ВИЧ в пробирке

Лабораторные исследования ВИЧ-инфекции
7 фактов об изучении вируса иммунодефицита человека
в контролируемых условиях

Леонид Марголис, «Постнаука»

Одна из самых актуальных проблем современной медицины – это борьба с ВИЧ. Эпидемия этой инфекции, которая ведет к болезни под названием СПИД, захватила практически все страны, весь мир. На сегодняшний день самые разнообразные попытки хотя бы ограничить эту эпидемию, прекратить ее распространение путем создания вакцин и последующей вакцинации населения, а также других мер, в общем, успехом не увенчались.

Когда последняя из вакцин провалилась, было принято консенсусное решение в научном сообществе, что мы недостаточно знаем фундаментальные механизмы ВИЧ-инфекции, и это является самым главным: чтобы бороться с инфекцией, нужно для начала понять фундаментальный механизм инфекции и на основе этого разработать превентивные меры. Поэтому мои коллеги и я занимаемся именно фундаментальными проблемами ВИЧ-инфекции.

Почему этот вирус так успешен с его точки зрения? Почему, справившись со многими другими вирусами, этот вирус пока не удается победить?

1. Стратегия ВИЧ-инфекции

Основная причина в выборе очень удачной с точки зрения вируса, конечно, стратегии. Во-первых, в отличие от других вирусов, он заражает именно те клетки, которые призваны бороться с инфекцией. Во-вторых, он выбрал удачный половой путь размножения – это преимущественный способ размножения вируса. Важно, что он заражает не просто иммунные клетки, которые призваны с ним бороться, но и клетки активированные. То есть когда другой вирус заражает организм, то клетки иммунной системы активируются и уничтожают вирус или клетки, зараженные вирусом. Однако ВИЧ атакует активированные клетки, то есть именно те, которые призваны его уничтожать, – в этом его преимущество.

Долгое время казалось, что болезнь течет следующим образом: вирус заражает человека, есть некие легкие симптомы, а потом он исчезает, и происходит многомесячная, иногда даже многолетняя латентная фаза. Но потом оказалось, что это не так. Понятие латентной фазы появилось потому, что основывались на анализе крови заболевших пациентов. Оказалось, что во время этой фазы вирус действительно из крови исчезает, но он продолжает размножаться и разрушать лимфоидную ткань, лимфатические узлы, которые являются центрами возникновения иммунного ответа на инфекцию.

2. Изучение в контролируемых условиях

Когда это выяснилось, стало понятно, что необходимо изучать, как эти вирусы размножаются не просто в суспензии в лаборатории или в крови у больного, а именно в ткани. Поэтому группа, которой я руковожу, мои коллеги и я создали такую лабораторную систему, которая позволяет изучать в контролируемых условиях размножение и патогенез этого вируса в лимфатических тканях. По разным и техническим, и этическим соображениям практически невозможно изучать, как размножается вирус в ткани больного человека. Анализ крови можно взять без всяких последствий, но в ткань проникнуть трудно и во многих случаях невозможно.

Из истории медицины следует, что механизмы большинства болезней человека стали понятны, когда были созданы либо животные, либо другие лабораторные модели для их изучения, потому что для науки нужно контролировать все условия для изучения любого процесса. В человеке это, конечно, невозможно. Животной модели ВИЧ-инфекции практически нет, хотя есть похожий вирус, который заражает обезьян, но, в отличие от многих других вирусов, ВИЧ заражает человека, и только человека.

Мы создали такую систему, которая состоит из кусочков лимфатической ткани. Для ее создания можно брать оперативный материал, например, после тонзиллэктомии или аденэктомии, когда вырезают гланды или аденоиды. В основном вырезают гланды у детей по показаниям частых простуд. Мы берем эти кусочки, знаем, как их культивировать в лабораторных условиях в течение двух-трех недель, искусственно заражаем их ВИЧ и смотрим, как происходит патогенез. На этом пути мы получили довольно интересные данные.

3. Применение лабораторной модели

Также эта система используется для тестирования различных противовирусных препаратов, потому что исследования заражения ВИЧ очень дороги. Любые клинические испытания требуют многолетней подготовки, поскольку лекарство проходит разные стадии испытания, прежде чем будет введено даже здоровым добровольцам для проверки токсичности. Наша система позволяет без всяких проблем, связанных с этикой, с разрешениями, посмотреть в доклинических испытаниях, как это лекарство действует на вирус.

Кроме того, такая система очень полезна и дает много информации о заражении вирусом, трансмиссии, как говорят специалисты, то есть как вирус передается от зараженного человека к здоровому, например от мужчины к женщине. У нас есть система, которая позволяет культивировать, например, шейку матки, где происходит заражение при передаче вируса от мужчины к женщине половым путем.

4. Коинфекция ВИЧ и герпеса

Мы получили много интересных результатов, в частности, о процессе заражения вирусом. ВИЧ заражает активированные иммунные клетки, некоторые из них переходят в это состояние при заражении вирусом, но могут активироваться и заражением другим вирусом. Именно поэтому другие патогены, даже не столь страшные, как ВИЧ, например герпес-вирусы для здорового человека, не представляющие опасности, активируют клетки иммунной системы, тем самым создавая новые мишени для ВИЧ-инфекции.

5. Поражение системы контроля иммунного ответа

ВИЧ «придумал» хитрую стратегию: он заражает клетки, и они начинают выделять специальные вещества – цитокины, которые активируют соседние клетки. Следовательно, соседняя клетка, которая до этого была в покое и поэтому не могла заразиться ВИЧ, становится мишенью для вируса. Таким образом ВИЧ подготавливает почву для заражения самим собой и распространяется в ткани. Кроме того, и ВИЧ-инфекция, и инфекция сопутствующих вирусов, активируя клетки, вызывают продукцию так называемых интерлейкинов. Интерлейкины – это растворимые вещества, которые выделяются одними клетками, поглощаются другими в процессе нормального иммунного ответа. Это очень сложная «вырожденная» система, в ней одни интерлейкины могут заменяться другими, и они регулируют нормальный иммунный ответ. Эта сложная системы интерлейкинов сильно меняется под действием ВИЧ-инфекции как у заболевшего человека, так и у хронически больного.

Мы обнаружили, например, что в семенной жидкости зараженных ВИЧ мужчин повышен один странный цитокин, который называется интерлейкин-7. Почему он там повышен – неизвестно.

Зная характер этого вируса, можно думать, что он ничто не делает зря. Скорее всего, вся цитокиновая система заболевшего человека меняется вирусом в свою пользу, в противном случае эволюция не дала бы ему быть таким успешным. Возможно, отбираются более патогенные вирусы, чем если бы это было без интерлейкина. Оказалось, что этот интерлейкин способствует передаче вируса и заражению ткани шейки матки.

Мы провели простой опыт: если взять ткань шейки матки здоровой женщины и заразить ее ВИЧ в чашке Петри, добавить туда этот интерлейкин-7, то заражение происходит значительно эффективнее. На основе этой работы у нас появилась следующая гипотеза: возможно, мужчины с повышенным интерлейкином-7 легче заражают своих партнеров, чем те, у которых интерлейкина меньше.

6. Устойчивость к ВИЧ-инфекции

С этим связана большая проблема: существуют пары «муж – жена», набранные для клинических испытаний, которые состоят в постоянной связи, не изменяют друг другу, однако, не зная этого и не предохраняясь, мужчины могут быть заражены вирусом, а женщины в течение нескольких лет, часто многих лет, не заражаются. Когда это обнаружили, то думали, что у этих женщин есть какой-то механизм защиты и, может быть, его удастся воспроизвести у всех остальных. Долго изучали, но ничего такого особенного у этих женщин не нашли.

В свете наших исследований мы думаем, что отсутствие заражения, передачи вируса от таких мужчин состоит именно в том, что у них нарушены те цитокины, которые способствуют инфекции. На данный момент это только гипотеза, которая может оказаться неправильной.

7. Лечение коинфекции ВИЧ и герпеса

Как уже упоминалось, герпес-вирусы помогают передаче ВИЧ и сопровождают инфекцию. Уже довольно давно людям, зараженным и тем и другим вирусом, прописывают терапию против герпес-вируса, так как ясно, что одна болезнь лучше, чем две. В таком случае прописывается открытый в 70-х годах стандартный препарат ацикловир – это самое эффективное средство против герпес-вируса. Ацикловир действует на несколько вирусов герпеса, в том числе и на тот, который обычно сопровождает ВИЧ-инфекцию, – герпес-вирус 2.

В лабораторной системе для исследования ВИЧ мы можем изучать механизм взаимодействия вирусов. Когда мы начали заражать кусочки тканей вирусом иммунодефицита и вирусом герпеса, мы хотели воспроизвести влияние ацикловира на эту систему в контролируемом лабораторном случае. Оказалось, что это возможно: применение ацикловира подавляет герпес-вирусную инфекцию и приводит к подавлению ВИЧ. Поскольку мы можем проводить контроль в нашей системе, оказалось, что ацикловир может без всякого герпеса 2 непосредственно влиять на ВИЧ-инфекцию.

Сейчас мы проводим клинические испытания, они еще далеки от завершения, поэтому нельзя рекомендовать ацикловир для лечения, но это один из примеров, когда лабораторная система позволяет открыть то, что фактически невозможно было бы открыть, изучая человека. Никто не может разрешить исследование на человеке, и это правильно. Также эта ситуация является примером того, как контролируемая лабораторная система позволяет обнаружить механизмы взаимодействия вируса, вирусного патогенеза, которые необходимы для борьбы с вирусом и разработки превентивных методов.

Об авторе:
Леонид Марголис – доктор биологических наук, профессор факультета биоинженерии и биоинформатики
МГУ им. М. В. Ломоносова.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
27.01.2015