Еще один залп по вирусам
А началось все лет восемь назад, когда Джозеф и его коллега Дейв Янг в один из перерывов между лабораторными опытами обсуждали, как были открыты вирусы и каким образом их обнаруживают и распознают современные вирусологи. Иногда на то, чтобы определить вид неизвестного возбудителя болезни, носящей вирусный характер, уходило от десяти до двадцати лет, тратились огромные средства, привлекалась дорогостоящие и сложные приборы, в том числе уникальные электронные микроскопы.
В те времена Деризи был аспирантом Стэнфордского университета и занимался микропанелями с прикрепленными к ним фрагментами ДНК (напомним, что это наследственные структуры, имеющиеся в клетках практически всех живых организмов), которые часто называют ДНК чипами. Они позволяют производить различные биологические тесты и широко используются в определении генов, обнаружении рака и при создании новых лекарств.
А ведь эти простые устройства могли бы идентифицировать вирусы, подумали молодые ученые. Они нанесли на стеклянную пластинку около 22 тысяч небольших фрагментов ДНК каждого из когда-либо обнаруженных вирусов и назвали ее ViroChip. Затем Джозеф, который был равно силен в компьютерных системах и в биологии, спроектировал и построил робот, изготавливающий эти устройства в нужных количествах, и написал программное обеспечение для автоматизации процесса распознавания.
Вот как это происходит. Первым делом у пациента берется немного наследственного материала, который помечается флуоресцентной краской. Потом этот материал помещается на вирусный чип. Поскольку в живых организмах нити ДНК притягиваются друг к другу, образуя двойную спираль, соответствие какой-то части находящейся на чипе ДНК с аналогичным участком исследуемого биологического образца вызовет его свечение. Это показывает исследователю, с каким вирусом он имеет дело. А благодаря компьютерам делать это можно с тысячами вирусов одновременно.
Очень важно, что с помощью ViroChip можно находить и совсем неизвестные науке вирусы. Эта возможность основывается на том, что вирусы способны размножаться, обладают наследственностью и изменчивостью, приспособляемостью к меняющимся условиям среды обитания и, наконец, подвержены биологической эволюции, обеспечиваемой естественным или искусственным отбором. Если посмотреть на эволюционное дерево вирусов, можно найти части их генома, которые не изменились за все время их существования. Таким образом, можно распознать неизвестный вирус, идентифицируя этот маленький неизменный кусочек генома, который и представлен на чипе.
Именно это Джозеф Деризи с коллегами и сделали в 2003 году с атипичной пневмонией (Severe Acute Respiratory Syndrome - SARS). Они только что создали полную версию ViroChip, когда прочитали в газетах об этом непонятном (атипичном!) заболевании. Исследователи обратились в национальный Центр по контролю за заболеваниями (CDC) с просьбой выслать им образцы вируса-возбудителя недуга. После получения их тут же поместили на чип. Не прошло и суток, как группа объявила об открытии нового короновируса.
«Мы подтвердили свое открытие последующей расшифровкой генома этого вируса, – рассказывает Деризи. – Ничего подобного в истории биологии ранее не случалось. Это невозможно было бы сделать даже пятью годами ранее. С этого времени, я думаю, не может возникнуть никакой новой вирусной эпидемии, которую мы не в состоянии распознать в течение нескольких дней». Конечно, это не означает, что сразу же будет найдено и лечение. Но можно отделить людей-носителей этого вируса от тех, у кого его в крови нет. К тому же, если имеется надежный диагностический метод, можно помешать его дальнейшему распространению. Именно так была поставлена под контроль атипичная пневмония.
Вскоре после этого успеха к группе Деризи обратились ветеринары из Израиля и Флориды с просьбой помочь разобраться с болезнью, на протяжении более 30 лет безжалостно уносившей жизни попугаев и других экзотических птиц. Специалисты по птичьим недугам подозревали, что имеют дело с неизвестным вирусом.
Как только в институте получили образцы ткани больных австралийских попугаев и попугаев ара, ViroChip подсказал, что в их крови поселился так называемый борновирус, замеченный у лошадей и домашнего скота, но никогда ранее не встречавшийся у птиц.
Оказалось, что этот опасный возбудитель вызывает у пятидесяти различных разновидностей одомашненных и диких попугаев очень заразное заболевание, сопровождающееся нарушением деятельности нервной системы, не позволяющим птицам глотать и переваривать пищу. Понятно, что это приводило к их истощению и быстрой гибели.
Как и с атипичной пневмонией, получение диагностического инструмента и в этом случае позволяет быстро отделять больных птиц от здоровых. Да, уже зараженные обречены, но наконец-то ветеринары могли остановить эпидемию и помешать ей распространяться дальше.
В настоящее время группа Деризи использует микропанели с прикрепленными к ним фрагментами ДНК для изучения малярии. Возбудителем этой инфекционной болезни является не вирус, а переносимый комарами одноклеточный паразит. Тем не менее ученые построили чип и для него. Он представляет геном этого организма, состоящий из шести тысяч генов.
Потом исследователи вырастили большое количество возбудителя в сосудах с человеческой кровью, поскольку все клинические признаки малярии возникают лишь после проникновения паразита в клетки крови человека. Использовав чип, биологи сумели понять, какой генетической программой эти микроорганизмы управляются в момент заражения, и выдали полученные данные специалистам для разработки вакцины и необходимого лекарства.
Интересно, что авторы открытия не стали его патентовать. Сначала они собирались обратиться к патентоведам, но потом отказались, решив сделать его всеобщим достоянием. Они прекрасно понимают, что бесплатное использование их технологии приведет к более быстрому прогрессу в борьбе за здоровье человека. А именно это и является их конечной целью.
Ну а свою премию в 250 тысяч долларов Джозеф Деризи собирается пустить на специальные исследовательские проекты по инфекционным болезням, в том числе и по малярии, и на оплату учебы в колледжах двух еще совсем маленьких дочек. Может быть, они когда-нибудь продолжат папино дело.
