Дефектный вирус рака
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
В 1910 году Пейтон Раус в Рокфеллеровском институте выделил вирус из опухоли курицы плимутрокской породы. Им же было установлено, что если этот вирус привить другой курице, то возникает подобная же опухоль. Это уже было определенным доказательством того, что вирус может вызывать злокачественные образования. Раус и его сотрудники провели длительное, тщательное изучение свойств вируса саркомы Рауса, или НБУ, как этот вирус был назван. («Саркома» — злокачественная опухоль, развивающаяся из элементов соединительной ткани.)
После временного интереса к открытию ученого о выделенном вирусе вспоминали редко, так как никому не удавалось найти доказательства, что вирусы вызывают рак не только у кур, но и у других животных.
Однако в последние годы было установлено, что вирусы имеют отношение к различным видам опухолей млекопитающих. Поэтому ученых вновь заинтересовала взаимосвязь вирусов и рака. Причем внимание исследователей было сконцентрировано на вирусе саркомы Рауса, который по сравнению с другими опухолевыми вирусами наиболее активен, так как вызывает быстрое и непосредственное изменение клеток, приводя к злокачественным новообразованиям.
К слову если есть подозрение на рак, а частыми симптомами этой болезни могут быть продолжительные боли в разных частях тела, то стоит как можно быстрее сделать МРТ позвоночника (больше об этой процедуре можно узнать на сайте https://smart-mrt.com/mrt-pozvonochnik/) если, к примеру, долго болит спина. Ведь очень важно диагностировать рак на ранних стадиях, тогда шансы на успешное выздоровление в разы выше. Но вернемся к основной теме нашей статьи.
Что же известно об этом необычном вирусе, почему он способствует развитию рака? Установлено, что вирус саркомы Рауса обладает уникальной способностью трансформировать клетки. Он приводит к злокачественному перерождению большинства, если не всех зараженных клеток. Другие же вирусы изменяют только небольшую часть клеток или не изменяют их вовсе. Вот почему именно этот вирус так «удобен» для исследователя.
Для испытания активности вируса есть стандартный прием. Культура ткани готовится путем измельчения десятидневных куриных эмбрионов. Кусочки ткани обрабатываются трипсином для отделения клеток друг от друга. Затем отмытые клетки помещают в сосуд, где они размножаются. Когда клетки прикрепляются к стеклу, в питательную среду добавляют RSV необходимой концентрации. В течение нескольких дней «здоровые» клетки под влиянием вируса формируются в очаги трансформированных клеток. Клетки, взятые из этих скоплений, а затем введенные в организм курицы, и вызывают саркому.
Легко определить число таких очагов, которые развиваются в культуре ткани. Оно всегда пропорционально концентрации RSV, первоначально введенного в культуру. Из этого можно заключить, что инфекция, вносимая единственной вирусной частицей, достаточна для того, чтобы положить начало трансформации клетки и образованию саркомы.
В лаборатории вирусов Калифорнийского университета в Беркли были проведены исследования развития RSV в культуре тканей. Цель исследований — изучить влияние вируса на образование опухоли. Для этого к культуре — порядка миллиона клеток эмбриона цыпленка — добавляли RSV в достаточной концентрации. Этим самым в каждую клетку вносилась инфекция. Спустя примерно 12 часов, начинали появляться частицы нового вируса, причем скорость образования вируса в течение двух дней все время возрастала, достигая постоянного уровня на третий день.
Если не пополнять запас клеток в культуре тканей, то процесс размножения вирусов в конце концов резко замедляется и затем вовсе прекращается, после того как вирусы уничтожат все клетки и не будет, следовательно, «свободных клеток-хозяев», в которых они могут размножаться. Вирус саркомы Рауса так же, как вирус лейкоза, ведет себя по-иному: не убивает «клетку-хозяина», вирусы-потомки отходят от поверхности клетки, не разрушая ее.
Так как вирусы лейкоза размножаются таким же путем, как и RSV, мы не могли найти в кривой роста RSV намека на объяснение необычных, способствующих развитию рака свойств этого вируса. Однако мы натолкнулись на такой факт: время от времени одна из наших культур не образовывала очагов трансформированных клеток под влиянием RSV, несмотря на большое количество добавленного вируса. Клетки просто отказывались трансформироваться или репродуцировать вирус в сколько-нибудь существенном количестве. После нескольких таких досадных случаев, которые заставили нас отбросить эти культуры как бесполезные, мы все же решили, что такие случаи устойчивости (резистентности) культуры должны быть исследованы.
Было установлено, что фактором, вызывающим резистентность, является другой вирус: один из группы вирусов лейкоза. Когда он обнаруживался в эмбрионах цыплят, используемых для культуры ткани, культуры оказывались резистентными к инфекции. Кроме того, когда мы искусственно заражали этим вирусом клетки куриного эмбриона, эти клетки также становились резистентны к инфекции RSV. Поэтому мы назвали этот вирус фактором, вызывающим резистентность (или RJF). Как и другие вирусы лейкоза, он не производит видимых изменений в клетках, которые им заражены.
Обнаружение вируса — фактора, вызывающего резистентность, скоро привело ко многим удивительным открытиям. Несколько лет раньше Альфред Принс заметил, что колонии клеток эмбриона цыпленка, зараженных вирусом саркомы Рауса, выглядят обычно, но образуют очень мало вирусов саркомы Рауса. Кроме того, они резистентны к повторной инфекции RSV. Мы подумали, что «виновник» — здесь найденный нами вирус или какой-либо, подобный ему. Повторив опыты Принса, мы нашли, что колонии клеток, зараженных вирусом саркомы Рауса, действительно производят большое количество RJF, частицы которого вызывают устойчивость к повторному инфицированию.
Что же представляет собой этот новый вирус, и откуда он возник? Ведь в клетках, которые не были заражены вирусом саркомы Рауса, его обнаружить не удалось. Видимо, этот вирус проникает в клетку как спутник вируса саркомы Рауса. Возникла новая проблема: чтобы выявить новый вирус, надо было заразить им клетки и затем ввести RSV с тем, чтобы убедиться, стали ли клетки действительно резистентными к инфекции RSV. Но как произвести такого рода эксперимент, если неизвестный вирус не мог быть привит отдельно, а только вместе с вирусом саркомы Рауса? Прежде всего мы возлагали надежды на то, что создающий резистентность вирус присутствует в больших количествах, чем RSV. В этом случае, если бы мы разбавили вирусную взвесь таким образом, что RSV нельзя было бы обнаружить, то, возможно, осталось бы еще достаточное количество другого вируса, чтобы сделать все клетки устойчивыми к новой дозе RSV.
Эксперимент был проведен, и первоначальные предположения подтвердились. Мы получили вирус, вызывающий резистентность. Его содержание в 10 раз превышало содержание вируса саркомы Рауса. Первая проверка показала, что этот вирус является не чем иным, как вирусом, названным нами фактором, вызывающим резистентность. Но было и одно существенное различие между ними: большинство антител, которые нейтрализовали данный вирус, не могли нейтрализовать вирус-фактор, вызывающий резистентность. Поэтому следующим шагом была попытка сравнить новый вирус с вирусом саркомы Рауса. Оказалось, что они, в сущности, двойники.
В иммунологическом отношении новый вирус оказался неотличим от RSV: он нейтрализовался в точности теми же самыми антителами. Сходными с RSV были и другие его свойства. Но снова была и существенная разница: новый вирус не мог превращать нормальные клетки в клетки саркомы, ни у кур, ни в культурах цыплячьих тканей. Зато он обладал способностью вызывать лейкоз у кур, то есть такой же способностью, как вирус- фактор, вызывающий резистентность. Тем не менее, так как новый вирус был родствен RSV во всех других отношениях, его и назвали вирусом, связанным с вирусом Рауса, или RAV.
Для того, чтобы исследовать его более тщательно, мы решили попытаться изолировать вирус саркомы Рауса и связанный с ним вирус друг от друга. Применяя метод так называемого разведения, мы смогли доказать, что RAV существует самостоятельно. Нам удалось также получить чистые расы этого вируса. Гораздо труднее было отделить вирус саркомы Рауса от связанного с ним вируса. Опыты, проделанные нами, окончились неудачей.
Возобновил эти опыты ученый Хидезабиро Ханафуса, который работал в нашей лаборатории. Начал он с разведения вирусной взвеси. Ему удалось добиться, чтобы эта взвесь вызывала только два или три очага трансформированных клеток ткани. Предполагалось, что в этой взвеси присутствуют около 20 частиц RAV (то есть в 10 раз больше, чем частиц RSV). Проблема теперь заключалась в том, чтобы помешать RAV проникнуть в клетки, трансформированные RSV. Для этого Ханафуса разработал метод защиты этих клеток с помощью агара, содержащего антисыворотку, нейтрализующую активность RAV. Механизм действия заключался в следующем: затвердевающий агар ограничивал передвижение клеток, содержащих RAV, а антисыворотка лишала активности любые частицы этого вируса, освободившегося из клеток.
Спустя семь дней, когда зараженные вирусом саркомы Рауса скопления клеток полностью развились, Ханафуса собирал эти клеточные очаги, дисперсировал их трипсином, а затем засевал для размножения в новую культуру незараженных клеток курицы. Эти трансформированные клетки с введенным в них RSV начинали расти быстрее, чем нормальные клетки. Такие опыты повторялись два раза в неделю, при этом трансформированные клетки многократно делились и пересевались.
При каждом засеве клеток трансформированные очаги проверялись на присутствие вируса. В большинстве случаев они не содержали его. Но, к нашему огромному удивлению, скопления клеток не содержали также и вируса саркомы Рауса. Тем не менее эти трансформированные клетки были типичными для саркомы Рауса. Привитые эмбрионам кур или цыплятам, они вызывали саркому. При этом образовавшиеся опухоли были полностью лишены вирусов. Только в некоторых случаях клетки саркомы в культурах тканей производили вирус саркомы Рауса, причем всегда он присутствовал в них вместе со связанным с ним вирусом.
На основании такой закономерности можно было сделать предположение, что сопутствующий вирус необходим для размножения вируса саркомы Рауса. Но и это предположение требовало проверки. Снова сопутствующий вирус был введен в клетки саркомы, которые вовсе не производили вирусов. (Мы назвали их NP-клетки, то есть клетки, не производящие вирусов.) Выяснилось, что действительно введение сопутствующего вируса неизменно приводило к тому, что клетки, не производящие вирусов, начинали обычным путем вырабатывать инфекционный вирус — саркому Рауса.
Таким образом, вирус саркомы Рауса без помощи другого вируса легко трансформировал обычные клетки в опухолевые. Однако при отсутствии другого вируса был не в состоянии производить себе подобные. Вывод напрашивался сам собой. По-видимому, вирус саркомы Рауса — дефектный вирус, лишенный генетической информации, необходимой для производства потомства. Тем не менее, геном (комплект генов) рибонуклеиновой кислоты вируса саркомы Рауса передается от первого поколения зараженных этим вирусом клеток последующим поколениям. Этот вывод сделан на основании того, что потомство более чем пятидесятого поколений клеток, не воспроизводящих вирусы, воспроизводит вирус саркомы Рауса после добавления вспомогательного вируса.
Мы уже говорили, что главная цель исследований — установить причины исключительной способности вируса саркомы Рауса трансформировать клетки, превращая их в злокачественные. Пока исчерпывающего объяснения не найдено (высказано множество гипотез, разработаны методики дальнейших исследований), но мы полагаем, что эти необычные свойства связаны с дефектностью вируса. Не исключена возможность, что эта дефектность явится ключом к разгадке тайны вируса.
Автор: Гарри Рубин, перевод с английского.