Устроены они сложно, и судьба у них такая же. Открытые более ста лет назад, эти вирусы получили название «бактериофаги» — пожиратели бактерий. Вирусы есть у всех клеточных организмов, в том числе у бактерий, а им — первым обитателям Земли — более 3 миллиардов лет, в то время как человеку разумному, готовому вынести вердикт о пользе фагов менее 200 тысяч лет.
Потому, наверное, людям непросто решить окончательно: фаги — полезные или вредные? Поначалу их вообще считали иной сущностью по сравнению с уже открытыми вирусами. Со временем, правда, ученые пришли к выводу, что, в принципе, они действуют так же, как и все их паразитические сородичи.
Более 30 лет фундаментальные и прикладные исследования бактериофагов ведет заведующий лабораторией Института биоорганической химии им. академиков М.М.Шемякина и Ю.А.Овчинникова РАН член-корреспондент РАН Константин МИРОШНИКОВ (на снимке).
— Константин Анатольевич, как вы вышли на эту тему? Востребована и перспективна ли она сегодня?
— Окончив МГУ, я изучал белковую химию и вовсе не предполагал менять тему исследований. Но в середине 1990-х годов познакомился со своим будущим учителем и наставником, видным вирусологом и молекулярным биологом профессором Вадимом Викторовичем Месянжиновым. Он популярно объяснил мне, что вирусы, специализирующиеся на бактериях, представляют собой исключительно сложные и перспективные «молекулярные машины». Изучать их нужно обязательно, причем с самых разных точек зрения, например, генетики и структурной биологии, к тому же они могут иметь прикладное значение. Заинтриговал меня, уверяя, что мои познания в области белковой химии очень бы пригодились в данном случае. С тех пор и занимаюсь бактериофагами.
— И все-таки они полезные или вредные?
— Однозначно ответить нельзя. Описаны бактериофаги были не так давно, как может показаться, в 1917 году. Чуть раньше открыли вирусы растений (1892) и животных (1898). Эволюционная миссия бактериофагов — регулировать размножение бактерий в природе. Кто-то же должен следить за ними, иначе их численность вырастет до невероятных значений — им нечем будет кормиться! Напомню, сам по себе вирус не существует, он паразит и нуждается в клеточном «хозяине». Им, кстати, может служить и болезнетворная бактерия. Человек, скажем, болен холерой, и специфический бактериофаг набрасывается именно на холерные вибрионы. Все остальные бактерии, например, кишечной палочки, его не интересуют.
— Если бактериофаг человеку не враг, а друг, то нельзя ли его использовать как лечебное средство?
— Можно. Поэтому уже в 1920-1930 годы наблюдался поистине взлет терапевтического применения бактериофагов против самых разных патогенов: дизентерии, холеры, некоторых разновидностей пневмонии и др. Химические противомикробные вещества были открыты позже. Всем известный пенициллин — в 1929 году, а в производство он пошел только к концу Второй мировой войны. Практически на тот момент фаги были единственным противомикробным средством.
— Так медики в ножки должны были им кланяться!
— В принципе, это и происходило. Тем более что вырастить их особого труда не представляло (по сравнению с синтезом антибиотиков). Однако, повторюсь, у бактериофагов есть и слабые места. Они могут нейтрализовать один патоген и не обратить внимание на его «близкого родственника», ведь эволюция нацеливает фаги лишь на определенные виды и штаммы бактерий.
Поэтому эти вирусы не могут быть универсальным лекарственным средством. Однако фаги все равно использовали, но, скажем так, их эффективность была несколько преувеличена. На практике их применять оказалось куда сложнее, чем предполагалось в теории. И когда изобрели антибиотики, они показались понятнее, совершеннее, и о фагах в медицинском контексте на время забыли. Их использовали в основном для фундаментальных исследований. Это благодаря им были сделаны величайшие открытия, без которых современная молекулярная биология просто немыслима. Одна расшифровка генетического кода чего стоит, а было и множество других ценнейших работ.
Однако вернемся к антибиотикам. Примерно в 1990-е годы были массово выявлены устойчивые штаммы и стало ясно: антибиотики вовсе не панацея и не оправдывают возложенных на них надежд. А отношение к фагам изменилось в очередной раз.
— Расскажите, пожалуйста, об исследованиях вашей лаборатории.
— Сегодня мировая база данных содержит сведения примерно о 20 000 бактериофагов. Какими бы крошечными они ни были, кое-какие закономерности в их поведении мы улавливаем и изучаем. Знаем, как они устроены и как действуют. Как любой вирус, они ищут свою подходящую клетку. Вживаются в нее, переключают на себя ее жизненный цикл, размножаются, а затем разрывают и выбираются наружу.
Наша задача — выяснить, можно ли использовать их кровожадные повадки. Однако знаний о них нам явно не хватает: доля исследованных бактериофагов, увы, мизерная. Ведь видов фагов, по прогнозам, насчитывается даже не миллиарды, а квадриллионы.
Наша лаборатория специализируется в основном на двух направлениях: поиске ответа на вопрос, как на молекулярном уровне фаг обнаруживает специфические рецепторы клетки-хозяина, как потом ее разрывает и выходит наружу, задействуя определенные белки-ферменты. Замечу, что достижения генной инженерии позволяют получать ферменты, уничтожающие бактерию, отдельно от бактериофагов. И их можно использовать как самостоятельно действующее противомикробное средство. Конечно, полученный генно-инженерный белок намного сложнее синтезированного антибиотика, но более надежен, чем обычные фаги.
— И могут стать лечебным средством, заменяющим антибиотики?
— Да, такая возможность есть, в частности, против определенных видов бактерий. Различные испытания это подтверждают. А рецепторные белки фагов можно применить для очень точной диагностики патогена.
— Как в будущем могут быть использованы бактериофаги?
— В рамках проекта РНФ мы исследовали фаги пектобактерий, поражающих картофель. Изучив их разнообразие, создали смесь из шести бактериофагов, способных поразить любой вид пектобактерий, циркулирующих в Европейской России, с вероятной эффективностью процентов на 80. Распыление этой смеси внутри картофелехранилища, как доказано, препятствует гниению картофеля, а это, без преувеличения, бедствие овощеводства.
Еще пример. Известно, что бич ожоговых центров — бактерии Acinetobacter, размножающиеся на обожженных тканях пострадавших. Избавиться от них чрезвычайно трудно: они устойчивы к антибиотикам. Однако повязки, пропитанные направленными на них фагами, ликвидируют заражение.
Так в самых неожиданных, возможно, даже невероятных случаях бактериофаги могут буквально спасать человека. Поэтому, повторюсь, их необходимо тщательно исследовать и пополнять банк данных новой информацией, чтобы со временем из набора вирусов отбирать те, что будут полезны в каждом конкретном случае, и превращать в столь необходимый препарат.
Казалось бы, вполне решаемая задача, однако она требует выполнения двух далеко не простых условий: экономических и законодательных. Фармкомпании вряд ли легко согласятся с тем, что в каждом конкретном случае состав лекарственного препарата нужно будет менять в зависимости от особенностей болезней и возможностей бактериофагов. Другими словами, препарат против определенного заболевания часто будет иметь несколько составов, учитывая наличие в организме больного различные разновидности микробов. И это право необходимо закрепить в законодательных актах.
Однако научно-медицинский мир уже довольно давно бьется об эту стену, воздвигнутую фармкомпаниями и медицинскими чиновниками. Помочь делу могли бы фармстандарты, способствующие выпуску оптимизированных препаратов на основе бактериофагов. Это высокоточные лекарства против различных инфекций: урологических и кожных, дыхательных путей и кишечника… Причем бактерии, вызывающие эти инфекции, и специфические бактериофаги довольно неплохо изучены. Стоит дать зеленый свет — и дело сдвинется с мертвой точки.
Юрий Дризе
Фото предоставил К.Мирошников
Нет комментариев