Борьба с раком и вирусными заболеваниями. Микробиология

Грозный враг человека - злокачественные новообразования, связанные с нарушением генетического аппарата клеток, который обеспечивает нормальный рост тканей. Проблема рака -одна из самых сложных проблем мировой медицины. Возникновение злокачественных опухолей многие ученые связывают с вирусами. Вирусных болезней много. Это грипп и прочие респираторные инфекции, эпидемический гепатит и др.

Микробиология - одна из наиболее быстро развивающихся областей современного естествознания. Сравнительно недавно на основе единой микробиологии возник целый ряд новых наук - промышленная, сельскохозяйственная, геологическая, космическая, медицинская микробиология.

Понятие "микроб" объединяет множество видов живых существ простейших, грибов, бактерий, вирусов. К настоящему времени выявлено и изучено более 2500 видов микробов, в том числе 1000 видов бактерий и свыше 500 видов вирусов. Однако, по оценкам многих микробиологов, это лишь одна десятая невидимого населения планеты, что подтверждается сообщениями о вновь открываемых микроорганизмах.

Наиболее многочисленная группа микроорганизмов - бактерии. Каждая бактерия представляет собой одноклеточный организм, бактерии из нескольких клеток встречаются довольно редко. Растут и развиваются бактерии лишь в том случае, если они попадают в среду, содержащую воду и необходимые для них питательные вещества. Условия существования бактерий весьма различны. Для большинства из них, как и для всех живых существ, необходим кислород. Но некоторые виды бактерий- анаэробы гибнут в присутствии кислорода. Так называемые факультативно-анаэробные бактерии могут существовать и с кислородом и без него. Весьма широк и спектр температур, при которых обитают разные виды бактерий. Они практически не реагируют на повышение давления до 10 тыс. ат. Поэтому они могут обитать и на дне Мирового океана, и в верхних слоях атмосферы, и во льдах Арктики, и в струях гейзеров, и даже в теплообменниках ядерных реакторов.

Большинство микробов опасно для человека в состоянии так называемой вирулентности, когда по ряду причин резко возрастает их способность внедряться в ткани организма и размножаться там.

В 1883 г. И. И. Мечников открыл явление фагоцитоза. Оказывается, в крови, в стенках кровеносных сосудов, в легких, печени и подкожной соединительной ткани существуют особые клетки - фагоциты. И. И. Мечников первым наблюдал сражение этих клеток - защитников организма - с микробами. Еще один важный вид защитных сил организма - особые белковые вещества - антитела. Они появляются как реакция организма на внедрение чужеродных белковых тел.

Директор Института вирусологии, академик АМН СССР В. М. Жданов рассказывает:

"В 60-х гг. исследования в области молекулярной биологии позволили познать механизм размножения вирусов в клетках, пораженных инфекцией. Вне клетки этот процесс невозможен: сам по себе вирус - лишь определенным образом упакованная генетическая информация в виде молекул дезоксирибонуклеиновой или, как у наиболее распространенных вирусов, - рибонуклеиновой кислоты. Механизма воспроизведения этой информации - размножения - сам паразит лишен...

Вирус, проникший в клетку, вносит свои коррективы в отлаженный механизм ее работы. "Производство" работает по новым чертежам: вместо того чтобы строить свои белки, размножает генетическую основу и синтезирует белки вируса. Очень скоро разрушенную и опустошенную клетку покидает многочисленное потомство первоначального вируса - новый заряд инфекции...

В последнее время биологи и медики обсуждают вопрос о целенаправленной перестройке генетического аппарата клеток для борьбы с наследственными болезнями человека. Не исключено, что изучение внедрения вируса в хромосомный аппарат клетки подскажет пути ремонта наследственных дефектов".

Новые свойства патогенности опухолеродных вирусов

В начале века американский ученый П. Раус открыл вирус, вызывающий злокачественные опухоли у кур - саркомы. Долгие годы работа П. Рауса оставалась первым и единственным экспериментальным подтверждением вирусной теории рака.

Много лет спустя были обнаружены опухолевидные вирусы, вызывающие папилломы у кроликов, рак почки у лягушек, рак молочной железы у мышей и др. В экспериментах вирусы поражали только тот вид животных, от которых они были выделены. Это и послужило основой ложных представлений о существовании непреодолимого для опухолеродных вирусов межклассового и даже межвидового барьера. Мнение о том, что патогенность опухолеродных вирусов строго ограничена определенным классом животных, господствовало в науке около 50 лет и резко тормозило прогресс онковирусологии.

Академик АМН СССР Л. А. Зильбер и доктор биологических наук И. Н. Крюкова (Институт эпидемиологии и микробиологии АМН СССР), с одной стороны, и доктор медицинских наук Г. Я. Свет-Молдавский и кандидат биологических наук А. С. Скорикова (Институт экспериментальной и клинической онкологии АМН СССР, Институт антибиотиков АМН СССР), с другой стороны, одновременно и независимо друг от друга в процессе многократных исследований открыли у опухолеродных вирусов неизвестные ранее свойства широкого спектра пато-генности и онкогенности. Впервые это было показано на примере вируса куриной саркомы Рауса. Этот вирус вызывал раковые опухоли у различных видов млекопитающих - у крыс, собак, обезьян и т. д., а также у холоднокровных позвоночных.

Открытие коренным образом изменило направление многих исследований в онкологии, вирусологии и других областях науки и приблизило решение проблемы вирусной этиологии опухолей животных и человека. На основе открытия сделаны важные практические выводы, в частности тот, что птицы и другие животные могут быть источником онкогенных вирусов, опасных для человека. Из открытия следовало, что широко применяемые в практике здравоохранения живые вакцины, сыворотки, тканевые препараты и т. п., изготовляемые с использованием куриных эмбрионов, их тканей, а также тканей других животных, должны в обязательном порядке испытываться на отсутствие опухолеродных вирусов.

Работы советских исследователей до сих пор находятся в центре внимания международных противораковых конгрессов, симпозиумов и конференций онкологов.

"Коллектив лаборатории вирусологии Института экспериментальной и клинической онкологии АМН СССР, - рассказывает Г. Я. Свет-Молдавский, - ведет исследования в трех направлениях: изучается, каким образом вирус делает клетку злокачественной, какие факторы этому способствуют, как остановить этот процесс. Мы разрабатываем пути лечебного воздействия на опухоли, иным-и словами, иммунотерапии опухолей. Лаборатория также занята поисками новых опухолеродных вирусов".

Описанное открытие зарегистрировано под № 53 с приоритетом от 27 мая 1957 г. Авторам открытия вручены дипломы со следующей формулой открытия:

"Установлено свойство патогенности опухолеродных вирусов животных одного класса для животных другого класса. Впервые это свойство обнаружено для вируса куриной саркомы Рауса, вызывающего доброкачественные и злокачественные опухоли и неизвестную ранее кистозногеморрагическую болезнь у млекопитающих животных".

Явление синтеза эмбриоспецифического белка злокачественными опухолями

В 1962 г. сотрудниками Института эпидемиологии и микробиологии имени Н. Ф. Гамалеи АМН СССР профессором Г. И. Абелевым и кандидатами биологических наук С. Д. Перовой и Н. И. Храмковой (Куприной) было обнаружено прежде неизвестное биологическое явление. В крови животных, которым прививали рак печени, появлялся специфический белок, так называемый альфа-фетопротеин. Особый интерес это явление приобрело после того, как в 1963 г. профессор Ю. С. Татаринов (Астраханский медицинский институт) обнаружил присутствие альфа-фетопротеина в крови людей, болеющих первичным раком печени.

Дальнейшая разработка этой проблемы привела к неожиданному результату. В 1967 г. совместными усилиями сотрудников Института эпидемиологии и микробиологии имени Н. Ф. Гамалеи и Института экспериментальной и клинической онкологии АМН СССР доктора медицинских наук Н. И. Переводчиковой, академика АМН СССР Н. А. Краевского и кандидата медицинских наук И. В. Ассекритовой альфа-фетопротеин был найден в крови людей с другими опухолями, так называемыми тератобластомами.

В 1966-1969 гг. Международное агентство по изучению рака организовало на основе открытия советских ученых специальный международный эксперимент оценки метода диагностики первичного рака печени по реакции в крови на альфа-фетопротеин. Наблюдения за больными велись в семи центрах Всемирной организации здравоохранения - в Сенегале, Конго, Нигерии, Кении, Уганде, Сингапуре, на Ямайке. Анализ крови производился в трех не зависящих друг от друга лабораториях: в лаборатории по иммунохимии рака Института эпидемиологии и микробиологии имени Н. Ф. Гамалеи, в иммунохимической лаборатории Астраханского медицинского института и в лаборатории белка Парижского института по изучению рака. Результаты эксперимента полностью подтвердили выводы советских ученых.

В настоящее время в различных лабораториях мира используется специфический метод диагностики рака печени, разработанный в Советском Союзе. Этому способствует промышленный выпуск диагностикума рака печени, организованный по инициативе Института эпидемиологии и микробиологии имени Н. Ф. Гамалеи.

Работы советских ученых открыли новые пути изучения природы роста злокачественных новообразований. Стало ясно, что в опухолевых клетках возбуждаются механизмы синтеза некоторых белков, свойственных внутриутробному периоду развития человека. Возможно, эмбриоспецифические белки типа альфа-фетопротеина образуются и в других злокачественных опухолях. Есть сведения, что опухоли кишечника также синтезируют специфический эмбриональный белок. На основе открытия может быть исследован на молекулярном уровне механизм процессов возникновения и прекращения синтеза альфа-фетопротеина при нормальном развитии клеток и их злокачественном перерождении.

Открытие зарегистрировано под № 90 с приоритетом от 25 мая 1962 г., 30 января 1963 г. и 4 октября 1966 г. в следующей формулировке:

"Установлено неизвестное ранее явление синтеза и секреции в кровь млекопитающих возникшими у них опухолями гепатоцеллюлярного происхождения и тератобла-стомами с элементами эмбрионального рака альфа-фетопротеина - специфического белка сыворотки крови эмбрионов".

Явление образования гибридных инфекционных рибонуклеопротеидных комплексов

Наука неустанно ищет средства профилактики и лечения вирусных заболеваний, вызывающих эпидемии и поражающих миллионы людей. В клинической практике в этих целях широко используются вакцины - препараты из убитых или ослабленных живых вирусов, стимулирующих образование в организме антител. Недостатком вакцин является узкий спектр их действия - для каждого вируса требуется определенная вакцина. Другой метод борьбы с вирусами - химиотерапия. Однако не все химические препараты безопасны для организма.

В 1957 г. было установлено, что клетка, пораженная вирусом, вырабатывает белковое вещество - интерферон, защищающий другие клетки от вирусной инфекции. Сам по себе интерферон не воздействует на вирусы. Он лишь проникает в незараженные клетки, вызывая у них противовирусную активность.

Коллектив научных сотрудников Института вирусологии имени Д. И. Ивановского АМН СССР, куда вошли академик АМН СССР В. М. Жданов, доктор медицинских наук Ф. И. Ершов и кандидат медицинских наук Л. В. Урываев, открыл явление образования гибридных инфекционных рибонуклеопротеидных комплексов. Оказывается, при размножении вирусов в чувствительных клетках и тканях помимо типичных, хорошо изученных вирусных частиц образуются своеобразные химеры, или так называемые псевдовирусы, состоящие из рибонуклеиновой кислоты вируса и белков нормальной клетки. Такого рода частицы могут быть получены и искусственно, в пробирке.

Псевдовирусы отличаются рядом своеобразных свойств, из которых наиболее важна их нечувствительность к вирусспецифическим антителам. Вместе с тем они обладают инфекционными свойствами и могут вызывать соответствующие вирусные поражения в зависимости от типа нуклеиновой кислоты того или иного вируса.

Авторы открытия интенсивно изучали природу и роль псевдовирусов. Они определили, что их формирование является общебиологической закономерностью, возникшей в процессе эволюции вирусов. Псевдовирусы удалось обнаружить при энцефалитах, геморрагических лихорадках и других вирусных инфекциях.

Открытие псевдовирусов позволило понять механизм длительного вирусоносительства в иммунном организме при избытке в нем антител. Удалось доказать, что агентами так называемых дремлющих инфекций являются псевдовирусы, надежно защищенные белками клеток вируса. При исследовании структуры псевдовирусов с помощью электронного микроскопа установлено, что она во многом отличается от структуры классических вирусов.

Особенности инфекционного процесса, вызываемого псевдовирусами, изучаются. Разрабатываются наиболее простые и быстрые способы выявления псевдовирусов.

Описанное открытие зарегистрировано под № 89 с приоритетом от 22 июля 1969 г. в следующей формулировке:

"Экспериментально установлено неизвестное ранее явление образования гибридных, инфекционных рибону-клеопротеидных комплексов, возникающих при взаимодействии вирусных рибонуклеиновых кислот с клеточными белками животных и обладающих характерными свойствами, отличающими их как от вирусов, так и от выделенных из них рибонуклеиновых кислот (сдвиги в коэффициентах седиментации, плавучей плотности, частичная чувствительность к рибонуклеазе, устойчивость к вирусспеиифическим сывороткам)".

Явление потери животными естественной устойчивости к миксовирусной инфекции

Кандидат медицинских наук Г. К. Чепулис и академик АМН СССР В. М. Жданов (Институт вирусологии имени Д. И. Ивановского АМН СССР), проводя исследования, столкнулись со следующим явлением. Мыши, не восприимчивые к вирусу болезни Ньюкасла, поражающему в обычных условиях только птиц, становились восприимчивыми к этому вирусу после того, как у них было вызвано состояние иммунологической толерантности (т. е. подавлена выработка антител) к нормальным клеточным белкам куриного зародыша. Введенный таким мышам вирус болезни Ньюкасла размножается в их организме, вызывая общее инфекционное заболевание, нередко заканчивающееся смертью.

Оказалось, что восприимчивость к этому несвойственному мышам вирусу вызывают только те клеточные белки куриного эмбриона, которые типичны для данного биологического вида и регулярно обнаруживаются в составе данного вируса, если размножение его происходит в тканях куриного происхождения (так называемые видоспецифические антигены).

"Исследования показали, - рассказывает Г. К. Чепулис, - что явление потери устойчивости к миксовирусной инфекции наблюдается не только у вируса болезни Ньюкасла, но и при гриппозной инфекции. Клеточные белки, входящие в состав этих двух вирусов, играют важную роль в инициации и развитии инфекции при переходе вирусов из одного организма в другой.

Связано ли данное биологическое явление с процессом развития злокачественных опухолей? Чтобы выяснить этот вопрос, у мышей было вызвано состояние иммунологической толерантности к нормальным клеточным куриным белкам. Они были заражены куриной опухолью - саркомой Рауса. Началось злокачественное перерождение нормальных клеток и интенсивное размножение куриного опухолеродного вируса. Таким образом, было установлено, что открытие имеет общебиологическое значение и распространяется не только на обычные вирусные инфекции, но и на процессы формирования злокачественных опухолей, вызванных вирусами".

Открытие зарегистрировано под № 72 с приоритетом от 10 апреля 1967 г. Формула его такова:

"Экспериментально установлено неизвестное ранее явление потери естественной устойчивости к миксовирусной (например, гриппоподобной) инфекции животными, восприимчивыми (толерантными) к антигенам чужеродных незараженных клеток при наличии этих антигенов в структуре миксовирусов".

Закономерность развития качественно отличающихся общих неспецифических адаптационных реакций организма

Доктор медицинских наук Л. X. Гаркави, доктор медицинских наук, профессор М. А. Уколова и кандидат биологических наук Е. Б. Квакина (Ростовский-на-Дону научно-исследовательский онкологический институт Министерства здравоохранения РСФСР) открыли закономерность развития качественно отличающихся общих неспецифических адаптационных реакций организма. Открытие сделано в результате многолетнего изучения влияния раздражителей разной силы на организм и его сопротивляемость (резистентность), в том числе противоопухолевую.

Нормальное существование живого организма возможно лишь при условии постоянной адаптации к разнообразным воздействиям на него. Приспособление осуществляется при помощи общих реакций всего организма. Одна из таких реакций - стресс - была открыта в 40-х гг. нашего столетия канадским ученым Г. Селье. Стресс развивается в ответ на действие чрезмерных раздражителей и характеризуется комплексом изменений в организме, приводящим к кратковременному повышению его резистентности. Однако это достигается, по выражению самого Селье, дорогой ценой (в результате стресса может, например, появиться язва в желудочно-кишечном тракте и т. п.).

Исследования, проведенные в Ростовском-на-Дону научно-исследовательском онкологическом институте авторами открытия, показали, что организм по-разному реагирует на раздражения разной силы, что приводит к развитию различных общих адаптационных реакций.

"Решающее значение имеет сила раздражения, - рассказывает Л. X. Гаркави. - Так, если чрезмерно сильные раздражения (ожог, резкий холод, отравление и т. п.) вызывают стресс, то те же раздражения, но умеренной силы вызывают совершенно иную общую реакцию организма, названную нами адаптационной реакцией активации. В естественных условиях эта реакция свойственна молодому здоровому организму. Если эту реакцию вызвать в больном организме, то она приведет к быстрой мобилизации его защитных сил, причем без каких-либо повреждений".

Вот что говорит по этому поводу М. А. Уколова:

"Слабые раздражения, применяемые систематически, изо дня в день, как бы тренируют нервные процессы. Они вызывают в организме реакцию, названную нами адаптационной реакцией тренировки. Если поддерживать ее, то защитные силы организма постепенно повышаются".

"Вначале адаптационные реакции были получены в экспериментах на животных с помощью разной силы электрического раздражения гипоталамической области головного мозга или при введении в организм разных доз фармакологических веществ, действующих на эту область (адреналин, мелипрамин и др.), - рассказывает Е. Б. Квакина. - Дальнейшие исследования показали, что эти реакции могут быть вызваны бесконтактным раздражением гипоталамуса магнитными полями разной силы. Это дало возможность подойти к пониманию мало изученного механизма влияния магнитных полей на организм".

Г. Селье описал реакцию организма на сильные раздражения. Советские ученые рассмотрели реакции организма на раздражения слабой и средней силы и вскрыли общую закономерность - зависимость развития качественно отличных адаптационных реакций от силы воздействия на организм, а также показали значение этих реакций для повышения сопротивляемости организма.

Крыс со злокачественными опухолями помещали в камеру с повышенным содержанием углекислого газа, через вживленные в гипоталамус электроды пропускали электрический ток, а через канюли вводили химические вещества. Животные одинаково отвечали на раздражения, разные по природе, но различные по силе или дозе.

Сильные дозы резко ускорили развитие опухоли, слабые - существенно не изменяли, средние, напротив, тормозили их рост, а затем в большинстве случаев про^ исходило полное рассасывание, на месте опухоли оставался лишь рубец. Факт этот, сам по себе необычный, вполне согласовывался с посылкой, из которой исходили ростовские ученые.

На основе установленной закономерности под руководством авторов открытия успешно разработан метод магнитотерапии злокачественных опухолей. Разрабатываются методы защиты организма от повреждающего действия химио- и лучевого лечения злокачественных опухолей. Реакции тренировки активации могут быть использованы и в санаторно-курортном лечении, спортивной и космической медицине.

Открытие внесено в Государственный реестр открытий СССР под № 158 с приоритетом от 3 октября 1969 г. Оно сформулировано так:

"Экспериментально установлена неизвестная ранее закономерность развития качественно отличающихся общих неспецифических адаптационных реакций организма на действие факторов внешней и внутренней среды, состоящая в том, что при действии факторов, имеющих слабую (пороговую) или среднюю (умеренную) биологическую активность, возникает различный комплекс изменений в нейроэндокринной системе и обмене веществ и соответственно постепенное или быстрое повышение неспецифической резистентности организма".

Явление л-трансформации микробактерий БЦЖ в организме

Академик АМН СССР Н. А. Шмелев, доктор медицинских наук И. Р. Дорожкова и кандидат медицинских наук 3. С. Земскова (Центральный научно-исследовательский институт туберкулеза Министерства здравоохранения СССР) установили явление л-трансформации микробактерий БЦЖ в организме вакцинированных детей.

Более чем в 90 странах сейчас применяется противотуберкулезная прививка детям, - рассказывает И. Р. Дорожкова. - Однако до последнего времени не было известно, за счет чего в организме долго поддерживается иммунитет: через несколько месяцев бактерий вакцины не удавалось обнаружить.

Нам удалось установить, что ослабленные туберкулезные микробы сохраняются в организме много лет, но принимают биологически измененную форму - так называемый л-вариант. Туберкулезная палочка в этом случае приобретает другое строение: она может иметь вид шара, зерна и т. п. С помощью специально разработанного метода ее можно найти".

Открытие поможет выработать рекомендации для пересмотра существующих и разработки новых сроков повторных противотуберкулезных прививок. Оно важно для исследований измененных вариантов живых вакцин при других заболеваниях.

Открытие внесено в Государственный реестр открытий СССР под № 180 с приоритетом от 19 июня 1972 г. в следующей формулировке:

"Установлено неизвестное ранее явление трансформации микробактерий БЦЖ в организме вакцинированных детей в л-формы микробактерий БЦЖ, способные длительно персистировать в организме вакцинированных и вызывать клеточные реакции, присущие вакцине БЦЖ, а при различных неблагоприятных для макроорганизма условиях быть этиологическим фактором хронического вакцинального лимфаденита".

Свойство микроорганизмов использовать энергию окисления для хемосинтеза

Кандидат биологических наук Н. Н. Медведева-Ляликова (Институт микробиологии АН СССР) открыла свойство микроорганизмов окислять соединения сурьмы и использовать при этом энергию окисления для хемосинтеза.

В конце прошлого века великий русский микробиолог С. Н. Виноградский показал, что углекислота может восстанавливаться до органического вещества не только под действием солнечной энергии, когда растения осуществляют фотосинтез, но и при использовании химической энергии окисления некоторых неорганических веществ. Он назвал этот процесс хемосинтезом.

До недавнего времени были известны бактерии, использующие энергию окисления соединений азота, серы, железа и водорода. Некоторые из водородных бактерий могут окислять также окись углерода - угарный газ. Все эти микроорганизмы участвуют в круговороте перечисленных элементов в природе и играют большую роль в геохимических процессах.

В 1971 г. Н. Н. Ляликовой был обнаружен новый тип хемосинтеза, при котором бактерии используют энергию окисления сурьмы. Работа была начата в 1965 г., когда в отделе геологической деятельности микроорганизмов Института микробиологии АН СССР член-корреспондент АН СССР С. И. Кузнецов начал разрабатывать тему по выявлению новых микроорганизмов рудных месторождений.

"Как показали термодинамические расчеты, - рассказывает Н. Н. Медведева-Ляликова, - при окислении трехвалентной сурьмы в пятивалентную выделяется энергия, достаточная для существования автотрофных бактерий. Окисление руды в сурьмяных месторождениях рассматривалось геологами как чисто химический процесс, несмотря на то что при температурах, существующих в месторождениях, химическое окисление почти не идет. Микробиологическое окисление первичной сурьмяной руды, представленной сульфидом сурьмы антимонитом, идет двумя стадиями. Сначала гионовые бактерии окисляют серу антимонита, в результате чего образуется трехокись сурьмы, затем специфические сурьмяные бактерии переводят трехвалентную сурьму в пятивалентную. Соединение на основе пятиокиси сурьмы, как показал рентгеноструктурный анализ, идентично природным минералам, распространенным в зоне окисления сурьмяных месторождений".

Итак, благодаря открытию, обнаружен новый процесс, в ходе которого из неорганического образуется органическое вещество, хотя масштабы этого процесса незначительны. Кроме общей и геологической микробиологии открытие интересно для геохимии и минералогии. Оно позволяет по-новому понять процессы низкотемпературного окисления минералов сурьмы, выяснить их генезис и оценить роль микроорганизмов в создании сурьмяных месторождений.

Открытие внесено в Государственный реестр открытий СССР под № 140 с приоритетом от 2 ноября 1971 г. в такой формулировке:

"Экспериментально установлено неизвестное ранее свойство микроорганизмов на примере впервые обнаруженных бактерий stibiobacter окислять в условиях их нормальной жизнедеятельности соединения сурьмы и использовать при этом энергию окисления для хемосинтеза (усвоения углекислоты)".