Мы возвращаемся к историям из журнала Cosmos Magazine в печати. В июне 2024 года Дрю Рук рассмотрел новаторские исследования, которые извлекают лекарства из глубин, чтобы изменить нашу жизнь на суше.
Открытие ВИЧ/СПИДа
5 июня 1981 года Центр по контролю заболеваний США опубликовал в своём регулярном информационном бюллетене «Morbidity and Mortality Weekly» статью, в которой описывалось странное скопление внезапных случаев пневмонии в Лос-Анджелесе. Все пациенты были молодыми геями, которые не знали друг друга, не имели общих контактов и не знали о сексуальных партнёрах с подобными заболеваниями. Несмотря на курс лечения, двое мужчин уже умерли, а остальные трое оставались серьёзно больными и умерли вскоре после публикации статьи.
«Пневмоцистная пневмония в Соединённых Штатах почти исключительно встречается у пациентов с тяжёлой иммуносупрессией», — говорилось в редакционной заметке. «Возникновение пневмоцистоза у этих пяти ранее здоровых людей без клинически очевидного основного иммунодефицита является необычным».
Эта статья ознаменовала первое официальное сообщение об эпидемии ВИЧ/СПИДа. К концу 1980-х годов более 100 000 человек только в Соединённых Штатах умерли от СПИДа, и это было основной причиной смерти среди молодых людей — особенно мужчин в возрасте от 25 до 44 лет.
Поиск лекарства от ВИЧ/СПИДа
Серьёзность ситуации вызвала интенсивные усилия по разработке лекарства для лечения ВИЧ/СПИДа. В рамках этой работы учёные исследовали потенциал заброшенных лекарств, которые были разработаны десятилетиями ранее для других заболеваний, но были отложены из-за их неэффективности.
Одним из таких препаратов был азидотимидин, также известный как АЗТ. Он принадлежал к классу препаратов, называемых ингибиторами обратной транскриптазы нуклеозидов, и был впервые разработан в 1964 году как возможное лечение рака. В 1985 году учёные, участвовавшие в программе скрининга, проводимой Национальным институтом рака в Мэриленде, США, обнаружили, что АЗТ подавляет репликацию ВИЧ, не повреждая нормальные клетки.
Вскоре после этого британская фармацевтическая компания Burroughs Wellcome профинансировала клинические испытания для оценки препарата у людей со СПИДом. Результаты вселили надежду: хотя у препарата были побочные эффекты, включая серьёзные проблемы с кишечником, повреждение иммунной системы, тошноту, рвоту и головные боли, АЗТ значительно снизил уровень смертности.
Морские губки как источник новых лекарств
В марте 1987 года АЗТ стал первым препаратом, одобренным Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) для лечения СПИДа. Были проведены дальнейшие клинические испытания, в ходе которых тестировались различные дозы для снижения побочных эффектов.
Одно из этих испытаний — ACTG 019 — оказалось особенно важным: оно показало, что АЗТ эффективно задерживает начало СПИДа у бессимптомных людей с ВИЧ.
С тех пор АЗТ радикально улучшил и продлил жизнь бесчисленному количеству людей с ВИЧ; десятилетия спустя препарат остаётся распространённым компонентом плана лечения пациентов с ВИЧ. Но многие люди могут не знать о его происхождении — из океана, а именно из морских губок, которые также являются источником многих других жизненно важных лекарств, используемых сегодня.
Морские губки и их роль в медицине
В течение тысячелетий люди исследовали мир природы и собирали ресурсы, включая лекарства. Большинство из них были получены из наземных организмов; возможно, самые известные примеры — пенициллин, впервые обнаруженный из хлебной плесени в 1928 году, и аспирин, который был впервые выделен из ивы.
Но в последнее время научное внимание в этой области также обратилось к океану и его обитателям. За последние 40 лет было обнаружено более 30 000 новых химических веществ из морских видов, включая микробы, водоросли, губки и мшанки. Согласно исследованию, опубликованному в журнале Biomolecules & Therapeutics в 2016 году, эти химические вещества «часто характеризуются структурной новизной, сложностью и разнообразием».
Морские губки, в частности, оказались особенно богатым источником новых биохимических соединений. Они являются источником новых противоопухолевых препаратов, таких как трабектедин, а также химических веществ, которые могут убивать клетки рака печени.
Исследования морских губок
Ширли Помпони — морской биотехнолог из Океанографического института Harbour Branch. Она потратила почти 40 лет, собирая морских губок со всего мира и анализируя их химический состав в поисках новых лекарств.
Помпони говорит, что «подсела» на морскую биологию в колледже. В 1984 году, вскоре после того, как она защитила докторскую диссертацию по биологической океанологии, ей позвонили из Океанографического института Harbour Branch, который только что основал программу по открытию морских лекарств и нуждался в помощи в сборе и идентификации губок и других морских организмов.
Согласно Помпони, её работа основана на простой концепции: «найти и измельчить». Сначала она ищет организмы, которые чем-то необычны — либо из-за своей формы, цвета или размера, что может указывать на новый химический состав. Эти организмы не ограничены одним регионом океана; они распространены по всему океану и на различных глубинах, от мелководья до нескольких километров под водой.
Для сбора тех, кто обитает в мелководье, Помпони и её коллеги погружаются с аквалангом. Для тех, кто обитает в тёмных глубинах, они теперь используют дистанционно управляемые подводные аппараты; однако до 2011 года они использовали те, которыми управляли люди.
В лаборатории Помпони затем делает экстракт образца, измельчая его и смешивая с растворителем. «И затем мы тестируем этот экстракт, который может содержать десятки или даже сотни различных химических веществ, чтобы увидеть, например, убивает ли он раковые клетки или подавляет рост микробов».
Если экстракт достигает этого, следующим шагом является выделение конкретных молекул, которые являются активными, с помощью серии химических процедур, таких как спектроскопия или хроматография.
«И постепенно, — объясняет Помпони, — вы сужаете круг до одной молекулы. И в идеале в конце дня это будет новая молекула, которая никогда не была обнаружена раньше с новой биологической активностью, или это известная молекула, о которой ранее не сообщалось, что она имеет этот конкретный тип активности».
С идентифицированной активной молекулой начинается процесс определения её точного механизма действия.
«Вы должны выяснить: как химическое вещество на самом деле работает — например, как оно убивает раковые клетки? Потому что недостаточно просто сказать, что оно убивает клетки; нужно быть намного точнее».
Более 70% поверхности Земли покрыто океаном, который занимает площадь около 361 миллиона квадратных километров. Но это лишь поверхностное представление о масштабах того, что морской биолог Рэйчел Карсон однажды назвала «этой великой матерью жизни», поскольку оно мало что объясняет о огромном мире под ватерлинией.
Этот мир, который мы всё ещё — несмотря на десятилетия исследований и огромные скачки в технологиях — находимся в зачаточном состоянии восприятия, не говоря уже о понимании. Он содержит 99% всего живого пространства на планете, более трёх четвертей которого никогда не были нанесены на карту, исследованы или наблюдались людьми.
Мы знаем, что океан далеко не однообразен физически. В нём есть огромные вулканы, подводные горы, каньоны, траншеи, абиссальные равнины и горные хребты, которые затмевают многие из тех, что находятся над водой. На самом деле, в океане обитает самый большой горный хребет на Земле: срединно-океанический хребет, который простирается на 65 000 километров. Его средняя глубина составляет примерно 3 800 метров — в четыре раза глубже, чем средняя высота суши — а его самая глубокая точка, Марианская впадина, к востоку от Филиппин, составляет почти 11 000 метров в глубину, в которую поместилась бы гора Эверест с почти двумя километрами запаса.
В этом пространстве нет монокультуры, даже если оно может показаться таковым с нашей наземной точки зрения. В нём есть пять различных зон жизни, которые определяются количеством солнечного света, достигающего их. Самая экстремальная — зона Хадаль, расположенная на глубине 6 000 метров и ниже — характеризуется полной темнотой, отрицательными температурами и давлением, более чем в 1 000 раз превышающим поверхностное.
Во всех этих зонах обитает множество странных и удивительных видов — 91% из которых, по оценкам учёных, ещё предстоит классифицировать.
И среди самых странных и удивительных форм жизни, которые существуют там, есть губки.
Заключение
Это исследование расширяет наше представление об океане, превращая его из просто плоского пространства, простирающегося до горизонта, в многомерное, многозонное пространство. Это возможность оценить, насколько обширен и сложен океан на самом деле. Но это также помогает нам оценить и кое-что ещё: кажущиеся бесконечными открытия, которые предстоит сделать под водой, включая те, что скрыты в пористой ткани древних морских животных, которые, буквально, могут спасти наши жизни.