» » Нобелевская премия по физиологии и медицине — 2020

Нобелевская премия по физиологии и медицине — 2020


Нобелевская премия по физиологии и медицине — 2020

Нобелевская премия по физиологии и медицине — 2020

Лауреаты Нобелевской премии по физиологии и медицине 2020 года. Слева направо: Харви Олтер (Harvey James Alter), Майкл Хаутон (Michael Houghton) и Чарльз Райс (Charles Moen Rice). фото с сайтов nih.gov, ualberta.ca и rockefeller.edu


 

В этом году Нобелевская премия по физиологии и медицине была присуждена американцам Харви Олтеру и Чарльзу Райсу, а также британцу Майклу Хаутону «за открытие возбудителя гепатита C». Комитет особо отметил, что исследования лауреатов, до сих пор продолжающих работу с вирусом гепатита C, принесли неоценимую пользу современному человечеству, позволив разработать эффективные меры по диагностике, предотвращению и лечению этой инфекции.

Гепатитами называются воспалительные заболевания печени. В большинстве случаев они вызываются вирусами, три из которых особенно широко распространены в человеческой популяции — это вирусы гепатитов A, B и C. Эти возбудители относятся к неродственным группам вирусов и существенно различаются по строению и по поведению в организме хозяина.

вирус, вызывающий развитие гепатита A был впервые описан в 1973 году (S. M. Feinstone et al., 1973. Hepatitis A: detection by immune electron microscopy of a viruslike antigen associated with acute illness). Он относится к группе пикорнавирусов (его геном представлен одноцепочечной молекулой РНК). Инфицирование происходит через желудочно-кишечный тракт при употреблении зараженной пищи и воды. Этот вирус вызывает острое заболевание, которое может сопровождаться такими симптомами, как повышенная температура, тошнота, утомляемость, головные боли, однако, как правило, достаточно быстро завершается полным выздоровлением (у детей заболевание проходит в течение 1–3 недель, у взрослых может протекать в более тяжелой форме и длиться до 40 недель). Это тот самый недуг, который называют «желтухой» или «болезнью Боткина». Желтоватый цвет кожи и слизистых, появляющийся во время болезни, обусловлен повышенным содержанием билирубина в крови. вирус гепатита A никогда не вызывает хроническое заболевание, в отличие от вирусов гепатита B и C.

вирус гепатита B был открыт в 1965 году в крови пациента с лейкозом, который несколько раз перенес процедуру переливания крови. Этот вирус попадает в организм больного через кровь и чаще всего вызывает вяло текущее хроническое заболевание (хотя у некоторых людей заболевание может протекать в острой форме, завершаясь самопроизвольным выздоровлением). Геном этого вируса, относящегося к группе гепаднавирусов, представлен молекулами ДНК. Репликация вирусного генома может сопровождаться внедрением его в хромосомы клеток печени зараженного человека. Нобелевская премия за его открытие и исследование была вручена в 1976 году Баруху Бламбергу. Кстати, в день рождения этого ученого, 28 июля, отмечается всемирный день борьбы с гепатитом B. Препаратов, способных вылечить от этой формы гепатита, все еще не существует. Однако и для вируса гепатита A, и для вируса гепатита B разработаны эффективно действующие вакцины, позволяющие предупреждать развитие обеих инфекций в организме.

Несколько позже, в 1975 году, было установлено, что существует еще как минимум одна форма гепатита, которая, хоть и передается, как гепатит B, через кровь, вызывается совсем другим вирусом. Эту форму заболевания сначала так и называли — «гепатит не A и не B» (NANBH — non-A, non-B hepatitis), а теперь это просто вирусный гепатит C. Открытие еще одной формы гепатита стало началом долгой и практически детективной истории обширных биомедицинских исследований, принесших в итоге действительно впечатляющие плоды.

По своим клиническим проявлениям гепатит C во многом схож с гепатитом B: он тоже иногда (примерно в 30% случаев) протекает в острой и быстро проходящей форме, но гораздо чаще превращается в хроническое заболевание. Признаки недуга появляются не сразу, а спустя несколько месяцев после переливания крови. Как и при гепатите B, со временем у многих пациентов начинается цирроз, а затем и рак печени — примерно у 20% пациентов эти осложнения развиваются в течение 10–20 лет после инфицирования, приводя к скорому летальному исходу. В целом, вирусы гепатита B и C являются первичной причиной 80% случаев рака печени.


По данным Всемирной организации здравоохранения прямо сейчас в мире вирусными гепатитами в хронической форме страдают более 100 миллионов человек. Также показано, что около 2% людей имеют антитела к гепатиту С, а значит, переболели, болеют или являются бессимптомными носителями вируса. Несколько сотен тысяч человек ежегодно умирает от осложнений хронического вирусного гепатита в виде цирроза или рака печени.
вирус распространяется при попадании зараженной крови в кровоток здорового человека. Заражение может происходить при проведении медицинских манипуляций с использованием недостаточно чистых инструментов (к примеру, при лечении зубов, проведении инъекций или заборе крови для анализа), при переливаниях зараженной крови, при внутривенном введении наркотических средств, при половых отношениях, допускающих контакт крови больного и здорового человека.
вирус может проникнуть даже через совсем небольшие трещины или царапины в коже или слизистых тканях. У некоторых людей иммунитет способен самостоятельно справиться с инфекцией, но таких лишь 10–30%. Особенно высокому риску подвергаются люди, имеющие ВИЧ. К сожалению, разработанное лечение, хоть и весьма эффективно, но на сегодняшний день довольно дорогое и пока малодоступно в бедных странах. В наиболее благополучных регионах удалось добиться практически полного искоренения гепатита С.

В 1989 году был, наконец, установлен и изучен виновник заболевания. Им оказался ранее неизвестный вирус, родственный флавивирусам. По порядку — это был третий вирус, который был идентифицирован как возбудитель гепатитов, — его стали обозначать буквой «C». Для диагностики этого вируса впоследствии были разработаны высокочувствительные тесты, позволяющие не допустить вливания зараженной крови от доноров. Со временем были подобраны и препараты, на основе которых сейчас сформирована надежно работающая схема лечения, обеспечивающая полное выздоровление в течение нескольких месяцев для подавляющего большинства (около 95%) пациентов.

Во всех описанных этапах исследования вируса гепатита C и разработки методов лечения от вызываемого им заболевания важнейшую роль играли трое ученых, ставших лауреатами Нобелевской премии по физиологии и медицине в этом году. Их результаты послужили фундаментом для почти полной победы над этой опасной болезнью в развитых странах. Вполне обоснованы надежды, что и скором будущем этот успех распространится на всю планету. Давайте разберемся, какой вклад в исследование гепатита внес каждый из лауреатов.

На заре своей научной карьеры Харви Олтер (Harvey James Alter) работал в группе Баруха Бламберга и поучаствовал в открытии так называемого австралийского антигена (Australia antigen) — поверхностного антигена вируса гепатита B, который удалось выделить из сыворотки крови австралийского аборигена работал (B. S. Blumberg, H. J. Alter, 1965. A «New» Antigen in Leukemia Sera). Эта работа стала важным шагом на пути к «поимке» вируса гепатита B.

В 1970-х годах Олтер работал в Клиническом центре (NIH Clinical Center) в Бетесде (штат Мэриленд), входящем в структуру Национальных институтов здравоохранения США. В те годы вероятность получить гепатит при прохождении процедуры переливания крови составляла до 30%. Олтер пытался понять источник заражения. Он проверял образцы из банка крови от доноров, чья кровь вызвала гепатит у пациентов.

К 1975 году стало ясно что за эти случаи гепатита скорее всего отвечает еще не открытый вирус: анализы образцов крови большинства пациентов с посттрансфузионным гепатитом не подтверждали присутствия вирусов гепатита A или B (S. M. Feinstone et al., 1975. Transfusion-associated hepatitis not due to viral hepatitis type A or B), или иных известных вирусов, которые могли бы дать схожую клиническую картину (например, цитомегаловируса или вируса Эпштейна — Барр). Те же результаты дали и анализы крови доноров, от которых переливалась кровь данным пациентам. Это позволило предположить, что здесь действует какой-то ранее неизвестный инфекционный агент (вирус), — его и предстояло «вычислить». Подозрения еще более подкрепились, когда признаки гепатита проявились и у шимпанзе, которым в экспериментальных целях переливали сыворотку крови от тех же доноров (H. J. Alter et al., 1978. Transmissible agent in non-A, non-B hepatitis).

С помощью электронной микроскопии удалось выявить в образцах крови пациентов мелкие частички, похожие на вирусы. Возможно, это и есть возбудитель заболевания? Как опознать, что это за вирус? Классический подход обычно предусматривает получение специфических антител. Но в данном случае никак не удавалось выявить антитела, которые бы стабильно давали реакцию с образцами от больных людей, при этом не реагируя на компоненты крови здоровых доноров. Выловить возбудителя гепатита C в итоге не удавалось более 10 лет. Но без результатов Олтера это было бы невозможно. Он сначала показал, что большая часть гепатитов, возникающих после переливания крови обусловлена не теми вирусами, что были ранее известны. А потом предположил и доказал, что речь идет именно об инфекционном агенте, поскольку заболевание можно было вызвать у шимпанзе, вводя сыворотку от больных людей. Фактически он установил само наличие ранее неизвестного возбудителя гепатита, что и позволило затем найти сам вирус.

Майкл Хаутон (Michael Houghton) задался целью во что бы то ни стало определить, что же вызывает гепатит C, и найти «виновника» этого заболевания. Работа в основном велась в лаборатории фармацевтической компании Chiron, где тогда начал работать ученый, c 1982 по 1988 год. Майкл Хаутон добился успеха, применив совершенно новый тогда подход — молекулярное клонирование фрагментов генома вируса в бактериях.

Суть методики состоит в следующем. Из образцов крови или ткани печени, полученных от больных людей или от инфицированных шимпанзе, выделяли нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). Далее при помощи обратной транскрипции получали копии ДНК, которые встраивали в бактериальные плазмиды. Эти плазмиды размножали в бактериях, получая множество изолированных колоний. Каждая колония в итоге содержала копию какого-то одного вида молекул из всего их множества, присутствовавшего в исходных образцах (то есть либо молекулы клеток хозяина, либо молекулы, происходящие из вируса). Из бактериальных клонов можно было выделять и анализировать собственно ДНК. Также можно было выделить полипептиды, синтезируемые в процессе трансляции на клонированных фрагментах.

Далее ученые из группы Хаутона анализировали фрагменты ДНК методом гибридизации нуклеиновых кислот (проводя гибридизацию ДНК из бактериальных клонов с помеченными радиоактивными метками образцами кДНК из крови пациентов). Успешную гибридизацию можно ожидать, если бактериальный клон содержит в себе нуклеотидную последовательность, схожую с последовательностями, присутствующими в анализируемых образцах крови. Целью при этом было обнаружить в библиотеке клонированных фрагментов вирусные геномы или хотя бы какие-то их части. Однако эти попытки не увенчались успехом: не обнаружилось ни одного клона, который бы стабильно гибридизовался с кДНК из крови больных, но не гибридизовался с кДНК из крови здоровых людей.

Синтезированные в бактериальных клонах пептиды проверяли на способность связываться с антителами из сыворотки пациентов. Публикация с сообщением об успешном раскрытии «преступника» вышла в 1989 году (Q. L. Choo et al., 1989. Isolation of a cDNA clone derived from a blood-borne non-A, non-B viral hepatitis genome). Ученым пришлось проанализировать сотни миллионов бактериальных клонов, полученных на основе образцов крови и фрагментов печени большого числа пациентов, прежде чем удалось обнаружить одну положительную пробу! Метод гибридизации ДНК подтвердил, что клон действительно содержал генетический материал, присутствующий исключительно в образцах от больных пациентов или инфицированных шимпанзе.


Нобелевская премия по физиологии и медицине — 2020

Нобелевская премия по физиологии и медицине — 2020

Схема эксперимента, который позволил Хаутону идентифицировать вирус гепатита C. Пояснения в тексте. Рисунок из статьи M. Houghton, 2009. The long and winding road leading to the identification of the hepatitis C virus


После этого стало возможным изучить последовательность генома вируса (он ведь был клонирован в соответствующей колонии бактерий) и установить принадлежность его к группе флавивирусов. На основе этой работы в итоге были разработаны чувствительные тесты на вирус гепатита C, включающие как серологические тесты, позволяющие выявить специфические антитела, так и тесты на основе ПЦР, выявляющие присутствие генетического материала вируса. Надежнее всего, конечно, сочетание обоих методов. Скрининговые тесты начали применять с 1990 года. В результате частота заражений при переливании резко упала до 1,1%, а после дальнейшего усовершенствования методик в 1992–1995 годах, частота заражений опустилась до 1 на 2 миллиона переливаний. Таким образом за последние 30 лет тесты, разработанные на основе работ Хаутона и его коллег, сберегли миллионы жизней.


Флавивирусы — это группа вирусов, общими особенностями которых является наличие генома в виде одноцепочечной РНК, сферическая форма и небольшие размеры (40–60 нм) вирусных частичек. Снаружи вирусные частички одеты в оболочку — липидную мембрану. Репродукция вируса проходит в цитоплазме зараженной клетки — флавивирусы не проникают в ядро. На видео наглядно показан весь жизненный цикл вируса гепатита С.

Интересная и важная особенность флавивирусов — непрерывная трансляция: на матрице вирусной РНК синтезируется длинный пептид, который затем при помощи вирусной протеазы (NS3) разрезается на 10 отдельных белков, выполняющих различные функции в репродукции вируса.
Механизм некоторых применяемых сегодня лекарств прямого действия как раз основан на блокировании активности вирусной протеазы. Другие лекарства действуют как блокаторы вирусной РНК-полимеразы, обеспечивающей создание копий вирусного генома.

Нобелевская премия по физиологии и медицине — 2020

Нобелевская премия по физиологии и медицине — 2020

Электронная микрофотография вируса гепатита С в сыворотке крови пациента (слева) и схема строения вирусной частицы (справа). В центре частицы находится геном вируса — цепочка РНК (RNA). Он защищен капсидом из вирусных белков (NC — нуклеокапсид). Зеленым цветом на схеме показана липидная мембрана, которая окружает капсид, в нее встроены поверхностные вирусные белки E1 и Е2, образующие комплекс. Как показано на схеме, вирусы в сыворотке крови обнаруживаются в виде «гибридных липовирусных частиц», образуя комплексы с липидами и связанными с ними белками — аполипопротеинами ApoE и ApoB. Рисунок из статьи E. Piver et al., 2016. Ultrastructural organisation of HCV from the bloodstream of infected patients revealed by electron microscopy after specific immunocapture


Заслуга Чарльза Райса (Charles Moen Rice) состоит в том, что он сумел организовать исследование вируса гепатита C в лаборатории с использованием модельных животных и модельных клеточных линий. Сначала единственным видом животных, которые поддавались инфицированию человеческим вирусом HCV были шимпанзе — вирус вызывал у них развитие воспаления печени (ключевой диагностический признак — является повышение уровня аланинтрансферазы в крови), а в крови наблюдали длительное присутствие вирусных частиц.

Но использование шимпанзе в качестве модельных животных накладывает серьезные ограничения: их дорого содержать, к исследованиям на них предъявляются очень жесткие этические ограничения. Поэтому экспериментальные группы не могут включать большое число животных, а это затрудняет получение статистически достоверных результатов. В 2000 году команда Райса сообщила об успешном опыте репликации вируса в модельной клеточной линии рака печени человека. Также успешным оказалось применение в качестве модельных объектов для исследования вируса химерных гуманизированных мышей. Их получают путем прививания человеческих гепатоцитов в эмбрионы генномодифицированных мышей, у которых отключены некоторые гены, необходимые для нормального развития собственных клеток печени. В итоге печень у этих мышей строится из человеческих гепатоцитов, восприимчивых к человеческому вирусу гепатита. Чтобы не происходило отторжения чужеродных клеток, используют мышей с отключенным иммунитетом.

Возможность использования модельных клеточных линий и мышей, несомненно, открывала широкие возможности для дальнейших исследований, значительно удешевляя и упрощая работу. Благодаря работам Райса были установлены многие особенности биологии вируса гепатита C, и именно в его лаборатории начали тестироваться лекарства «прямого» действия. Механизм действия таких препаратов заключается в специфическом ингибировании некоторых ферментов вируса, необходимых для его репродукции в клетках печени. Именно из лаборатории Райса первые такие лекарства вышли на стадию клинических испытаний в 2003 году. С 2013 года такие лекарства были официально допущены к использованию в клинической практике, и это стало прорывом в лечении заболевания. Их эффективность очень высокая: более 95% пациентов полностью излечиваются после курса длительностью от двух до шести месяцев.

История развития терапевтических подходов к лечению гепатита C подробно и увлекательно изложена в статье Гепатит C: решенная проблема?. Есть тут, к сожалению, один досадный нюанс: препараты, о которых идет речь, весьма дорогостоящие и не всем по карману, так что терапия интерфероном, хоть он дает более тяжелые побочные эффекты и не так эффективен, все еще достаточно широко применяется при лечении гепатита C.

С другой стороны, одной из важных задач, стоящих перед современными исследователями, является создание вакцины, которую можно было бы применять для защиты людей, попадающих в группы риска. Эта задача, хоть над ней и бьются достаточно давно, пока не поддается ученым. Следует отметить, что все трое новоиспеченных нобелевских лауреата принимали и продолжают принимать участие в исследованиях, нацеленных на создание такой вакцины.

Татьяна Романовская


09 октябрь 2020 /
  • Не нравится
  • +1
  • Нравится

Похожие новости

Метод позапрошлого века может помочь в борьбе с распространением коронавируса

Кровь людей, переболевших Covid-19, может помочь обеспечить защитой еще не заразившихся

Вирус Зика может помочь победить рак мозга

Новое открытие ученых в области медицины может помочь в создании новых методов лечения рака мозга. Речь идет о вирусе Зика, который распространяется вместе с укусом комаров. Данный тип вируса

Таинственный вирус из Китая поразил 44 человека

Таинственный вирус неизвестного происхождения поразил 44 жителя Китая, состояние 11 из которых врачи оценивают как тяжелое. Ученые до сих пор не могут определить тип вируса, который является

Белок глипикан-1 в экзосомах — перспективный маркер для ранней диагностики рака поджелудочной железы

Разработан неинвазивный метод диагностики рака поджелудочной железы, который позволяет с вероятностью до 100% распознать заболевание на различных стадиях, включая предраковое состояние. Принцип

Может ли вирус Эбола мутировать и передаваться по воздуху?

Вирус Эбола в данный момент не передается воздушно-капельным путём. Эбола распространяется при прямом контакте с жидкостями организма, такими как кровь, экскременты и рвотные массы. Однако недавно

Выявлен вирус, делающий людей глупее

К неожиданному открытию пришли специалисты Медицинской школы Джона Хопкинса при Университете Небраски. Они обнаружили вирус, влияющий на интеллект. Согласно представленной информации, вирус был
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Существует 50% вероятность того, что мы живем в симуляцииВремя эластично: почему на вершине горы время идет быстрее, чем на пляже?Кого и зачем приносили в жертву Древние Египтяне?Ученые пытаются понять, как могла появиться жизнь на ВенереНа МКС найдено место утечки воздуха. Что дальше?Почему птицы летают клином11 живописных мест на планете, раскрашенных самой осеньюКрупнейшая озоновая дыра зафиксирована над Антарктидой