Конкурс «био/мол/текст»-2014

Эта статья представлена на конкурс научно-популярных работ «био/мол/текст»-2014 в номинации «Лучшее новостное сообщение».

---

Главный спонсор конкурса — дальновидная компания Генотек.
Конкурс поддержан ОАО «РВК».

---

Спонсором номинации «Биоинформатика» является Институт биоинформатики.
Спонсором приза зрительских симпатий выступила фирма Helicon.
Свой приз также вручает Фонд поддержки передовых биотехнологий.

Вирус Эбола вызывает смертоносную лихорадку

Лихорадка Эбола — это острая вирусная болезнь. Она поражает печень, желудочно-кишечный тракт и центральную нервную систему. Вероятность летального исхода при заражении достигает 90% [1]. Полагают, что вирус Эбола так опасен, в частности, потому что образует белок, который подавляет иммунную систему. Это мешает организму самостоятельно бороться с болезнью и дает возможность вирусу беспрепятственно размножаться [2]. Однако недавние успехи ученых говорят о том, что именно в иммунной системе человека заложено главное оружие против вируса. Первые косвенные данные о том, что организм человека способен и сам справиться с вирусом, появились уже давно. Дело в том, что часто спасительным для больных было переливание крови от уже победивших вирус людей. Такой метод впервые применили еще в 1995 году [3].

В 2014 году вновь произошла вспышка вируса Эбола. В Гвинее, где раньше такая болезнь не встречалась, появился и быстро распространился новый вариант вируса, несмотря на помощь международных медицинских организаций [4]. Вспышку вируса удалось приостановить только спустя 5 месяцев. К 31 августа 2014 года насчитывалось 3685 случаев заражения; из них 1841 — с летальным исходом [5]. Вирус широко распространился по таким странам, как Гвинея, Нигерия, Либерия и т.д. Полагают, что вспышка будет продолжаться еще, по крайней мере, несколько месяцев.

Вакцины, которая прошла бы клинические испытания, или другого лекарства против вируса Эбола на данный момент нет. Поэтому заразившихся людей лечат с помощью простого ухода за ними, а также их изолируют, чтобы предотвратить распространение болезни. Но все-таки без вакцины для больных можно сделать лишь немногое.

Попытки разработать вакцину ведутся уже давно. Были испробованы различные методы лечения. Однако большинство лекарств оказывались неэффективными, если их применяли не сразу, а спустя хотя бы сутки после заражения. Очень важным было найти средство, которое помогало бы после явного проявления симптомов и установления диагноза. Хорошее лекарство должно побеждать вирус даже спустя несколько дней его пребывания в организме. Недавно ученым удалось разработать средство, которое исцеляет макак резусов со 100% эффективностью, если его вводить животным в течение пяти дней после заражения [6]. Этим средством против вируса Эбола оказалась смесь различных моноклональных антител.

Принцип действия моноклональных антител

Что же это за лекарство? Моноклональные антитела [7] — это белковые молекулы, одна часть которых связывает вирус, а вторая привлекает к нему факторы иммунной системы (рис. 1). Самостоятельно организм вырабатывает антитела против вируса слишком долго. Во-первых, филовирусы, к которым относится вирус Эбола, обладают защитным гликопротеиновым слоем (рис. 2), а во-вторых, они кодируют белок, который, предположительно, подавляет иммунитет [2]. А если вводить уже готовые антитела против вируса Эбола, то иммунитет срабатывает практически мгновенно. В борьбу с болезнью вступают клетки крови — так называемые естественные киллеры. Также активируется система комплемента [8]. Вместе с антителами больному вводят еще одно вещество — адъювант. В состав адъюванта входят инактивированные частицы другого вируса. Он еще больше возбуждает иммунную систему, заставляя ее работать активней.

Коктейль антител против вируса Эбола назвали ZMapp. Он прошел доклинические испытания, результаты которых оказались оптимистичны. Зараженные приматы выздоравливали. Важно, что когда животным вводили антитела, симптомы у них проявлялись уже ярко: лекарство оказывало действие при приеме спустя 72 часа после заражения. Значит, применение ZMapp оставляет достаточно времени для диагностики.

Скажем спасибо обезьянам

Доклинические испытания проводили на макаках. И это вселяет надежду, что и для человека испытанное лекарство также подойдет. Макаки резусы эволюционно довольно близки к людям, как и приматы в целом, по сравнению с другими млекопитающими. Это подтверждается и по сходству многих белков: например, α-цепи гемоглобина у нас и у макак резусов отличаются всего тремя аминокислотами, в то время как у нас и у мыши — уже четырнадцатью [9]. Макаки резусы широко распространены, хорошо адаптируются к людям, городам и вивариям, что делает их удобным объектом изучения. На них проводят медицинские и нейробиологические исследования (в частности, изучают влияние марихуаны на иммунную систему), и даже их геном расшифровали первым [10]. Словом, исследований проведено множество, и уже не новость, что реакцию макак резусов на лекарство принимают, как близкую к человеческой.

Так, с помощью обезьян было получено лекарство, которое увеличивает вероятность выздоровления приматов при заражении вирусом Эбола до 100%. Однако стоит отметить, что в ходе тестирования препарата выявили, что у одного из животных на третий день после инфицирования вирусов в крови было в 100 раз больше, чем у других. Для этой особи обычной дозы антител оказалось недостаточно для выздоровления. Такой случай говорит о том, что течение и развитие болезни зависит от индивидуальных свойств каждого организма.

Дальнейшие перспективы использования моноклональных антител

Моноклональные антитела давно рассматривают как альтернативу многим лекарствам, в том числе антибактериальным. Дело в том, что у бактерий со временем вырабатывается устойчивость к антибиотикам. Есть еще одно преимущество моноклональных антител: они не действуют против «своих» бактерий, а специфически атакуют заданную мишень. Также моноклональные антитела могут помочь людям со слабым иммунитетом. Но у них есть и недостатки — например, дороговизна получения. Моноклональные антитела нарабатывают в живых организмах и клетках. Это намного сложнее, чем химический синтез лекарств. Например, компоненты коктейля ZMapp  нужно синтезировать и в целых растениях [11], и в культуре клеток [12].

Тем не менее, моноклональные антитела несут в себе большой потенциал для медицины. Их даже рассматривают как возможное средство защиты от биологического оружия. А успешное применение антител против вируса Эбола у приматов позволяет надеяться, что вскоре удастся спасти и жизни множества людей. С помощью ZMapp уже излечились от лихорадки Нэнси Райтбол и Кент Брэнтли (рис. 3).

Литература

1. Эбола геморрагическая лихорадка // Большая медицинская энциклопедия (Т. 27) / Петровский Б.В. М.: «Советская энциклопедия», 1986. С. 531;
2. Filoviridae (филовирусы). «База знаний по биологии человека»;
3. Wolfson E. (2014). The 20-year-old Ebola treatment that could save Kent Brantly. Newsweek;
4. Sylvain Baize, Delphine Pannetier, Lisa Oestereich, Toni Rieger, Lamine Koivogui, et. al.. (2014). Emergence of Zaire Ebola Virus Disease in Guinea. N Engl J Med. 371, 1418-1425;
5. Disease outbreak news: Ebola virus disease. WHO;
6. Xiangguo Qiu, Gary Wong, Jonathan Audet, Alexander Bello, Lisa Fernando, et. al.. (2014). Reversion of advanced Ebola virus disease in nonhuman primates with ZMapp. Nature. 514, 47-53;
7. Моноклональные антитела;
8. Next-generation monoclonal antibodies: challenges and opportunities. (2013). Center for Biosecurity of UPMC;
9. Мамонты, кости и лекарственная устойчивость: новые технологии позволяют изучать эволюцию возбудителей инфекционных заболеваний;
10. Время обезьяньих исследований: расшифрован геном макаки резуса;
11. G. G. Olinger, J. Pettitt, D. Kim, C. Working, O. Bohorov, et. al.. (2012). Delayed treatment of Ebola virus infection with plant-derived monoclonal antibodies provides protection in rhesus macaques. Proceedings of the National Academy of Sciences. 109, 18030-18035;
12. X. Qiu, J. Audet, G. Wong, S. Pillet, A. Bello, et. al.. (2012). Successful Treatment of Ebola Virus-Infected Cynomolgus Macaques with Monoclonal Antibodies. Science Translational Medicine. 4, 138ra81-138ra81.