские врачи пытались лечить малярию в Заире, переливая людям кровь обезьян, которые, как известно, малярией не болеют. Африканские обезьяны инфицированы очень похожим на ВИЧ вирусом, и оба известных типа этого вируса (ВИЧ-1 и ВИЧ-2) встречаются у шимпанзе и макак, но эти обезьяны СПИДом не болеют. В процессе эволюции у них выработалась резистентность к ВИЧ, механизм которой пока не ясен. А вот у азиатских обезьян при инфицировании развивается та же клиническая картина заболевания, что и у человека. Мониторинг состояния вирусов и предсказание путей их эволюции, как и мониторинг особо опасных инфекций, являются предметом обеспечения безопасности человека как во время эпидемий, так и в периоды "молчания" вирусных инфекций. Система защиты от инфекционных заболеваний не может быть ограниченной рамками какой-то одной страны. Необходимо наладить обмен информацией и вирусными штаммами. Примером комплексного изучения генетической вариабельности вирусов, патогенных для человека и животных, является молекулярно-эпидемиологическое исследование эпидемии ВИЧ в России, проведенное в НИИ вирусологии им. Д.И.Ивановского РАМН. Ее основным результатом стала полная характеристика вариантов вируса иммунодефицита человека 1-го типа (ВИЧ-1), циркулирующих в различных группах риска в 64 субъектах Российской Федерации и странах Восточной Европы. Полученные данные позволили сделать вывод о двух этапах эпидемии ВИЧ-инфекции в России. На первом - наблюдалось большое разнообразие генетических вариантов вируса при относительно небольшом числе ВИЧ-инфицированных. На втором - попадание вируса в среду наркоманов привело к быстрому распространению на территории Восточной Европы только трех вариантов ВИЧ-1. Один из них принадлежит к подтипу А, другой - к подтипу В, а третий является уникальным, эндемичным для России рекомбинантным вариантом, одна часть генома которого относится к субтипу А, другая - к субтипу В. При этом показано, что в России в настоящее время доминирует вариант подтипа А, вызывающий 93% всех случаев ВИЧ-инфекции в нашей стране. Как выяснили эпидемиологи, подавляющее большинство российских наркоманов (а они дают более 90 % всех ВИЧ-инфицированных) были заражены из одного источника. Внутри каждого из подтипов с помощью изучения первичной структуры вирусного генома можно классифицировать вирусы на различные группы, что очень важно для проведения эпидемиологических расследований. Результатом этих исследований явилось депонирование в Международный банк генов нуклеотидных последовательностей, полученных от 310 новых вариантов ВИЧ-1, в том числе уникальные данные о полной первичной структуре двух российских изолятов. Такие исследования важны и для практической медицины, так как знание вариантов ВИЧ-1, доминирующих в различных регионах России, необходимо для совершенствования диагностики и разработки стратегии создания будущих вакцин. Подготовил Федор СМИРНОВ. |