shvarz: (Default)
Слышал эту историю раньше, но наткнулся на нее опять (pdf) и решил пересказать - вдруг кто не знает.

Сейчас практически невозможно найти биологическую лабораторию, в которой не использовались бы агарные чашки для выращивания бактерий. Откуда они взялись?

На заре микробиологии бактерии было принято выращивать в бульонах. Но в бульоне очень трудно получить чистую культуру микроба - они все в нем перемешиваются. Роберт Кох сначала экспериментировал с предельными разведениями, когда бульон разводится до такой степени, что в одной его порции в среднем оказывается меньше одной бактерии, но это был очень трудоемкий процесс, к тому же ненадежный.


Роберт Кох, отец микробиологии


Потом он заметил, что на срезе картошки вырастают изолированные колонии микробов и сообразил, что каждая такая колония происходит от одного предка и, таким образом, является чистой культурой. Он стал выращивать бактерии на тонких срезах картофеля. Но многие микробы на картошке не росли. Тогда он придумал использовать желатин для того, чтобы превращать питательный бульон в плотную массу. Но и тут возникли проблемы. Во-первых, желатин при температуре выше 25 градусов плавился. Во-вторых, многие бактерии выделяли ферменты, которые разжижали его.



В 1881 году в лабораторию Коха пришел Уолтер Хессе и его жена, Фэнни. Согласно одной из версий этой истории Фэнни была домохозяйкой, но на самом деле она ассистировала мужу в лаборатории.


Фэнни и Уолтер Хессе


Однажды за ланчем Уолтер поинтересовался, каким образом ее желе и пуддинги не плавятся в жаркую погоду, а остаются плотными. Она рассказала ему, что она использует в своих пуддингах агар, экстракт водорослей. Этот рецепт она узнала от соседки в Нью Йорке. Соседка была из Индонезии, где агар традиционно используется в готовке. Она предложила мужу попробовать агар в лаборатории.


Красные водоросли собирают в основном на берегах Испании, Португалии и Мексико


Агар оказался идеальной средой для выращивания микробов. Будучи расплавлен при 90 с лишним градусах он застывал только при 40, что позволяло разводить в нем микробов не убивая их (размазывать их по поверхности догадались позже). Уолтер Хессе рассказал об этом Коху и тот сразу же переключился на этот метод. Именно используя его он выделил туберкулезную палочку, а потом и еще больше 20 разных патогенных микробов, включая чуму, малярию и холеру. Уолтер и Фэнни Хессе не получили за свое открытие ни копейки и даже не были упомянуты в статьях. Но история эта сохранилась и сейчас мы знаем о их важном вкладе в микробиологические методы.


Водоросли Gracilaria и Gelidium - два основных источника для коммерческого производства агара


Стоит заметить, что агар принес пользу не только микробиологии, но и молекулярной биологии. Он оказался идеальным компонентом для гелей, которые использовались (и до сих пор используются) для разделения белков и фрагментов ДНК.

Разделение фрагментов ДНК на агарозном геле
shvarz: (Default)
Интересная статья, в которой авторы предлагают полностью пересмотреть подход к преподаванию генетики.

Классический подход следовал истории генетики - начиналось все с Менделя, потом переходили к хромосомам, как носителям информации, с митозами и мейозами, рекомбинацией, эпистазом и т.п, и заканчивалось небольшим введением в популяционную генетику. Идея заключалась в том, чтобы дать студентам не только знания о генетике, но и о том, как они были получены и научить их научному подходу и критическому мышлению. На практике, правда, оказалось, что студенты в результате научный подход так и не осваивают и, хотя и могут нарисовать стадии мейоза, плохо понимают что же именно происходит и какое это все имеет отношение к тому, как гены определяют наследственность и фенотип. И вполне понятно почему это так. Наука движется извилистыми и часто не самыми логичными путями. Не зная устройства хромосом и генов очень трудно понять, что же именно происходит в скрещиваниях Менделя (Мендель и сам столкнулся с этой проблемой).

"Надо что-то менять," - сказали профессора, и расставили весь этот материал в логическом порядке, облегчающем понимание. Сначала описание того, как генотип определяет фенотип, потом механизмы наследственности, потом мейозы и митозы, потом уже Мендель и популяционная генетика. Однако, в отрыве от исторического контекста стало очевидно насколько преподаваемый материал устарел. Кто сейчас делает скрещивания для выяснения функции генов? Зачем высчитывать растояние между генами через частоту рекомбинации, когда можно отсеквинировать к чертям весь геном? Кому интересны Фишеровские формулы описывающие отбор и дрейф, когда мы клонируем животных и создаем ГМО растения?

"Надо что-то менять," - сказали профессора, и заменили большую часть устаревших тем на более современные. В итоге получилось следущее (несколько сокращенный список):

Персональная геномика и генетическое разнообразие популяций
Структура генов и хромосом, мутации
Принципы эволюции
Как генотип определяет фенотип
Рекомбинация, мейоз, митоз
Секс
Генетический анализ (тут слегка упоминается Мендель)
Генетика органелл
Эпигенетика
Генетика болезней, принципы и несколько примеров (включая предрасположенность к раку)

Хотя я некоторые вещи бы местами поменял (например генотип-фенотип, мне кажется должен идти до принципов эволюции), но в целом мне такой подход очень даже нравится. А историю науки надо сделать отдельным предметом и изучать ее после прохождения базовых научных предметов.
shvarz: (Default)
Perth Group - группа активных ВИЧ отрицателей (человек 6-8), основавшаяся в городе Перте в Западной Австралии. На нее часто ссылаются, как на авторитетных ученых, приводящих доказательства того, что ВИЧ не вызывает СПИД и вообще не существует. Потому что его не выделили. При этом они дают собственное определение термину "выделение", считая что микробиологи этот термин используют неправильно (показательно, что среди них нет ни одного вирусолога, зато есть 3-4 физика). Они много что пишут о ВИЧ, но основные их претензии к выделению ВИЧ приведены вот здесь: What exactly is wrong with the way HIV has been isolated?

В этом посте они фокусируются на статье Роберта Галло 1984 года в Science. Я ее выложил вот здесь. В статье показывается, что некий, неизвестный до тех пор, ретровирус обнаруживается в пациентах со СПИДом или с риском развития СПИДа, но не в здоровых людях не попадающих в группы риска. Для определения присутствия вируса (не обязательно выделения, а просто детекции) использовалось четыре критерия и если образец удовлетворял как минимум двум из этих четырех, то пациент считался зараженным ВИЧ. Пертская Группа критикует эти четыре критерия, давайте посмотрим на их претензии.
текста очень много, и ни одной картинки, жмите на свой страх и риск )
shvarz: (Default)
Я так понимаю, что за последние несколько дней народ подтянулся из-за интереса в серии "30 лет ВИЧ", так что расскажу тут небольшую интересную историю, не вошедшую в тот цикл.

Вскоре после открытия ВИЧ, в 1985 году, были открыты и вирусы иммунодефициты обезьян, что позволило ставить эксперименты на обезьянах (ВИЧ их не заражает), в том числе и тестировать подходы к вакцинации. Одним из первых был протестирован классический подход введения убитого вируса - вирус выращивался в клетках, потом обрабатывался глутаральдегидом и использовался для иммунизации. Вакцина работала прекрасно - защищала обезьян даже при введении большой дозы ВИО внутривенно. Похожие результаты были получены сразу в нескольких лабораториях и в конце 80-х было ощущение, что создание вакцины от ВИЧ - это лишь дело техники.

Однако в 1990 году Джеймс Стотт и товарищи повторяли этот эксперимент и решили в качестве негативного контроля ввести обезьянам гомогенизат незараженных клеток. К их большому удивлению, негативный контроль защищал макак от ВИЧ не хуже, чем инактивированный вирус! Конференция, на которой Стотт представил эти данные, была одной из самых удручающих конференций в истории ВИЧ. Все были просто ошеломлены и растеряны.

Разобрались в вопросе довольно быстро. Оказалось вот что: И ВИО и ВИЧ при выходе их клетки захватывают с собой кусок ее мембраны, вместе с присутствующими на ней белками. Если вы посмотрите на модель ВИЧ от Visual Science, то увидите на поверхности вируса серые белки - это захваченные вирусом клеточные белки. На модели показаны лишь два их вида, на самом деле их может быть больше. Заметьте, что этих белков на поверхности ВИЧ даже больше, чем молекул вирусного белка оболочки (оранжевый).



Поскольку подходящих обезьянних клеточных линий тогда не было, ВИО выращивали в человеческих клетках. Полученный таким образом ВИО имел на своей поверхности эти человеческие белки. Когда его вводили обезьянам, то против них вырабатывался мощный иммунный ответ, который и отвечал за наблюдаемую защиту от вируса. К 1995 году было показано, что подобную защиту можно вызвать иммунизацией обезьян одним конкретным человеческим белком - HLA-DR.
shvarz: (Default)
"Обычная" статистика (которую всем преподают в школе) задается вопросом: "Какова вероятность полученных данных при условии, что гипотеза А верна?" и отвергает гипотезу, если эта вероятность мала (но при этом ничего не говорит о вероятностях гипотезы А или альтернативных гипотез). Томас Байес в середине 18 века поставил вопрос иначе: "Какова вероятность гипотезы А исходя из полученных данных?" Это гораздо более интуитивно-понятный вопрос и часто нас интересует именно он, что ведет к тому, что всякие биологи вроде меня регулярно скатываются при обсуждении статистики к вероятностям той или иной гипотезы даже при использовании обычной, фреквентистской, статистики (что некорректно). Более того, байесовский подход в его краткой форме даже звучит более логично: Мы начинаем с неких предположений о том, что вероятно, а что нет, потом делаем эксперимент и используем его результаты для того, чтобы уточнить наши начальные предположения. Но история байсовского подхода, изложенная в этой книге, полна эпизодами, когда статистики его категорически отвергали или даже объявляли окончательно дискредитированным и похороненным навсегда (отсюда и название книги).

В некотором роде история Байеса повторяет историю Менделя. Открытие его не получило должного признания после публикации и имя Байеса оказалось бы забытым, если бы не его друг Прайс, который вскользь упомянул о нем Лапласу. Математический гений своего времени, Лаплас независимо пришел к вопросу о вероятностях гипотез, но не знал что делать, если до эксперимента мы не имеем ни малейшего представления о его возможных результатах. Прайс указал Лапласу, что Байес в таком случае просто считал, что все гипотезы равновероятны. Собственно Лаплас и был настоящим основополагателем байесовской статистики, расширив решение частной проблемы над которой работал Байес, до общих принципов. Но после смерти Лапласа в 1827 году теория пришла в упадок и чуть было не оказалась забыта. Более того, байесовский подход приобрел даже дурную репутацию. Проблема была в том, что байсовский подход имеет ряд преимуществ в ситуациях, когда статистических данных очень мало и приходится субъективно оценивать начальные ("до-эксперимента") вероятности гипотез. Этот субъективизм стал неприличным словом, поскольку упор в статистике был на получение как можно более объективной картины.

В начале 20 века байесовский подход вообще ушел в подполье. Именно тогда был расцвет фреквентистской статистики - Фишер, Пирсон, Райт категорически отвергали байеса. Однако интересно, что несмотря на изгнание байеса из теоретической статистики, он начал использоваться на практике - в экономике, в политике. Забавно, что формулы оценки риска, использовавшиеся страховыми компаниями, были основаны на байесе, о чем страховые агенты даже не подозревали. Даже когда люди осознанно использовали байесовский подход, они предпочитали замалчивать этот факт и называли его каким-нибудь иным словом. Что интересно, одними из основных пользователей байесовской методологии оказались военные. И в первой и во второй мировой войне англичане и американцы использовали байесовские методы для самых разных целей: проверки качества снарядов, пристрелки орудий, нахождения подводных лодок. Одним из самых важных применений байеса была расшифровка Тюрингом немецких шифровок, созданных машинами Enigma. Однако большинство этих работ были засекречены и поэтому о пользе байеса за пределами математиков, работавших на военку, никто не знал.

Постепенно однако байес "вышел из чулана" и во второй половине 20 века стал появляться в виде вполне легитимной теории. Настоящий же его расцвет произошел в 80-х годах по двум причинам. Во-первых, развитие компьютеров позволило производить сложные вычисления, необходимые при байесовском подходе. Во-вторых, развитие цепей (или последовательностей?) Маркова позволило упростить многие байесовские вычисления и преодолеть ряд теоретических проблем теории. Сейчас байесовский подход используется очень широко в самых разных областях. Например, в экономике он помогает делать прогнозы продаж, а в интернете используется для фильтрования спама и машинного перевода текста.

В своей книге МкГрейн подробно и довольно интересно описывает всю историю байесовского подхода с массой примеров и с хорошим описанием людей, оказавших влияние на развитие статистики. К сожалению, о самой теории она не говорит почти ничего и понять чем же именно так хорош байесовский подход по этой книге невозможно. Он там появляется как deus ex machina, магическим образом решая сложные проблемы. Вся книга построена по модели: "В году Х была проблема Y и никто не знал, как ее решить. Но математик Z применил байесовский подход и проблема тут же оказалась решена." Поэтому при чтении создается впечатление, что все эти истории являются Just So Stories - красивыми сказками, без реального подтверждения того, что байес сыграл в них действительно важную роль. Может быть и действительно предсказания сделанные байесовским методом были лучше, чем какие-либо иные, но без объяснения подлежащей логики создается ощущение, что реальную эффективность никто не измерял или же что намеренно были отобраны истории в которых байес сработал. В общем, эту книжку стоит читать тем, кто хотя бы поверхностно знаком с байесовским методом и кому интересна история его развития. Я некоторые части прочитал с интересом, а некоторые пролистал. 3.5-4 звездочки из пяти.
shvarz: (Default)
В наш технологический век можно с умилением смотреть на экологически-чистый лошадиный транспорт в Централ-Парке. Уэллс и Ко, однако, в 1935 году считали, что с точки зрения экологии и здоровья, машины это огромный шаг вперед, несмотря на испускаемые ими клубы синего дыма. Дороги того времени были завалены навозом, который высыхал и, разбиваемый копытами лошадей и колесами повозок, поднимался в воздух. Дышать было невозможно, навозная пыль вызывала астму и аллергию, переносила инфекционные болезни. Для прокорма лошадей приходилось выращивать огромное количество злаковых. Навоз нарушал экологию рек и прибрежных вод, способствовал неестественному росту популяций грызунов, насекомых и мелких птиц. Так, например, и в Англии и в Штатах в начале 20 века было огромное количество ласточек, а с исчезновением лошадей они практически пропали.
shvarz: (Default)
Из "Науки жизни" Уэллса:
"Unrestrained breeding, for man and animal alike, whether they are mice, lemmings, locusts, Italians, Hindoos, or Chinamen, is biologically a thoroughly evil thing."

("Неограниченное размножение, как для людей так и для животных, будь то мыши, лемминги, саранча, итальянцы, индусы, или китайцы, является биологически чрезвычайно вредным."
shvarz: (Default)
Продолжаем цитировать Уэллса и ко.:

"...progress, like higher and lower, implies some scale of values. If one wants to analyze purely objectively it is best to leave values out. On the other hand, if we want something fuller and more warming than detached analysis, if we want to build from the multitudinous facts a vision of Evolution as an imposing whole, there is nothing to stop our putting them in."

"When we take a number of examples of what common-sense would call high animals and a number of what common-sense would call low animals, and reflect on the differences between them, we see that there is a real criterion of high as against low, of progress against standing still or degeneration. In a word, the higher creature has more control over the environment, and is more independent in it; it is in touch, through its sense-organs and brain, with more of the world about it, the world for it is larger and more varied and so far as we can judge from analogy with our own minds, its mental capacities of knowing and feeling, learning and foreseeing, are greater."
перевод по катом )
shvarz: (Default)

Томас Стрэнджвейc
.

Новое здание клиники Стрэнджвейса в 1912 году
.

Сосиска, из которой Стрэнджвейс выделил "живые" клетки
.

Алексис Каррел
.

Онор Фелл
.

Картинка, сопровождавшая статью о клеточных культурах в журнале Tit-bits

Одной из вещей, удививших меня при чтении "Науки о жизни", было частое и уверенное упоминание авторами того, что клетки и даже целые органы, взятые из организма и культивируемые в пробирке, могут жить неограниченно долго при правильном уходе. Во-первых, это не так. Органы мы и сейчас не можем неограниченно поддерживать в культуре, а клетки неограниченно растут только если они трансформировались в раковые. Во-вторых, в 1935 году методики клеточных культур находились еще в зачаточном состоянии, их настоящее развитие началось лишь в 50-х годах. Попытки разобраться в том, откуда такие утверждения взялись, вывели меня на захватывающую историю об отношениях науки, прессы и общества в целом в начале 20 века в Англии.

Началась эта история с доктора с прекрасным именем Томас Стрэнджвейс (Thomas Strangeways, фамилия может быть переведена как "странные методы"). В начале века он работал в Университете Кэмбриджа и очень хотел систематически изучать (именно экспериментально изучать, а не просто наблюдать и описывать) человеческие болезни. Подсобрав денег (и частично инвестировав свои собственные), он превратил один дом в "Исследовательскую клинику". В клинике было всего 5 коек и пациентам сразу сообщали, что в первую очередь доктор заинтересован в изучении и экспериментировании, а уж если им станет лучше, то это будет уже бонус (хорошо жилось ученым без этических комиссий :). Клиническая лаборатория располагалась в чулане для угля. Благодаря частным вливаниям клиника постепенно разрослась, а в 1912 году была даже переведена в новое здание, а Стренджвейс стал экспериментировать с искуственным поддержание органов, тканей и клеток, полученных из живых организмов.

К 1919 году изрядную долю финансирования клиника получала от MRC - государственного английского фонда по медицинским исследованиям. И в MRC очень напирали на то, что фокусироваться клинике стоит на фундаментальных исследованиях, а не на лечении. Тогда в английской науке вообще был очень мощный сдвиг в сторону фундаментальной науки. Стрэнджвейс и не возражал, он быстро стал приверженцем новой технологии клеточных культур. В начале 20-х годов клиника Стрэнджвейса стала лидером по культивации клеток и целых органов.

Тут очень важно отметить, что далеко не все ученые сразу оценили возможности этой новой технологии. Антибиотиков тогда еще не было, тяг тоже, поэтому для успешных экспериментов требовалась полная стерильность, которую обеспечить было очень сложно и мало у кого это получалось. Многие ученые считали эту технологию лишь забавой, которая не принесет никакой практической пользы. Научный спор между оппонентами и пропонентами клеточных культур выплескивался в общество в целом и на страницы газет.

В порыве защитить и продвинуть свой любимый метод, Стренджвейс и другие ученые выступали с очень громкими заявлениями, из которых следовало, что они находятся на пути к мощным прорывам в биологии и медицине - они вот-вот узнают тайны самых разных болезней, научатся создавать жизнь в пробирке, выращивать искуственные органы, а может даже и выращивать искуственных людей. Некоторые заявления Стрэнджвейса были очевидно фантастическими. Например, он утвреждал, что ему удалось выделить и культивировать живые клетки из сосиски. Вдохновленные бурным ростом клеток в культуре, ученые не смущались говорить "Если дать этим клеткам расти неограниченно, то они могут заполонить весь мир."

Среди сторонников клеточных культур особо отличался француз Алексис Каррел (работавший в Штатах), получивший в 1912 году Нобелевскую Премию за изобретение способов сшивания кровеносных сосудов, что позволило осуществлять пересадку органов. В этом же году его лаборатории удалось создать "бессмертную линию клеток сердца цыпленка", о которой очень много писали в газетах. Это достижение сулило, что наука в скорости сможет бороться и со старением. (Кстати, эта культура действительно просуществовала больше десятка лет - потрясающее достижение для методов того времени, да еще и при отсутствии антибиотиков!) Журналисты, как вы можете догадаться, были только рады строчить статьи об "эликсирах молодости" и "детях в пробирке", но в данном случае преувеличениями занимались не они, а вполне уважаемые ученые. Не все, конечно. Многие высказывали свой скептицизм, а журнал Lancet опубликовал статью, в которой хотя и признавался большой потенциал новой технологии, но ее текущие достижения оценивались очень скромно.

В 1926 году Томас Стрэнджвейс скончался. Почти год клиника находилась в подвешенном состоянии, ее собирались даже было закрыть, но в итоге ее переименовали в Strangeways Research Laboratory и она продолжила работу (кстати, именно в ней в 1947 году начал свою карьеру Фрэнсис Крик), а новым директором стала 28-летняя Онор Фелл (Honor Fell), близко работавшая со Стрэнджвеем с 1923 года. У Фелл был несколько иной подход к publicity, чем у Стрэнджвея - вместо обещаний великих открытий, она с энтузиазмом взялась за популяризацию реальных достижений лаборатории - снимались удивительные по тем временам фильмы, показывающие живые клетки в движении. Под ее руководством лаборатория изучала артрит, а также внесла большой вклад в изучение эффектов радиации на живые ткани.

Однако Фелл вскоре обнаружила, что прессе куда важнее сенсационность, чем реальная популяризация науки. К середине 30-х годов, после нескольких статей, в которых ее слова были перевраны или просто приписаны, она решила как можно меньше общаться с журналистами и резко ограничила доступ прессы к лаборатории. В результате о ней стали писать, как о замкнутом ученом, в чьей секретной лаборатории за закрытыми дверями творятся вещи фантастические и даже страшные. Естественно, ее заверения о том, что это не так, лишь будоражили всеобщую фантазию.

Тридцатые годы вообще прошли под лозунгом "мы все умрем или превратимся в роботов". Во многом этому способствовала вышедшая в 1932 году книга Олдоса Хаксли "О Дивный Новый Мир", в антиутопическом мире которой людей выращивают в пробирках конвейерным способом и биологически формируют их способности для будущей работы (например, ограничивают умственные способности и фантазию людям, которые занимаются исключительно физическим трудом). Тогда же начала развиваться научная фантастика, вдохновленная последними достижениями науки. Этих же достижений было принято и бояться. В 1932 году в журнале Tit-bits была опубликована картинка, на которой вышедшая из под контроля ученых клеточная культура выросла до размеров Годзиллы, вырастила себе глаза и пасть, и бродит по городу поедая все на своем пути. Сама статья была посвящена обсуждению того, вымрет ли человечество и возможно ли любить синтетических детей.

Впрочем, постепенно эти сенсации всем приелись и статьи стали более взвешенными. А в конце 30-х началась война и о синтетических детях на некоторое время забыли.

Ах да, надо бы вернуться к нашим Уэлсам и Хаксли. Они хорошо были знакомы с работами Стренджвейса и его лаборатории. Отсюда и проистекают их убеждение в том, что клетки можно очень долго поддерживать вне организма и что они, по сути дела, являются потенциально-независимыми организмами, которые собираются вместе и кооперируют для общей пользы. В 1927 году Джулиан Хаксли даже опубликовал научно-фантастический рассказ "The Tissue Culture King" (целиком можно прочитать здесь), в котором студент-медик попадает в плен к дикарям в Африке, но преуспевает, начав выращивать культуру клеток местного короля, чье тело считалось священным, а потом и начал экспериментировать с созданием новых форм животных.

Большая часть информации была почерпнута мною из статьи "The Early History of Tissue Culture in Britain: The Interwar Years" Дункана Уилсона. У него же на эту тему недавно вышла целая книжка.
shvarz: (Default)
Какое-то время назад в букинисте прикупил интересную книжку - "The Science of Life" (Наука жизни), написанную Гербертом Уэллсом ("Машина времени", "Человек-невидимка", ит.д.) в соавторстве с его сыном Джорджем и с Джулианом Хаксли (известным эволюционистом, братом Олдоса Хаксли и внуком Томаса Хаксли). Книга написана в 1935 году и своей целью ставит донести до среднего жителя достижения биологических наук того времени на понятном и простом языке.

Интересна книга двумя моментами. Во-первых, очень интересно посмотреть на научпоп на заре его зарождения. Научную составляющую туда привнесли Джордж Уэллс с Хаксли, а "полировал" язык Герберт Уэллс и это чувствуется - написано очень литературно. Во-вторых, конечно очень интересно задним числом рассматривать научные знания того времени и предположения ученых о том, как что работает и что следует исследовать.

Например, вот краткое изложение структуры живой клетки:
Клетка - кусочек протоплазмы без определенной формы, не отделенный ничем видимым от окружающей жидкости, способный менять свою форму.
Цитоплазма - прозрачная стеклоподобная субстанция. В нем находятся:
Блестящие капельки жира, носимые потоками цитоплазмы туда сюда по клетке.
Митохондрии - змееподобные нити, медленно извивающиеся и постоянно меняющие свою длину, иногда разделяющиеся на части, а иногда сливающиеся друг с другом. Движутся сами по себе, иногда против течения цитоплазмы. Состоят из альбумина и жироподобного лецитина. Функция митохондрий неизвестна, но очевидно важна.
Центросфера - структура сбоку от ядра, важная при делении. В центросфере зарождаются митохондрии, и потом выползают из нее в цитоплазму.
Ядро - большая структура, отделенная от цитоплазмы невидимым барьером. Внутри - два ядрышка, постоянно меняющие форму, положение и размер. В остальном ядро заполнено прозрачной жидкостью.
Пигментные палочки - если клетка взята из глаза цыпленка, то в ней можно найти палочки пигмента. Иногда они лежат спокойно, а иногда вдруг начинают носиться по клетке подобно хомячкам, однозначно вопреки пассивному движению цитоплазмы.
shvarz: (Default)
Если вас уже задолбало посылать на к гуглю умников, которые бездумно повторяют за дениалистами «ВИЧ никто никогда не видел и не сфотографировал», то возрадуйтесь! Теперь вы их можете посылать к этой записи, потому что тут сейчас будет ОЧЕНЬ МНОГО картинок ВИЧ, сделанных электронным микроскопом. Со ссылками на статьи, из которых я этих картинок понавыковыривал. А для тех, кому просто на картинки смотреть скучно, будут и кое-какие комментарии.

Часть 0. Открытие вируса.


Первые фотографии ВИЧ были показаны в статьях Монтанье и Галло, описывавших выделение ВИЧ в 1983 и 1984 гг, соответственно.

В статье Барре-Синусси и Монтанье 1983 года, за которую они позже и получили Нобелевский Приз, приводится следующая картинка:


Картинка А. Фотография, честно скажем, не ахти. Но не стоит забывать, что в то время методы культивации ВИЧ были еще очень несовершенны и не позволяли наработать вирус в больших количествах. Но даже на этой картинке отчетливо видны вирусные частицы, проходящие сборку около клеточной мембраны - темные полукольцевые и кольцевые уплотнения. Монтанье и Синусси не увидели или не обратили внимания на характерную особенность ВИЧ, отличающую его от многих других вирусов: после отделения от клетки он "созревает" и внутри него образуется конусовидный капсид. В зависимости от того, как проходит через этот конус разрез, он может выглядеть как круг, треугольник или прямоугольник.


Зато в статье Галло, опубликованной годом позже, вирус видно намного лучше.


Картинка Б. На панели А виден (на всю фотографию) макрофаг, на поверхности которого идет сборка новых вирусных частиц (плотных черных колец). Особенно хорошо этот процесс виден в правом верхнем углу, который увеличен на панели B. На панели C показан крупным планом почти отделившийся вирион. А на панели D показан созревший вирус, но разрез через его конусовидный капсид прошел так, что на фотографии он выглядит прямоугольным, а Галло в статье назвал его цилиндрическим.


Итак, почти тридцать лет уже прошло с публикации первых фотографий ВИЧ, а дениалисты до сих пор не удосужились их увидеть. С тех пор ВИЧ был сфотографирован бессчетное число раз. Ниже приведена лишь небольшая выборка из всего многообразия существующих фотографий.

Часть 1. Внимательно разглядываем вирус.


Когда методы по наработке вируса были усовершенствованы, появилось множество детальных фотографий ВИЧ, на которых очень хорошо видна его структура.

По ссылке [2] видим следующую картинку:


Картинка 1. Срез мозга пациента умершего от СПИДа. На панели А - клетка-макрофаг. Стрелками показаны необычные уплотнения, выпячивающиеся из клетки наружу - это новообразующиеся вирусы. На панели А1 - то же самое крупным планом, на панели С - два выпячивания из другого макрофага. На панели D мы видим целый ряд уже сформировавшихся и отделившихся вирусных частиц. У некоторых еще видна небольшая "ножка", соединяющая вирус и клетку. Только что отделившийся, незрелый, вирус имеет вид плотного черного кольца (на самом деле это конечно полый шар, но на срезе он выглядит как кольцо).


Ниже - продолжение этой же картинки, просто я ее разрезал на две части:


Картинка 2. На панели B - интересное образование, несколько макрофагов слились в одну клетку. Это не вызвано вирусом, макрофаги имеют способность делать это сами при необходимости. Например, если им нужно "заглотить" особенно крупного микроба. Черные петли внутри клетки - это ядра макрофагов, а стрелкой указано место, где происходит сборка вируса. А вот на панели E мы видим несколько созревших вирусных частиц. Заметьте, что они выглядят иначе, чем незрелые - плотное кольцо по краю исчезло, зато в центре появилась новая структура - капсид вируса. В среднем вирусе хорошо видно, что капсид имеет форму усеченного конуса. Капсид в виде усеченного конуса - характеристичная черта ВИЧ, по которой его можно отличить от большинства других вирусов.


Пара слов о созревании капсида: Когда вирус собирается в клетке, все его внутренние белки входят в состав двух длинных белков. Эти длинные белки имеют свойство прилипать к клеточной мембране. Поэтому во время сборки вируса и сразу после отпочковывания мы и видим плотный черный слой под мембраной. Когда вирус отделился от клетки, вирусная протеаза разрезает эти длинные белки на их составляющие компоненты (поэтому кольцо по краю исчезает). Высвобожденные белки самособираются в конусовидный капсид, внутри которого находится РНК вируса и его ферменты.
дальше - больше )
shvarz: (Default)
1 декабря - Всемирный День СПИДа.

Хотя День СПИДа отмечается каждый год, сегодняшний день - особенный, потому что в этом году исполнилось 30 лет с тех пор, как СПИД был открыт. По этому поводу я за последние 30 недель прошелся по некоторым из наиболее интересных и важных научных публикаций и попросил их авторов бросить взгляд назад и рассказать о своем открытии. Оригиналы всех этих статей можно прочитать вот здесь. А в своем журнале я вкратце пересказывал содержание статьи и пытался объяснить, чем она была важна. Все эти мои записи можно найти по тэгу 30 лет ВИЧ.

Сегодня серия заканчивается. На вебсайте нашей организации можно прочитать заключительную статью Хозе Эспарза и Бонни Матиесон, что я читающим по-английски рекомендую сделать. А здесь я хочу сделать некий краткий обзор этих 30 лет. Даже в 30 статьях было невозможно охватить всю историю исследований ВИЧ и СПИДа и, конечно, я не собираюсь пытаться сделать это в этом посте. Поэтому я разобью эти 30 лет на четыре стадии.

1981-1984: Начальный период
После того как СПИД был впервые обнаружен, исследования шли относительно медленно, потому что требовалось установить самые базовые факты - кто подвержен этому синдрому, какова его этиология, насколько широко он распространен. Изначально СПИД представлялся интересным курьезом, а не глобальной проблемой. Связь с вирусом была лишь гипотезой, которую как следует подтвердили лишь позже. Этот этап закончился в 1984 году с разработкой относительно эффективных методов выделения и культивации вируса. Эти методы позволили достичь двух ключевых прорывов: С точки зрения здравоохранения, они позволили создать диагностические тесты, с помощью которых можно было тестировать донорскую кровь и изучать распространенность вируса. С точки зрения фундаментальной науки, они позволили вплотную заняться исследованиями свойств ВИЧ.

1985-1995: Золотой век
В какой-то мере человечеству повезло с исследованиями ВИЧ. В 70-х годах была объявлена "Война с раком", под которую выделили изрядное количество денег. На тот момент считалось, что большой процент раков вызывается вирусами, среди которых ретровирусы были на первом плане, поэтому их стали очень активно исследовать. И хотя впоследствии оказалось, что канцерогенных ретровирусов у человека не так уж и много, в процессе исследований была создана критическая масса знаний, методов и специалистов в этой области. Поэтому когда было обнаружено, что СПИД вызывается ретровирусом, научное сообщество имело все возможности для того, чтобы начать активно изучать его. В это время также был впервые оценен масштаб эпидемии и ВИЧ сразу стал одним из приоритетных направлений. В этот период мы узнали потрясающе много о ВИЧ и о том, как он вызывает СПИД. ВИЧ за несколько лет стал одним из самых изученных вирусов человека. Очень быстро были найдены и внедрены в клинику лекарства, останавливающие вирусную репликацию. Но лечение в этот период было делом ненадежным - лекарства давали мощные побочные эффекты, а вирус приобретал к ним устойчивость. Эти проблемы были решены в 1995 году с изобретением высокоактивной антиретровирусной терапии (ВАРТ), которая позволила надежно подавлять вирус и спасать тяжело-больных.

1996-2008: Тщательный поиск
С изобретением ВАРТ можно было перевести дух - средство для спасения жизней было найдено и эстафетная палочка была передана фарм-компаниям, правительствам и международным фондам, чьей задачей стало предоставить эту терапию всем, кто в ней нуждается (но это уже была задача преимущественно не для ученых). Ученые же взялись дотошно копаться и разбираться в свойствах вируса и вызываемой им болезни. А копаться было в чем - и вирус и поражаемая им иммунная система оказались чрезвычайно сложными. Стало понятно, почему не сработали первые попытки создать вакцину и почему ее создание будет скорее всего делом долгим и трудоемким. Стало также известно, что ВАРТ не ведет к излечению, а потом и прояснились механизмы, позволяющие вирусу существовать в пациенте десятилетиями несмотря на лекарства. Мы узнали о эволюционной истории лентивирусов и о встроенных в нас механизмах борьбы с ними. Были созданы модели для исследования СПИДа в макаках. Всех открытий не описать - за этот период были опубликованы десятки тысяч статей. К сожалению, помимо разработки дополнительных лекарств, все это знание не имело практического применения в здравоохранении.

2008-2011: Новейший период
В науке часто кажется, что "в последнее время прогресс ускорился", так что может я и субъективен в выделении этих последних четырех лет в особый период. Но многое говорит о том, что объективно это действительно так. Были разработаны новые технологии, вроде глубокого секвенирования, массового культивирования B клеток, компьютерного моделирования белков, анализа клеток многоцветным FACS-ом. Эти технологии позволяют делать то, о чем мы раньше только мечтали. Впервые создана вакцина с эффектом (хоть и временным и слабым) против ВИЧ. Показано, что антивирусные препараты можно использовать не только чтобы останавливать болезнь, но и для предотвращения инфекции. Вновь заговорили о полном излечении ВИЧ-инфицированных, и в этой области идут работы по трем принципиально разным направлениям. Складывается ощущение, что в ближайшие несколько лет будут сделаны важные открытия, которые будут иметь прямой эффект на здоровье людей.

В заключение хочу сказать спасибо всем, кто подбадривал меня последние 30 недель. Писать регулярно, с дедлайнами, да еще на довольно сложные научные темы, очень трудно и некоторые посты выходили с запозданием. Но в целом я доволен проектом, надеюсь и вам понравилось :)
shvarz: (Default)
Предпоследний выпуск серии и последний - про научную статью. На следующей неделе будет обзорный выпуск.

А сегодня обсуждаем микробициды - вещества, которые убивают микробов при наружнем применении. В отношении ВИЧ у микробицидов тория даже сложнее, чем у вакцин. Как и с вакцинами, попытки создать микробицид начались почти сразу после открытия вируса. В течение следующих 20-25 лет была испробована дюжина разных веществ и все они оказались либо неэффективными, либо (в паре случаев) увеличивающими риск инфекции. Проблема заключалась в специфичности действия микробицидов - уж очень ВИЧ похож на нормальные человеческие клетки для того, чтобы можно было его повредить не нанося вреда клеткам влагалища или кишечника. Однако эта проблема была решена в области лечения - против ВИЧ существует масса препаратов, которые специфично действуют именно на вирус. Решение, казалось бы, было очевидным - следует сделать гель, который содержал бы антиретровирусные препараты.

Как это часто бывает, ученые разделились на два лагеря - сторонников таких гелей и скептиков. Скептики приводили массу причин, по которым такой подход не будет работать. Во-первых, говорили они, антиретровирусные лекарства действуют на вирус внутри заражаемой клетки, а не на свободно плавающую вирусную частицу, поэтому складывать их в гель и размазывать по стенкам влагалища не имеет большого смысла. Во-вторых, если даже эти лекарства и будут впитываться из геля в клетки, то они будут присутствовать там в слишком низких концентрациях, чтобы остановить вирус, но в достаточных концентрациях, чтобы вызвать у вируса устойчивость к этим лекарствам. В-третьих, лекарства слишком дорогие для того, чтобы из них можно было массово производить микробицидный гель. В-четвертых, для эффективной работы женщины должны пользоваться микробицидом перед каждым сексом, что очень ненадежно и скорее всего им быстро надоест это делать. Были еще и в-пятых, и в-шестых и т.д.

Сторонникам микробицидных гелей приходилось либо следовать своей вере в то, что эти проблемы можно преодолеть, либо делать предварительные исследования, чтобы показать, что они не так серьезны, как говорят скептики. Время шло и в конце концов семейная пара ученых Карриша и Салим Абдул Карим, собрали достаточно информации и заручились достаточной поддержкой для того, чтобы провести настоящее испытание. Компания Gilead, разработавшая антивирусный препарат tenofovir, предоставила лицензию, позволяющую бесплатное использования геля, основанного на этом лекарстве, в Африке. Испытание проводилось в ЮАР, и заняло больше 3 лет. Результаты показали, что регулярное использование геля до и после секса снижало вероятность заражения ВИЧ на 54%. Эффективность не очень высокая, но в масштабах эпидемии, этот микробицид может помочь спасти много жизней.
shvarz: (Default)
Разработку вакцины от ВИЧ часто сравнивают с американскими горками. В 2007 году, когда стали известны результаты испытания Step, большинство ученых впали в депрессию и многие считали, что разработать вакцину не удастся никогда. Но уже в 2009 году, многие были в экстазе от того, что испытание RV144 в Таиланде показало эффективность в предотвращении инфекций. Небольшую (60%) и временную (около года), но эффективность.

У испытания этого была очень сложная судьба.

Задумано оно было в начале 90-х, когда ВИЧ очень мощно ударил по Таиланду. В 1993 году среди призывников в армию 4.6% были заражены ВИЧ, а в некоторых провинциях - и все 12%. Американская военщина в лице Военного Института Исследований Уолтера Рида, еще с начала 20 века имела исследовательский плацдарм в Таиланде и сотрудничала с местным Министерством Здравоохранения при разработке вакцин от японского энцефалита и гепатита А. Они решили, что наблюдающаяся эпидемия позволит им протестировать ВИЧ вакцину и начали подготовку к испытанию. Джером Ким вел основную подготовку со стороны армии США. Но пока они готовились, таиландское правительство тоже не сидело без дела - оно начало анти-ВИЧ кампанию, распространяло информацию о вирусе и активно внедряло использование презервативов в борделях. В результате эпидемия была довольно быстро взята под контроль. Это было отлично для Таиланда, но это означало, что в испытание нужно было привлечь намного больше людей, чем ожидалось вначале, а это значит что испытание становилось более дорогим и требовало больше времени.

В качестве вакцины была выбрана комбинация двух методов - сначала волонтеру делали прививку ослабленным вирусом оспы, несущим в себе несколько белков ВИЧ (т.н. прайм) для инициации клеточного иммунитета, а некоторое время спустя стимулировали выработку антител, вводя белок оболочки ВИЧ (т.н. буст). Вначале предполагалось, что в небольшом испытании будут сравнены три подхода - в каждом из них будет один и тот же прайм, но вот белок оболочки будет разный, произведенный тремя разными компаниями. Тот белок, который даст наилучший иммунный ответ, и будет использован в большом испытании на эффективность в предотвращении инфекции. Идея хорошая, но и тут исследователей ожидали проблемы: еще до начала первого испытания две компании из трех решили, что они больше не хотят принимать участие в испытании. В результате, сравнивать стало нечего и на большое испытание пришлось идти с единственным оставшимся кандидатом. Проблемы были не только с бустом, но и с праймом - вирус не прошел проверку качества и его пришлось переделывать, что отложило начало испытания на целый год.

Пока разбирались с производственными проблемами, пришли проблемы научные. Испытания похожих вакцин в макаках давали противоречивые результаты. Испытания на небольших группах людей показывали, что вызываемый подобными вакцинами иммунный ответ очень слаб (хотя без знания того, что именно нужно для защиты от ВИЧ, понятия "слаб" и "силен" были очень размытыми). Спонсируемая NIH группа HVTN собиралась тестировать похожую вакцину в Америке, но решила отменить испытание, поскольку ожидала, что вакцина будет неэффективной. И самый мощный удар был нанесен испытанием AIDSVAX B/E, которое тестировало тот самый белок оболочки, который исследователи собирались использовать в качестве буста, и нашло что он не имеет никакого эффекта.

В 2004 году группа из 15 очень уважаемых ученых в области ВИЧ вакцин написала открытое письмо в NIH, которое было опубликовано в журнале Science. В этом письме они указывали на то, что все имеющиеся научные данные говорят о том, что вакцина будет неэффективна и призывали NIH прекратить финансирование испытания. Честно скажу, что я тогда был полностью на стороне этих сомневающихся товарищей (и до сих пор считаю, что в принципе они были правы). Поднялась изрядная буча, и в итоге NIH выбрала наихудший из подходов, решив ублажить и ваших и наших. Финансирование исследования не прекратили, но бюджет изрядно урезали. Под нож попала преимущественно научная составляющая испытания - сбор образцов крови и их иммунологический анализ.

В результате, когда в 2009 году были проанализированы все собранные данные и выяснилось, что вакцина имела некоторый эффект, возможности для анализа того, какой именно из иммунологических ответов играл решающую роль в предотвращении инфекции, оказались очень ограниченными. Тем не менее, анализ имеющихся образцов выдал какие-то корреляции и сейчас планируются испытания, которые будут тестировать гипотезы, сформированные основываясь на полученных данных.

Так что если бы не настойчивость (если не сказать, упертость) Джерома Кима и его начальника командира Нелсона Майкла, область ВИЧ вакцин до сих пор бы пребывала в депрессии, обсуждая провальные результаты Step и не имея никакой зацепки для того, чтобы двигаться дальше.
shvarz: (Default)
В этой серии статей я до сих пор рассказывал лишь о важных открытиях или успехах в исследовании ВИЧ. Сегодня будет рассказ об одной очень важной неудаче.

В 2003 году началось испытание ВИЧ вакцины, названное Step. Идея этой вакцины основывалась на знании того, что Т клетки играют важную роль в контроле ВИЧ инфекции. Ее создатели ожидали, что она не предотвратит инфекции, но позволит иммунной системе более эффективно бороться с вирусом и таким образом оттянет (или вообще предотвратит) наступление СПИДа. Опыты, поставленные на макаках, подтверждали, что такая вакцина может работать.

В качестве метода доставки вакцины был выбран аденовирус. Аденовирусов в мире очень много разных, но все они вызывают легкие простудные заболевания. Выбранный аденовирус (типа 5) был модифицирован таким образом, что заразить он мог только одну клетку, а дальше распространяться не мог. В этой зараженной клетке он синтезировал три белка ВИЧ, так что для Т лимфоцитов клетка выглядела зараженной ВИЧ и против нее срабатывал клеточный иммунитет.

Использование аденовирусов, как метода доставки вакцины, затрудняется тем, что многие люди болеют этими вирусами, а потому имеют антитела против них. Если человеку с антителами ввести аденовирусную вакцину, то вирус будет мгновенно нейтрализован и не сможет доставить белки, против которых требудется вызвать иммунный ответ. Поэтому сначала в испытание Step собирались брать лишь тех, у кого антител к аденовирусу 5 не было вообще или было очень мало. Однако предварительные испытания на людях показали, что антитела этой вакцине не помеха - она вызывает клеточный иммунный ответ даже в людях с антителами (видимо потому что антитела недостаточно эффективны). Поэтому когда испытание началось, то в него брали всех желающих, хотя уровень антител к аденовирусу и отслеживали.

Как наверняка известно читателям моего журнала, золотым стандартом в современной клинической науке считается двойное слепое тестирование - то есть до конца испытания ни исследователи, ни участники испытания не знают о том, кто получил плацебо, а кто - тестируемое средство. В долгоидущих и больших клинических испытаниях существует следующая практика: Выбирается комитет независимых экспертов, который смотрит через определенные интервалы на предварительные данные и решает, стоит ли продолжать испытание. В некоторых случаях такая комиссия может остановить испытание. Во-первых, если становится очевидно, что тестируемое средство бесполезно или даже вредно. Во-вторых, если становится очевидно, что тестируемое средство очень хорошо работает (тогда неэтично продолжать давать контрольной группе плацебо). И, наконец, если по каким-то причинам становится ясно, что испытание не сможет ответить на изначально поставленные вопросы. Для испытания ВИЧ вакцины Step такая комиссия тоже собиралась и в 2007 году, после одного из таких анализов, эта комиссия сказала, что испытание следует прекратить, так как вакцина очевидно бесполезна.

Но это было еще полбеды. Копаясь в уже собранных за время испытания данных, Сюзан Букбайндер и соавторы обнаружили, что какое-то время после вакцинации некоторые подгруппы людей в испытании имели больший шанс заразиться ВИЧ, чем те, кто получил плацебо. Одной из таких групп были необрезанные мужчины, другой - люди с большим количеством антител к аденовирусу. В комбинации два этих фактора увеличивали вероятность инфекции (среди получивших вакцину) в 3 раза. Следует сказать, что такой анализ, сделанный на данных пост-фактум, является в гораздо меньшей степени доказательным (потому что какие-то тенденции можно обнаружить в любом массиве данных), но приняв в учет вероятные биологические механизмы, большинство научного сообщества считают, что увеличенный риск инфекции действительно был. Так это или нет на самом деле, мы теперь уже никогда не узнаем (потому что повторять такой эксперимент никто не будет). К сожалению, такие вещи случаются, и предсказать их заранее практически невозможно.
shvarz: (Default)
Сегодняшняя история интересна тем, насколько она растянулась по времени. Впервые то, что обрезание снижает вероятность заражения ВИЧ, было замечено аж в 1989 году. После этого похожие наблюдения были сделаны в целом ряде исследований, и одним из первых, кто заметил этот эффект был Стивен Мозес, автор сегодняшнего комментария. Но поскольку обрезание - часть культурной традиции, отделить биологический эффект от культурного было очень сложно и скептики (в достаточной мере правомерно) требовали более строгого подтверждения. Так прошло десять лет. От сторонников обрезания требовали рандомизированного испытания (в котором волонтер заранее соглашается, что его назначат либо в группу с обрезанием, либо в контрольную группу). Вообще непонятно было, согласится ли кто на такой странный эксперимент. Поэтому сначала были проведены исследования относительно того, насколько реально провести это исследование. К некоторому удивлению ученых, желающих нашлось немало. Так что в начале 2000-х годов были начаты три подобных испытания - в Кении, в Уганде и в ЮАР.

В клинических испытаниях сейчас принято где-нибудь посередине показывать промежуточные результаты специальной комиссии, состоящей из ученых, экспертов по этике и представителей той популяции, в которой проходит испытание. Если эти промежуточные результаты показывают, что тестируемое средство или однозначно полезно или однозначно бесполезно (или, тем более, вредно), то продолжение такого испытания считается неэтичным и его прерывают. Так случилось со всеми тремя испытаниями обрезания. Промежуточные результаты показали, что обрезание однозначно снижает риск заражения ВИЧ, а поэтому следовало их прекратить, сообщить об этом результате всем участникам и предложить им сделать обрезание. Усредненный результат по трем испытаниям был - снижение вероятности заражения на 56%. Не так уж плохо, что бы ни говорили нам великие умы.

После того, как эффект обрезания был подтвержден, правительства разных стран в Африке, а также международные организации стали активно пропагандировать эту практику. Спрос оказался очень большим и опередил предложение, так что некоторые даже стали разрабатывать поточные методы для проведения этих операций.

Одной из важных проблем в таком методе предотвращения инфекций является понятное объяснение людям (зачастую малообразованным и суеверным), что они не защищены от ВИЧ, а лишь немного снизили вероятность его подхватить. Иначе эффект может быть совершенно противоположным. Один из способов это донести мне очень нравится. Во многих странах Африки все просто фанатеют от футбола. При обрезании мужчинам приводят такую аналогию: "Раньше ты был как ворота без вратаря, в которые очень легко было забить мяч. Сейчас мы тебе в ворота поставили вратаря, но, сам знаешь, даже с вратарем в воротах, от гола никто не застрахован. Так что продолжай использовать всю команду - презервативы, одна партнерша, и т.д."
shvarz: (Default)
Активированный иммунный ответ - дело для организма дорогое и опасное, а значит его нужно тщательно контролировать. Очень большое количество симптомов (воспаление, температура, боль, и т.д), которые мы обычно ассоциируем с болезнями, вызываются не патогеном, а иммунным ответом. Поэтому когда в ответ на инфекцию в организме запускается иммунный ответ, почти одновременно запускаются и механизмы его (иммунного ответа) подавления. Они настроены так, что срабатывают с запозданием, когда болезнь уже почти побеждена и играют роль лишь в возвращении организма к норме.

Что же происходит в хронических инфекциях, которые за неделю-другую не проходят? С одной стороны иммунная система постоянно стимулируется присутствием микроба, с другой - подавляется гомеостатическими механизмами, пытающимися вернуть ее в нормальное, неактивированное состояние. В результате развивается анергия - Т лимфоциты хотя и распознают чужеродные белки, но становятся неспособными выполнять свои нормальные функции или выполняют их плохо. В лаборатории Рафи Ахмеда изучали хроническую инфекцию CMV в мышах и обнаружили, что при этой инфекции лимфоциты начинают синтезировать специальный рецептор PD1, который появляется на их поверхности. И состояние анергии у лимфоцитов вызывается именно сигналами, получаемыми через этот рецептор.

Параллели с ВИЧ инфекцией были очевидны для Брюса Уокера из Гарварда. Узнав о результатах Рафи Ахмеда еще до официальной публикации статьи, он тут же начал схожее исследование на ВИЧ-инфицированных в Южной Африке. Анализ собранных образцов подтвердил гипотезу - и CD4 и CD8 лимфоциты ВИЧ-инфицированных экспрессировали PD1. Чем больше было PD1, тем выше было количество вируса и тем хуже был прогноз болезни. И в первую очередь анергия развивалась в тех клетках, которые распознавали ВИЧ. Особенно интересным и многообещающим для лечения хронических инфекций было то, что если передачу сигналов через PD1 блокировать, то анергия проходит и лимфоциты опять начинают реагировать на чужеродные белки. Сейчас планируют клинические испытания, в которых будут тестироваться ингибиторы PD1, чтобы посмотреть, не приведет ли это к более эффективному иммунному ответу против ВИЧ. Такие испытания проводятся (или планируются) и для других хронических инфекций, например гепатитов B и C.
shvarz: (Default)
А вы знаете, что "изобретатель вакцинации" Эдвард Дженнер сам был привит от оспы в возрасте 8 лет?


Дженнер (картинка с википедии)


Прививали тогда, правда, не ослабленным или убитым вирусом, а настоящей живой оспой. Обычно вирус оспы попадает в организм двумя путями - через вдыхаемые капельки или через кровь и другие жидкости. Но в обоих случаях он попадает на слизистые поверхности. Характерные и хорошо всем известные пузыри, которыми покрываются больные оспой на поздней стадии инфекции, не так уж и заразны. Задолго до Дженнера была известна вариоляция: если вскрыть один из таких пузырей и потом ввести его в надрез на коже здоровому человеку, то вокруг раны образуется локальная инфекция, но системной болезни обычно не наступает. Почему это так - не известно и с исчезновением оспы мы скорее всего так это и не узнаем. Возможно это связано с тем, что вирус попадает в организм неестественным путем, возможно - потому что в содержащейся в пузыре жидкости содержится что-то, что позволяет иммунной системе гораздо быстрее среагировать на вирус и предотвратить его распространение по организму.


Личные ланцеты Дженнера, которыми он проводил вариоляцию.


Вариоляция была делом очень рискованным - многие из привитых заболевали оспой всерьез и около 2% умирали от нее. Прививать приходилось одновременно всех, потому что от привитых оспа могла начать распространяться и вызвать эпидемию среди непривитых.

Вирус коровьей оспы использовали для вакцинации тоже до Дженнера. Достоверно известны как минимум шесть человек, делавших вакцинации коровьей оспой между 1765 и 1791 годом. Наиболее известен из них Бенджамин Джести, который во время эпидемии привил двум своим сыновьям вирус коровьей оспы, и они оказались среди редких детей, не заболевших ею. То, что коровья оспа может иммунизировать против обычной оспы, было неплохо известно в Англии в конце 18 века. Заслуга Дженнера состояла в том, что он активно распространял это знание, опубликовав отчет о своих экспериментах и делая доклады на многочисленных медицинских собраниях.


Бенджамин Джести (опять же, спасибо википедии)


Коровья оспа, кстати, скорее всего была вовсе не коровьей, а лошадиной, и коровы ею болели не так уж часто. В консервированном виде вирус хранить не умели. Поэтому приходилось поддерживать "живую цепочку", так что кто-то постоянно должен был быть носителем вируса и его передавали от человека к человеку. Естественно, что такая практика вела к распространению болезней, передающихся через кровь (например сифилиса), а также и самой дикой оспы. В 1850 году Чейн догадался добавить к вирусу глицерол, что позволило создавать долгохранящуюся вакцину.
shvarz: (Default)
Предисловием к сегодняшнему выпуску являются мои посты о статьях 1993 и 1995 годов, в которых было показано, что инфекция ВИЧ на той стадии, пока она не перешла еще в СПИД, не является классической латентной инфекцией. При латентной инфекции (например, герпеса) вирус не реплицируется, я прячется и выжидает ослабления иммунной системы, а ВИЧ все эти годы активно размножается и инфицирует клетки. Попытки посчитать процент зараженных лимфоцитов в крови или в биопсиях лимфоузлов давал довольно низкие цифры (около 1%), что говорило в пользу того, что вирус хотя и не латентен, но не заражает CD4 клетки по всему организму. Основным местом размножения вируса считался кишечный тракт, который густо заселен лимфоцитами. Таким образом, в организме должно было быть достаточно CD4 клеток для борьбы с инфекцией. Это объяснение (как оказалось неверное) объясняло почему до наступления СПИДа у ВИЧ-инфицированных не наблюдается большого количества инфекций и почему болезнь прогрессирует постепенно - вирус постепенно уничтожает CD4 клетки. Так, где-то до середины 2000 годов многие думали о ВИЧ инфекции как о медленно-прогрессирующей болезни, которая лишь в конце ведет к серьезным нарушениям в иммунной системе (СПИДу).

Марио Родерер и Джозеф Маттапаллил взялись подробно исследовать патогенез ВИЧ на ранних стадиях инфекции. Для этого они обратились к инфекции ВИО в макаках, что позволяло им, во-первых, точно знать срок с момента инфекции и, во-вторых, разобрать инфицированный организм на кусочки и тщательно все анализировать. За время своей жизни, CD4 клетки проходят несколько разных стадий. Только что вышедшая из тимуса наивная (это такой научный термин) CD4 клетка претерпевает изменения после того, как встречает патоген. Она превращается в эффекторную CD4 клетку, которая активно участвует в борьбе с инфекцией. Когда инфекция подавлена, то CD4 клетка претерпевает очередное изменение и превращается в CD4 клетку памяти. При повторной инфекции клетка памяти опять превращается в эффекторную клетку, но с несколько иными свойствами. В той или иной степени ВИЧ заражает все эти подвиды CD4 клеток, но эффективность инфекции наибольшая для активированных клеток памяти (об этом я тоже уже писал).

Разобрав зараженных макак на запчасти, Джозеф и Марио обнаружили, что почти 80% всех CD4 клеток памяти были уничтожены ВИО. И это наблюдалось не только в кишечном тракте, но и по всему остальному организму. Они проследили и измерили волну инфекции, проходящую и уничтожающую популяцию этих клеток. Через неделю после инфекции зараженных клеток было еще очень мало. Но уже на десятый день почти все клетки памяти были заражены вирусом, а к 14 дню большая часть зараженных клеток начал умирать. Как оказалось позднее, частично такой драматический результат был вызван тем, что они вводили довольно большую дозу вируса макакам внутривенно. При инфекции через слизистые поверхности динамика была несколько медленней. Тем не менее, этот результат показал, что вирус наносит серьезный урон иммунной системе очень быстро - в первые несколько недель.

Почему же эффект такого нарушения не проявляется сразу же? Почему инфекции начинают одолевать зараженных лишь спустя годы после инфекции? На этот вопрос Родерер и Маттипаллил в своей статье не отвечают, но я тут приведу современные воззрения по этому поводу. Преимущественно уничтожая CD4 клетки памяти вирус нарушает нашу способность более эффективно бороться с повторными инфекциями, а не с новыми. При этом нарушает он лишь часть иммунного ответа и, например, уже существующие плазма-клетки, производящие антитела против прошлых инфекций, так и продолжают это делать. Иммунодефицит, вызываемый ВИЧ, не является прямым последствием потери CD4 клеток, а вызван тем, что в течение многих лет в лимфатических тканях присутствует инфекция и идет воспаление. В процессе этого воспаления лимфатические ткани зарубцовываются подобно шрамам - заполняются нейтральными нефункциональными клетками и, таким образом, теряют свою функцию - создание микросреды, необходимой для созревания и нормальной активации иммунной системы. Этот процесс и ведет в итоге к иммунодефициту.
shvarz: (Default)
ВИЧ, как известно, произошел от ВИО - вируса иммунодефицита обезьян (читать подробности). Но если ВИЧ ввести обезьянам, то ничего не произойдет. Даже если инфекция и случится, то СПИД не разовьется. Почему? Потому что и у них есть антивирусный белок TRIM5alpha. Этот белок ловит вирус на входе в клетку и отправляет его на разрушение. ВИО может существовать в обезьянах, потому что он наловчился убегать от TRIM5alpha. У людей такой белок тоже есть, но у нас он отличается от обезьяннего. Когда ВИО перескочил в человека, то вирусу пришлось приспособиться к нашей версии белка TRIM5alpha и при этом он потерял способность уворачиваться от обезьяннего TRIM5alpha.

Как так получилось, что наша версия TRIM5alpha отличается от обезьянней? Точно мы не знаем, но одна студентка в моей прошлой лаборатории раскопала интересную историю, из которой получается, что примерно 4 миллиона лет назад в Африке бушевал страшный вирус, который косил всех приматов налево и направо, и из людей выжили лишь те мутанты, у которых TRIM5alpha мог с этим вирусом бороться (читать подробности).

До 2004 года о существовании TRIM5alpha догадывались, потому что было известно, что репликацию ВИЧ в клетках обезьян блокирует какой-то антивирусный агент, но именно работа Мэта Стремлау в лаборатории Джо Содроски открыла, что именно это был за белок. Для этого Мэту пришлось воспользоваться классическим методом, в котором в человеческие клетки была заброшена библиотека обезьянних генов. Клетки, получившие ген, кодирующий антивирусный белок, стали устойчивыми к инфекции ВИЧ и это позволило его определить. Впоследствии оказалось, что у TRIM5alpha есть целая семья родственников и все они имеют антивирусные функции. Вместе с уже описанным семейством антивирусных белков APOBEC, семейство TRIM относят к "внутреннему" иммунитету.

Еще белок TRIM5alpha интересен тем, что он вовлечен в уникальный случай параллельной молекулярной эволюции. Параллельная эволюция - это когда одинаковые признаки появляются в эволюции в двух разных видах независимо. Например - крылья птиц и крылья летучих мышей. Так вот, многие ретровирусы зачем-то связываются с белком циклофилином и эволюция нашла способ использовать этот факт дважды: один раз в южноамериканских обезьянах, другой раз в резус-макаках в Африке. В обоих случаях ген циклофилина был скопирован (вернее перенесен ретротранспозоном, но в эти детали я сейчас вдаваться не буду) и встроен в ген TRIM5alpha, да так, что кусок TRIM5alpha, в норме отвечающий за распознавание вируса, был замещен геном циклофилина. Получившийся в итоге химерный белок приобрел свойство блокировать ретровирусы, которым нужен циклофилин.

Вообще, существование APOBEC и TRIM показывает насколько были важны ретровирусы в нашей эволюции - для борьбы с ними мы приобрели в ходе эволюции целые семейства генов, чьей функцией является почти исключительно борьба с этими вирусами.

December 2013

S M T W T F S
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
293031    

Syndicate

RSS Atom

Most Popular Tags

Style Credit

Expand Cut Tags

No cut tags
Page generated Sep. 24th, 2017 03:45 pm
Powered by Dreamwidth Studios