shvarz

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.



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.



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.



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.



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.

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 )

"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.

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."

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.

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.



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:



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



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.



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:




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



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 )

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.

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.

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.

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.