Нобелевская премия 2020

19.10.2020

С 5 по 12 октября прошла 119-я Нобелевская неделя. В связи с пандемией коронавируса декабрьская церемония вручения премий прошла в формате телетрансляции. Нобелевскую премию мира в Осло вручили лауреату очно, а мероприятие было менее масштабным, чем обычно.

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. Гепатит C – это вирусное заболевание, которое чаще всего поражает печень. По данным Всемирной организации здравоохранения, в мире от хронического гепатита C страдает около 71 млн человек.

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. 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.

Харви Дж. Альтер, Майкл Хоутон и Чарльз М. Райс – ученые, добившиеся блестящих результатов в борьбе с гепатитом С. Открытие, за которое ученых наградили, связано с идентификацией вируса в результате методического исследования гемотрансфузионного гепатита, которое провел Харви Дж. Альтер. Результаты исследования показали, что частой причиной хронического гепатита становится неизвестный вирус. Майкл Хоутон использовал непроверенную стратегию для выделения генома нового вируса, получившего название вируса гепатита С. Чарльз М. Райс представил окончательные доказательства того, что вирус гепатита С сам является причиной гепатита. Благодаря этим открытиям удалось выяснить причину некоторых случаев хронического гепатита. Теперь у ученых по всему миру есть возможность спасти миллионы жизней по всему миру.

Майкл Хоутон

МАЙКЛ ХОУТОН– 70-летний британский ученый, биолог. В 1972-м окончил Университет Восточной Англии по специальности "биологические науки", а в 1977-м получил степень доктора философии по биохимии в Королевском колледже Лондона.

В 1989-м году Хоутон вместе с другими учеными, независимо от своего американского коллеги по Нобелевской премии Альтера, открыл вирус гепатита C. Он также соавтор открытия генома гепатита D. Сейчас ученый занят исследованиями по созданию вакцины от коронавируса. Хоутон работает в канадском Университете Альберты с 2010 года и возглавляет кафедру вирусологии.                                                                      

Многие учёные принялись искать новый вирус, но традиционные методы не дали результата. Тогда Хотон и его коллеги разработали и применили новый подход.

Они кропотливо выделяли из крови инфицированного шимпанзе фрагменты ДНК и РНК. Разумеется, почти все они принадлежали самому животному. Но биологи надеялись, что рано или поздно наткнутся на генетический след таинственного вируса.

Но как его опознать? Дело происходило в 1980-х годах, современных методов анализа ДНК и РНК, мощных компьютеров и обширных баз данных тогда не было.

Лауреат предположил, что в крови пациентов с "гепатитом не А и не B" должны быть антитела к вирусу. Учёные выделили из крови добровольцев разные антитела и принялись методично проверять, не среагирует ли какое-нибудь из них на фрагменты генома из крови шимпанзе. Это была очень трудоёмкая работа.

После долгих исследований команда Хотона действительно обнаружила антитело, которое реагировало на фрагмент РНК. Дальнейшие изыскания показали, что он принадлежит вирусу из рода флавивирусов. Его назвали вирусом гепатита C. 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.

Майкл Хаутон  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. 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.

Чарльз Райс

Чарльз Райс американский ученый. Врач-вирусолог. Профессор вирусологии Университета Рокфеллера. Член Национальной академии наук США.

Чарльз Райс родился 6 октября 1952 года в Сакраменто, США.

Заслуга Чарльза Райса заключалась в дальнейшем исследовании генетической структуры открытого вируса. Вместе с коллегами из Вашингтонского университета в Сент-Луисе он выделил в геноме патогена участок, который играл важную роль в его размножении. Этот и другие результаты работы Райса окончательно доказали, что в заражении пациентов, которые перенесли переливание крови, неизвестной болезнью виноват только лишь вирус гепатита С.

Но действительно ли именно этот вирус вызывает воспаление и гибель клеток печени? Да, мир теперь знал, что он обнаружился в крови больной гепатитом обезьяны, а антитела к нему – у больного гепатитом человека. Но, может быть, это случайность? Ведь и люди, и шимпанзе страдают от множества общих инфекций, например, от вируса герпеса. Его (и антитела к нему) вполне можно найти в крови животных и людей, в том числе и больных гепатитом. Чтобы получить решающие доказательства, нужно было искусственно заразить животное новым вирусом и убедиться, что у него развился гепатит. Это и проделал Чарльз Райс и его команда.

Впрочем, сказать это проще, чем сделать. Ведь у биологов были только разрозненные фрагменты РНК вируса, а не он сам в целости и сохранности, с полным геномом и белковой оболочкой.

Райс выяснил, какие из обнаруженных фрагментов РНК, предположительно, важны для размножения вируса. Он также нашёл в образцах РНК генетические вариации, которые, вероятно, мешали патогену размножаться.

С помощью генной инженерии лауреат и его группа собрали РНК вируса, содержащую предположительно важные для размножения гены и не содержащую вредных. Эту РНК они ввели в печень обезьян.

Вскоре у подопытных животных развилось воспаление печени, а в крови стала обнаруживаться РНК вируса гепатита C. Так было окончательно доказано, что опасное заболевание вызывается именно этим возбудителем.

Достижение Чарльза Райса 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.

Харви Джеймс Алтер

Харви Джеймс Алтер — американский врач и учёный. Награждён высшей наградой США для гражданских лиц-медиков: Медалью за выдающийся вклад в здравоохранение. Возглавляет инфекционный отдел Национальных институтов здравоохранения США. Алтер родился в Нью-Йорке в еврейской семье 1935 года.«Поскольку я единственный сын еврейских родителей в Нью-Йорке, мне было предопределено стать врачом», – рассказывал он. Фактически это была несбывшаяся мечта его отца – он родился в семье с девятью детьми и денег, чтобы выучиться на врача, просто не хватило. Зато отец стал успешным бизнесменом, обожал читать Science Digest и разные медицинские издания – и сына отправил в Рочестерский университет постигать медицину. Альтер мечтал стать бейсболистом. Но к счастью для всего человечества, у него не было никаких физических данных для этой игры."Именно в Бет Исраэль я впервые увидел больничную палату, и, возможно, это отпечаталось у меня в голове, потому что мне всегда было комфортно в больничных условиях"- говорил Харви. В Рочестерском университете он получил звание бакалавра в 1956 году. В 1960 году получил там же медицинский диплом. Работал как пост-док в Национальных институтах здравоохранения США в городе Бетесда (Мэриленд), штат Мэриленд с декабря 1961 по июнь 1964; затем был в резидентуре в Вашингтонском университете с июля 1964 до июня 1965; специализировался в гематологии при Джорджтаунском университете в Вашингтоне с июля 1965 года до июня 1966 года.

Таким образом, каждый из трёх лауреатов повлиял на открытие. Альтер выяснил, что существует неизвестный вирус гепатита, передающийся через кровь. Хоутон обнаружил и исследовал генетический материал вируса, который, предположительно, и вызывал этот недуг. Райс доказал, что найденный Хоутоном вирус действительно является возбудителем гепатита.

Лауреаты внесли значительный вклад в борьбу с передаваемой через кровь формой гепатита, который вызывает цирроз и рак печени у инфицированных людей. Гепатит С — глобальная проблема здравоохранения. Считается, что открытие вируса спасло жизни миллионов людей, и с появлением доступного лекарства теперь существует надежда на полное искоренение вируса при условии, что во всем мире появятся адекватные испытательные центры и противовирусные препараты.

Авторы - Козел Полина, Босая Анастасия 



Предыдушая новостьСледующая новость