Ссылки для упрощенного доступа

logo-print

Наука: как бактериофаги защищают продукты питания


Ирина Лагунина: Мы продолжаем рассказывать о том, чем интересен ученым особый тип вирусов - бактериофаги. Они не только позволяют проводить важнейшие генетические исследования, но и бороться с заражением продуктов. Например, специальные бактериофаги были получены, чтобы обезопасить мясо всем известных "куриных ножек Буша". Об этом рассказывает профессор университета Ратгерса (штат Нью-Джерси), заведующий лабораторией молекулярной генетики микроорганизмов Института биологии гена РАН Константин Северинов.
С ним беседуют Ольга Орлова и Александр Марков.

Ольга Орлова: Константин, расскажите, пожалуйста, об исследованиях, которые проводятся в вашей лаборатории.

Константин Северинов: Мы пытаемся совместить, с одной стороны, наше понимание, что вирусов очень много, а с другой, что каждый из них должен решить одну и ту же задачу, а именно убить клетку в течение какого-то времени, произвести потомства как можно больше. Вирусы конкурируют друг с другом, поэтому ни один вирус не может себе позволить быть хуже другого. Потому что если он будет хуже, просто вымрет. И в этом смысле огромное разнообразие вирусов, они все в дарвиновском смысле приспособлены, нельзя сказать, что один хуже другого, они все хорошие. Но оказывается, что они очень вариабельны, на уровне геномов и генной организации они страшно разные. У нас с вами есть масса генов, которые очень похожи на гены, которые есть у бактерий. Это просто отражает тот факт, что мы все произошли от LUK. LUK - это то, из чего жизнь пошла, клеточная, по крайней мере. А у вирусов это не так, вирусы страшно разнообразны. Можно взять двух фагов, один Т1, а другой Т7, у них вообще нет общих генов, ни одного просто нет.

Ольга Орлова: Они к LUK не имеют отношения?

Константин Северинов: Нет, они не имеют отношения, они непонятно, откуда они берутся - с Луны. Это понятно. Вирусы можно рассматривать как компьютерные, вот есть компьютеры, а есть компьютерный вирус. Компьютерный вирус - это некая программа, которая живет в среде, средой является компьютер. И все, что нужно делать - это уметь распространяться. Вот вирусы точно такие же, это генетическая программа. Как она сделалась, по большому счету не очень важно, если она умеет это делать, она и будет жить. Вот нам интересно, как такие программы работают, они все очень разные.

Александр Марков: Простите, это бактериофаги могут быть совсем непохожи.

Константин Северинов: Абсолютно непохожи.

Александр Марков: Но тем не менее, у всех есть капсид, ножка.

Константин Северинов: Такого рода вещи есть, но то, из чего сделаны головки и ножки - это эволюционно друг другу совершенно не родственно.

Александр Марков: Параллельно много раз возникало независимо.

Константин Северинов: Есть понятие мозаичности. Вот сейчас, когда стало все больше и больше геномов бактериофагов известно, возникла идея мозаичности их эволюции. Они действительно перехватывают друг у друга какие-то модули, группы генов, но невозможно делать такое филогенетическое дерево фагов, его просто нет. Возможно, это просто означает, что мы очень мало знаем. Сейчас есть около тысячи вирусных геномов, определенных фаговых геномов, а учитывая то, что у нас 10 в 31 организмов, то поле деятельности большое. А почему это интересно? Дело в том, что изучая, есть такое слово парадигма, есть генетические парадигмы или парадигмы регуляции. Есть некие принципы, которые позволяют описать, понять, как гены работают. Первые парадигмы придумали французы Франсуа Жакоб и Жак Мано, после того, как они поняли, как работает некая группа генов у кишечной палочки, они тут же объявили, что то, что верно для кишечной палочки, то верно и для слона, читай - для человека. И поэтому все принципы основные работы генов знаем. Основная парадигма была получена еще на одном бактериофаге, который назывался лямбда. Это некий хитрый бактериофаг, он может то заражать клетку и убивать ее, а то просто зайти в клетку и не размножаться в ней. Просто сидеть и пусть клетка сама размножается, и вирусы с собой размножаются. Это очень похоже на стратегию вируса СПИДа.

Александр Марков: Он встраивается в хромосому?

Константин Северинов: Да, он встраивается. Может выстроиться в хромосому. Но с другой стороны, он сидит в хромосоме и смотрит, все ли хорошо с клеткой. Если клетка вдруг почему-то собирается умереть, то этот вирус тут же просыпается, тут же делает своих маленьких детей, тут же выходит из клетки, убив ее, потому что иначе он погибнет вместе с клеткой. Были разработаны некие принципы поведения фага лямбды, некая генетическая парадигма и вроде бы она справедлива для слона и для всех остальных, но возникает вопрос, вообще это насколько общими являются те стратегии, которые были получены при изучении этого вируса. Если бы мы взяли другой вирус, получилась бы такая красивая картинка? Ответ вот какой, что картинка будет очень красивая, но совсем не похожая на то, что есть у вируса под названием фаг лямбда. То есть каждый вирус как генетическая программа или как нечто созданное Всевышним, если хотите, или эволюцией, он красив и в инженерном смысле совершенен. То есть есть некая смена во времени групп генов, которые необходимы для этого, для того-то или другого, каждый из них совершенно замечательный в этом смысле.

Александр Марков: Смена в смысле времени включения?

Константин Северинов: Времени включения. Потому что вирус обычно, войдя в клетку, сначала должен клетку переключить, чтобы вместо того, чтобы гены клеточные работали, чтобы теперь система работала на активность генов вируса. Это первое, что нужно сделать. Второе: нужно размножить вирусный геном, а третье - нужно наделать головки и хвосты, чтобы сделать новый вирус. Реально три группы активности есть. И все вирусы достигают, но достигают разными способами, и это интересно нам с научной точки зрения, и это интересно смотреть на разные способы регуляции активности генов. Они просто все эстетически приятны, они неожиданны почти всегда и остается только развести руками и сказать, как замечательно устроен мир. А можно наоборот, можно придумать, как это могло быть, а потом найти в природе в таком виде, что тоже дает удовлетворение, получаешь массу. Можно всегда при этом говорить, что можете использовать для борьбы с чем-нибудь.

Александр Марков: А реально можно это использовать для борьбы с чем-нибудь? Например, известно, что для борьбы с насекомыми-вредителями сейчас активно применяют вирусы. Потому что ядовитые пестициды вредны, а есть вирусы, которые убивают только насекомых.

Константин Северинов: Например, есть такая компания, которая делает пресловутые «ножки Буша», которые в большом количестве сюда шлют. Когда все эти тушки обрабатывают, на них заводится масса всякой, дряни, в частности, бактерии, которые могут вызывать смертельное отравление. Недостатком этих бактерий или достоинством с точки зрения бактерий является то, что они могут жить на холоде, поэтому в холодильнике совершенно замечательно развиваются. Некоторые сальмонеллы так делают. И потребление такого рода вещей может привести к смерти. Борются с этим тем, что опускают все тушки несчастные в хлорку. Выглядит все это совершенно безобразно, ведомство Геннадия Онищенко борется с этим, они не хотят, чтобы в Россию поставлялись тушк,и которые в хлорке искупались. Но с другой стороны, бактерии нужно оттуда известь, потому что нельзя это есть. А процесс убиения несчастных курей, он нестерилен. И сейчас в штатах компания, которая организована грузинским медиком, получила очень крупный контракт на производство бактериофагов против листерий, которые просто как спрей работают, обрабатывается и происходит лизис. Это можно показать, это работает. Таким же образом борются во Флориде с бактериальными заболеваниями цитрусовых, вызванных бактериями. С другой стороны, можно по-другому подойти к проблеме. В общем в Штатах это не получит никогда никакого развития, потому что потребитель, который думает, что он знает, что он что-то знает, он откажется скорее всего пользоваться вирусами для своего лечения. Понять это невозможно. Психологически. Идея того, что вы лечитесь от чего-то вирусами и известно, что бактериофаги могут переносить гены из одной бактерии в другую, и бактериофаги могут являться факторами патогенности. Например, дифтерия, бактерия, вызывающая дифтерию, она сама по себе ничего не вызывает, вызывает дифтерию бактериофаг, который выстроился в ее геном и кодирует дифтерийный токсин. И естественно, возникает некая опасность использования непонятного вируса, а вдруг он на вас самих, что-нибудь с вами сделает. Хотя в природе таких случаев не наблюдалось, но тем не менее.

Александр Марков: Чтобы бактериофаг заразил высший организм.

Константин Северинов: Кому-то объяснять - это очень долго и муторно.

Ольга Орлова: Вы знаете, в России я знаю людей, которые постоянно практикуют лечение бактериофагами.

Константин Северинов: Очень может быть. Это как с насморком, который с лекарствами проходит через неделю, а без через семь дней.

Ольга Орлова: Вы хотите сказать, что лечение бактериофагами неэффективно?

Константин Северинов: Я хочу сказать, что данных на этот счет, нет никакой причины, почему бы это не работало. С другой стороны, если что-то делать неправильно, вкривь и вкось, то от всего можно принести больше вреда. Например, противники использования идеи бактериофагов говорят совершенно разумную вещь: бактериофаги в конечном счете лизируют клетку. Так вот если у вас есть заболевание, когда в вашей крови началось развитие бактерий, что приводит к сепсису, да, реально вы умираете не потому, что у вас бактерии в крови, а потому что выпускаются токсины этими бактериями. Так вот если все эти бактерии, которые у вас в крови есть, лизируются, то есть разрушится бактериофагами и все их содержимое выйдет наружу, то вы от бактерий освободитесь действительно, но скорее вы умрете быстрее, чем без бактериофага просто потому, что все токсины окажутся выпущенными в вашу кровь. То есть по-видимому, более перспективным является попытка соединить сам факт того, что бактериофаги потенциально полезны и, безусловно, кодируют какие-то белки, которые убивают клетку хозяина, бактерию хозяина, с развитием современной молекулярной биологии. Изучение геномов и геномики позволяет выделить какие-то гены бактериофагов, которые кодируют, например, ферменты, ответственные за лизис клетки, за разрушение клетки хозяина, так называемые лизины. И исходно эти исследования были проведены группой в Рокфеллеровском университете штата Нью-Йорк и было показано, что действительно, если взять бактериофага, это очень хорошо оказалось тогда, когда сибирскую язву рассылали, что если у сибирской язвы, бактерия ее вызывающая, есть бактериофаги, которые ее убивают. У этих бактериофагов есть гены, которые кодируют белки лизина, которые ответственны за лизис бактерии. Выясняется, что если такой лизин сделать в рекомбинантной форме, клонировать его, чтобы не бактериофаг производил, а токсические белки, его производит кишечная палочка, вы просто выделяете в большом количестве. Он у вас есть как некая субстанция. Есть белок интерферон рекомбинантный, а есть рекомбинантный белок лизин. И этот лизин специфическим образом убивает развитие бациллы, которая вызывает сибирскую язву и в опытах на крысах позволяет излечиться от заражения, причем самые опасные формы, легочные формы этой самой сибирской факты.

Александр Марков: То есть тот факт, что бактерии лопаются и все токсины из нее выходят, он как бы не играет роли?

Константин Северинов: Нет, здесь идея такая, что вся эта медицина очень интересная вещь. Дело в том, что если человек больной, то он умрет. В медицине современной, эта наука в штатах финансируется агентством, связанным с министерством обороны. Идея такая, что если человек больной, он все равно умрет, бог с ним. Важно, чтобы не было развития заболевания. Важно предотвратить развитие заболевания. Допустим, потенциальный противник применил споры сибирской язвы, эти споры сибирской язвы попали в легкие доблестных американских военных, которые пошли в какую-то страну-изгой. Нужно сделать так, чтобы эти споры не начали развиваться. А если они начали развиваться, активироваться и превращаться в злых бактерий, лучше их убить на самой ранней стадии. Решение проблемы, что каждому бойцу дается спрейное устройство, которое им позволяет свои легкие оросить этим самым препаратом белка лизин, который из бактериофага. И тогда если какая-то спора начинает герминировать, она тут же встречается с лизином, который ее изничтожает. Такая схема работает.

Александр Марков: Эти лизины так же специфичны, как сами бактериофаги?

Константин Северинов: Да. У нас похожие исследования делаются, они не первичны, в том смысле, что мы идем по следам группы американской. Одна из причин, почему этим можно заниматься, если вы поверите, что фагов очень много, наверное, лизинов очень много и поле деятельности есть для всех.
XS
SM
MD
LG