Нобелевская премия по физиологии и медицине 2020 года присуждена за открытие вируса гепатита C. Лауреатами стали Харви Алтер (Национальные институты здравоохранения, США), Майкл Хаутон (Университет Альберты, Канада) и Чарльз Райс (Рокфеллеровский университет, США).
Открытие болезни
Гепатит — это воспаление печени. Врач видит, что у больного температура, желтуха (то есть пожелтевшая кожа и белки глаз), сильная слабость, рвота, плохой аппетит, — и делает вывод, что у больного гепатит. Но от чего он возник? Например, от того, что печень долго страдала от алкоголя или каких-то других токсинов. Другая причина — плохое кровоснабжение печени. Ещё есть аутоиммунные гепатиты. Однако всё-таки в большинстве случаев причиной гепатита оказываются вирусы.
Сейчас мы, конечно, знаем, что есть несколько гепатитных вирусов. Но были времена, когда ни о каких вирусах и слыхом не слыхивали, а вот болезнь уже была. С эпидемиями желтухи тысячи лет назад сталкивались жители Вавилонского царства и Китая. В V веке до н. э. Гиппократ сообщал о вспышке желтухи на острове Тасос. Кстати, о том, что эта болезнь заразная, тоже начали догадываться сравнительно давно: в 751 году папа римский Захарий писал Святому Бонифацию, что не стоит подпускать к святому причастию больных желтухой до тех пор, пока не причастятся здоровые прихожане. Впрочем, одно дело — говорить о заразности болезни и совсем другое — понимать, что и как её передаёт.
Со временем у желтухи появились эпитеты «эпидемическая», а также «ротная» (от слова «рота») и «солдатская» — поскольку с XVII века стали замечать, что солдаты более, чем кто-либо, страдают от этой болезни. Решающую роль в понимании того, как передаётся и как развивается «эпидемическая желтуха», сыграли работы С. П. Боткина и тех врачей, которые лечили желтушных солдат во время войн XIX века и в Первую мировую войну. Гепатит признали инфекционным заболеванием, возбудитель которого попадает в организм через кишечник вместе с грязной водой и едой. Сейчас этот гепатит называют гепатитом А. (Позже к нему добавился гепатит Е со своим вирусом-возбудителем; оба относятся к энтеральным гепатитам, так как оба заражают человека через пищеварительный тракт.)
Но всё оказалось не так просто. В первой половине XX века врачи начали понимать, что гепатит — не одна, а несколько болезней. Всё чаще стали замечать, что у некоторых больных заболевание протекает иначе, хотя симптомы в общем схожи. Более того, этот другой гепатит приходил в организм явно не через кишечник. Например, было замечено, что он особенно часто встречается у людей, которым делали переливание крови.
И вот к концу 40-х годов XX века гепатиты поделили на две группы — А и В. Гепатиты В стали называть сывороточными, потому что заражались ими через кровь или через какую-то другую жидкость, из которой он может легко перейти в кровь. Сейчас мы знаем, что гепатиты В — это сам гепатит В плюс гепатит С. Их вирусы попадают в организм при переливании крови и почечном диализе, с грязных медицинских инструментов, при косметологических процедурах; ещё один путь заражения — половой контакт. Как было сказано, они протекают иначе, чем кишечные гепатиты. У гепатитов А и Е короткий инкубационный период и почти всегда бурная острая фаза, с температурой, болями, увеличением печени и пр.; от них излечиваются полностью, и тяжёлых последствий они обычно не оставляют. У сывороточных гепатитов инкубационный период длится заметно дольше, а острая форма болезни, как ни парадоксально, часто проходит незаметно — нет ни желтушности, ни болей, ничего, кроме недомогания и снижения работоспособности. И, что самое главное, дальше болезнь часто становится хронической: печень медленно, но верно слабеет, и всё заканчивается циррозом и/или злокачественной опухолью.
Во второй половине 1960-х годов Барух Бламберг и его коллеги открыли вирус гепатита В, создали метод диагностики и вакцину против него; в 1976 году Бламберг получил за открытие вируса гепатита В Нобелевскую премию по физиологии и медицине. Казалось, что проблема сывороточных гепатитов, или гепатитов В, решена. Но тут выяснилось, что есть множество случаев гепатитов типа В, когда у больных нет никакого вируса гепатита В.
Харви Алтер, работавший с Бламбергом во время его эпохальных открытий, продолжил заниматься сывороточными гепатитами в системе Национальных институтов здравоохранения США. Алтер и его коллеги анализировали случаи, когда человек получал гепатит при переливании крови. К тому времени кровь в донорских центрах уже вовсю проверяли на вирус гепатита В. Однако такая проверка предотвращала лишь 20% заражений. А остальные 80% возникали по какой-то другой причине. Более того, у другого гепатита В были свои клинические особенности, отличавшие его от настоящего гепатита В. Вирус гепатита А здесь тоже был ни при чём, так что в итоге новый гепатит получил название «ни-А, ни-Б» (в буквальном смысле — non-A, non-B hepatitis, NANBH).
К 1975 году Харви Алтеру удалось доказать, что есть ещё один гепатит, который передаётся с каким-то инфекционным агентом через кровь. Алтер и другие исследователи также показали, что этот инфекционный агент размером не больше 80 нанометров и что он содержит много липидов. (То есть если раствор с потенциальным возбудителем пропускали через фильтр с порами меньше 80 нанометров, то после фильтрации он становился безопасным; то же самое случалось, если в раствор с возбудителем добавляли органические вещества, растворяющие липидные комплексы.) Предполагалось, что возбудитель принадлежит небольшим оболочечным вирусам, которые заимствуют липидную оболочку у клеток. Благодаря Алтеру стало ясно, что на свете есть ещё один гепатит с вирусным возбудителем. Именно за это Харви Алтер стал одним из трёх нынешних лауреатов Нобелевской премии по физиологии и медицине. Но сам вирус долгие годы оставался в прямом смысле невидимым.
Открытие вируса
Любой вирус — это нуклеиновая кислота (ДНК или РНК), упакованная в белковую оболочку-капсид, сверху которой может быть добавочная липидная оболочка со своими белками. Если удалось обнаружить хотя бы фрагмент вирусной ДНК или РНК или какой-то его белок, то можно считать, что вирус пойман.
Если хотят поймать вирус за его белок, то используют антитела против него. Иммунитет синтезирует антитела против любой инфекции. Вопрос лишь в том, много ли их и достаточно ли хорошо они связываются с молекулами возбудителя. Многочисленные попытки увидеть комплексы антител с белками вируса гепатита С заканчивались неудачей. (Это не значит, что таких комплексов не было, просто методы были не такие чувствительные, чтобы их увидеть.) Другой вариант — поймать вирус за его нуклеиновую кислоту — тоже долгое время ничего не давал: всё опять упиралось в недостаточную чувствительность методов. Сейчас такой проблемы нет — даже ничтожнейшие количества нуклеиновой кислоты можно увеличить до сколь угодно заметного уровня с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР). Суть реакции — в стремительном, лавинообразном копировании исходных молекул нуклеиновой кислоты. ПЦР могла бы сильно ускорить открытие вируса гепатита С, но изобретена она была в 1983 году и лишь к концу 1980-х стала обычным лабораторным методом.
Проблем добавляло ещё и то, что вирус гепатита С не заражает почти никого из животных. Лишь к концу 1970-х годов стараниями Харви Алтера и его сотрудников удалось выяснить, что единственный зверь, которого гепатит С может заражать, как человека, — это шимпанзе. А содержать лабораторных шимпанзе, разумеется, намного дороже и хлопотнее, чем лабораторных крыс. Вирусом гепатита С пробовали заражать клеточные культуры, но опять же безрезультатно. Впоследствии исследователи выяснили, что он вообще очень плохо размножается в искусственно выращиваемых клетках.
В общем, можно только поразиться настойчивости и изощрённости Майкла Хаутона, в то время работавшего в биотехнологической компании «Chiron Corporation», который всё-таки сумел обнаружить вирусный геном в крови заражённых шимпанзе. Чтобы понять, как Хаутон и его коллеги это сделали, в двух словах напомним, как работает генетическая информация. Гены записаны в ДНК. Информация с кусочка ДНК копируется в молекулу РНК. Дальше РНК-копия отправляется к молекулярным машинам, которые в соответствии со скопированной генетической инструкцией синтезируют белок. Бывает иначе — многие виды РНК работают сами по себе, как регуляторные молекулы или как часть какого-нибудь большого молекулярного комплекса. Но в любом случае, если мы хотим узнать, какие гены активны, то ищем их РНК в биологическом образце — например, в крови.
Среди вирусов есть много таких, которые хранят свои гены не в ДНК, а сразу в РНК (к РНК-содержащим вирусам относится и вирус гепатита С). Но по сути это опять же ничего не меняет: если в организм попал РНК-вирус и его достаточно много для болезни, мы всё равно должны обнаружить его РНК. Однако долгое время не удавалось найти никаких нуклеиновых кислот, имеющих отношение к неизвестному вирусу гепатита, хотя вирус в организме явно был. Тогда Хаутон и его коллеги сделали следующее: они взяли всю РНК, которую смогли выделить из плазмы крови у больных шимпанзе, и сделали на РНК копии ДНК.
Получившиеся кусочки ДНК внедрили в бактерий. Если в этих ДНК были зашифрованы белки, бактерии начинали их синтезировать и синтезировали в большом количестве. И если бы среди насинтезированных белков оказался вирусный, то появлялись шансы его обнаружить (подробнее см. рисунок). Проделать то же самое с РНК, выделенной из шимпанзе, было невозможно — РНК очень хрупкая молекула и в бактериальных клетках она живёт очень недолго.
Бактерии с внедрённой ДНК начинали размножаться на питательной среде, образовывая колонии. Каждая колония представляла собой потомков одной-единственной бактериальной клетки. Таких колоний получилось около миллиона. Чтобы найти колонию с вирусным белком, использовали сыворотку крови людей, у которых новый гепатит протекал бурно. (Хотя вирус гепатита С и называют тихим убийцей, у некоторых больных он ведёт себя совсем не тихо.) То, что у таких людей болезнь выражалась очень явно, позволяло надеяться, что антител к вирусным белкам у них в крови больше обычного.
В результате из миллиона бактериальных колоний удалось найти одну (!), где синтезировался вирусный белок. Статья с результатами вышла в 1989 году, а в нынешнем году Майкл Хаутон получил за свои исследования Нобелевскую премию.
Вирус — возбудитель болезни
Строго говоря, к 1989 году вирус был ещё не совсем пойман. Действительно, Майкл Хаутон открыл некий вирус, связанный с одной из форм гепатита. Но действительно ли этот вирус — причина болезни? Действительно ли одного только его достаточно, чтобы возник гепатит, не нужны ли тут какие-то дополнительные факторы? Исследователи получили вирус гепатита С в виде вирусной РНК. Теперь следовало взять вирусную РНК (именно чистую РНК, а не сыворотку крови), ввести её шимпанзе и убедиться, что после этого у шимпанзе в печени появятся повреждения, характерные для гепатита, что вирус остаётся в обезьянах надолго и что его можно обнаружить в крови.
Оставалось сделать побольше копий вирусной РНК и ввести её здоровым шимпанзе. Но тут снова начались проблемы. Дело в том, что вирусная РНК в крови может быть повреждённой, в ней может не хватать каких-то важных фрагментов, без которых вирус не в состоянии размножаться. Чарльз Райс, третий нобелевский лауреат, вместе с сотрудниками Вашингтонского университета в Сент-Луисе сумел найти в РНК вируса необходимый для размножения фрагмент (независимо от них аналогичную работу выполнили исследователи Токийского университета). Теперь можно было собрать вирусную РНК с нужным фрагментом, которая уж точно сможет размножаться. Действительно, теперь вирус заражал клетки печени и размножался в них, однако в крови он не появлялся — а ведь настоящий вирус гепатита С должен выходить в кровь.
Чарльз Райс предположил, что всё дело в мутациях, которые вирус получает при размножении. Известно, что РНК-вирусы вообще очень подвержены таким мутациям: вирусные белки, копирующие геном, делают много ошибок в генетическом тексте, и такие ошибки нередко остаются без исправлений. Возможно, вирус в эксперименте не мог выйти в кровь из-за какой-то мутации, которая появлялась, когда он размножался в печени шимпанзе.
Тогда Райс и его коллеги сконструировали несколько разновидностей вирусной РНК, отличавшихся друг от друга некоторыми буквами генетической последовательности. Не вдаваясь в подробности, скажем только, что в этом наборе РНК были учтены возможные мутации, которые могли бы сказаться на тех или иных способностях вируса. И вот теперь вирус не только размножался в клетках печени и вызывал в них гепатитные изменения, но и в течение нескольких месяцев обнаруживался в крови. Так удалось доказать, что новый вирус действительно вызывает гепатит и что никаких дополнительных факторов ему для этого не нужно.
Гепатит С и его вирус
Что мы знаем сейчас о вирусе гепатита С? Он входит в семейство Flaviviridae, к которому относятся также вирус жёлтой лихорадки и вирус лихорадки денге. Геном Flaviviridae представлен одной молекулой РНК, на которой сразу можно начать синтез белка, как только вирус попадёт в клетку. Частицы вируса гепатита С округлые, 55—65 нанометров в диаметре. Это вирус с дополнительной оболочкой: поверх белкового капсида у него есть ещё слой липидов. В липидном слое сидят гликопротеины Е1 и Е2, которые помогают вирусу сесть на мембрану клетки. Кроме того, Е2 очень эффективно прикрывает вирус от иммунной системы. Столкнувшись с вирусом, иммунитет вырабатывает антитела, или белки иммуноглобулины. Антитела взаимодействуют с белками вирусных частиц, обезвреживают их и нацеливают на них иммунные клетки. Но белок Е2 способен сильно меняться. В результате иммунитет может выработать антитела против одного варианта Е2 и уничтожить, например, пару вирусных частиц. Но десять других частиц с другими вариантами Е2 останутся, как были.
Другая особенность вируса гепатита С — необычайно вариабельный геном. Вирусный фермент, который делает копии РНК (РНК-зависимая РНК-полимераза), допускает в синтезируемых РНК очень много ошибок — копии получаются довольно разнообразными. Ошибки в своей РНК вирус переносит легко, то есть продолжает заражать клетки и размножаться (хотя если мутаций возникнет слишком много, он станет нежизнеспособным). Некоторые из ошибок надолго закрепляются в вирусных поколениях, так что сейчас говорят о шести разных генотипах вируса гепатита С, которые отличаются друг от друга по генетической последовательности на 30—35%. Мало того, в каждом генотипе может быть несколько подтипов — они отличаются друг от друга на 20—25%. И в каждом подтипе выделяют ещё и так называемые квазивиды.
Лёгкость, с которой вирус гепатита С мутирует, множество его разновидностей, чрезвычайно вариабельные белки оболочки — всё это сильно затрудняет создание вакцины. Сейчас активно разрабатывают несколько вариантов вакцин, но чем всё закончится, сказать трудно. Против вируса гепатита А и вируса гепатита В вакцины уже давно есть, но эти вирусы и ведут себя намного проще.
Попав в кровь, вирус добирается до печени, и спустя 4—12 недель инкубационного периода гепатит проявляет себя в острой фазе. Впрочем, явно выраженные симптомы, с лихорадкой, пожелтением кожи, тошнотой, болью и пр. встречаются только в 20—30% случаев. В остальных вариантах острая фаза оказывается мягкой и даже бессимптомной, если не считать утомления и потери аппетита — вирус гепатита С ведёт себя намного тише по сравнению с «коллегами».
После острой фазы инфекция может вообще исчезнуть. Но примерно в 80% случаев начинается хронический этап — то, чем вирус гепатита С опасен более всего. Десять, двадцать, тридцать лет больной может ничего не замечать, опять же за исключением возникающей время от времени повышенной утомляемости и лёгких когнитивных проблем. Тем не менее, патологические изменения в печени медленно, но верно происходят и приводят к очень тяжёлым последствиям: 27% всех случаев цирроза печени и 25% случаев рака печени (точнее, гепатоцеллюлярной карциномы) диагностируются по вине хронического гепатита С. Ему сопутствуют и другие заболевания, в том числе и иммунные, потому что оказалось, что вирус гепатита С способен заражать некоторые иммунные клетки.
По данным Всемирной организации здравоохранения, в 2017 году в мире было около 71 млн людей с хроническим гепатитом С. Эта цифра могла бы быть меньше, будь у нас вакцина от него, но она точно оказалась бы больше, если бы у нас не было лекарств против вируса. А такие лекарства есть. Например, некоторые препараты не дают работать ферменту, который копирует геном вируса, — в результате вирус не может размножаться. Есть и другие лекарственные молекулы, которые целенаправленно действуют на разные белки вируса. Побочных эффектов от них почти нет, а в комбинации друг с другом лекарства от гепатита С позволяют подавить вирус, не опасаясь, что у него появится устойчивость к терапии. Разумеется, кроме лекарств, есть разные диагностические тесты, весьма точные и чувствительные. И терапия, и диагностика, и вообще появление новых знаний о гепатите С стали возможными благодаря работам Алтера, Хаутона и Райса. И когда у нас появится вакцина от гепатита С, ей мы тоже будем во многом обязаны нынешним лауреатам.
История открытия гепатита С заставляет глубже подумать о том, как вообще совершают подобные открытия. Говоря о бактериях и вирусах, мы обычно представляем их, так сказать, в виде портретных фото, сделанных с помощью электронного микроскопа. Но микрофотографии вируса гепатита В были опубликованы в 1970—1971 годах, гепатита А — в 1973-м, вирус гепатита С вообще показали на фото только в 2016 году — то есть позже, чем их открыли. Обнаружить возбудителя какой-то болезни — это не значит сделать его фотографию. Сначала нужно отличить болезнь от других болезней, которые могут быть очень похожи с ней симптомами и способом заражения, и по косвенным признакам понять, какова природа возбудителя, — то, что для гепатита С сделал Харви Алтер. Затем нужно сообразить, как материализовать невидимого микроба, что в нём можно сделать видимым. Это удалось сделать Майклу Хаутону, в охоте за вирусом воспользовавшемуся новейшими методами молекулярной биологии. Наконец, имея дело со сложными и многофакторными живыми системами, нужна чрезвычайная тщательность и строгость в выявлении причинно-следственных связей — эту работу выполнил Чарльз Райс. История открытия вируса гепатита С Алтером, Хаутоном и Райсом — одна из лучших иллюстраций того, как работает наука.
Желтуха — один из характерных симптомов гепатита. Желтоватый цвет коже, слизистым оболочкам и склере глаз придаёт пигмент билирубин. Он появляется при разрушении гемоглобина и других белков, содержащих гем. В норме билирубин скапливается в печени и вместе с жёлчью выводится из организма. Если же билирубин накапливается в коже, значит, печень нездорова. Чаще всего желтуха случается при гепатите А, поэтому желтуха стала синонимом гепатита А. Однако стоит помнить, что в некоторых случаях гепатит А развивается без желтухи. Кроме того, при других гепатитах желтуха тоже случается, хотя и реже, чем при гепатите А. Наконец, пожелтение кожи из-за билирубина происходит и при некоторых других заболеваниях, не связанных с вирусами гепатита.
Установить инфекционную природу желтухи долгое время мешали взгляды великого врача и физиолога, автора клеточной теории Рудольфа Вирхова — относительно желтухи Вирхов полагал, что она происходит из-за закупорки жёлчных путей. Лишь усилиями С. П. Боткина и других исследователей желтуху постепенно начали воспринимать как инфекционную болезнь, а сама она получила ещё одно название — болезнь Боткина.
Кроме вирусов гепатитов А, В, С и Е есть ещё вирус гепатита D. Но это не самостоятельный вирус, а так называемый вирус-сателлит — он размножается в клетке, только если в той же клетке есть вирус гепатита В. Одновременная инфекция вирусом гепатита В и вирусом гепатита D — дело крайне серьёзное: резко повышается вероятность печёночной недостаточности в острой фазе болезни и вероятность цирроза и рака печени при хронической инфекции.
Иногда можно встретить упоминания вирусов гепатита F и вируса гепатита G, но эти вирусы, если можно так сказать, ещё в процессе открытия — не все исследователи признают, что вирусы F и G могут быть причиной гепатита и что они вообще существуют.
0
210.00
