Бактерии против рака

Бактерии против рака
30/12/2016

Как ни удивительно, но идея лечить рак с помощью бактерий возникла очень давно, ещё 200 лет назад. Первые систематические исследования противоракового эффекта бактерий выполнил американский хирург-онколог Вильям Коли в 1890-х годах. Заметив, что перенесённая бактериальная инфекция улучшает состояние онкобольных, он начал специально вводить пациентам бактерии стрептококков. Бактерии были живые, и, хотя в борьбе с раком удалось достичь прогресса, больные умирали из-за самих микробов. Тогда Коли стал убивать микроорганизмы нагревом перед тем, как вводить больным, и добился значительных успехов: многие из его пациентов, которые находились на последних стадиях заболевания, выздоравливали и жили ещё много лет. Причём эффект был как в том случае, когда бактерии вводили прямиком в опухоль, так и тогда, когда их вводили просто в кровь.
Listeria monocytogenes

Бактерии, живые или мёртвые, неизбежно привлекают внимание иммунной системы. Но, как известно, иммунитет «охотится» не только за инфекциями, отслеживать злокачественные клетки также его задача. Очевидно, в случае противораковой «вакцины» Вильяма Коли иммунная система, раззадоренная микробами, уничтожала заодно и опухоль. Со временем о бактериальном методе подзабыли — на первый план вышли радио- и химиотерапия, да и хирурги научились удалять опухоли более тщательно. Но в конце XX века о работах Коли вспомнили снова, и оказалось, что эффективность его «вакцины» почти такая же, как у многих современных противораковых схем лечения. Исследования возобновились.

Не всякие бактерии оказались пригодны для лечения рака. Когда больным вводили внутривенно ослабленных сальмонелл, те не оказывали почти никакого влияния на опухоль. Но когда в качестве бактериального десанта использовали почвенных бактерий Clostridium novyi, появилась надежда на успех. Клостридии — анаэробы, то есть предпочитают жить там, где кислорода нет или же очень мало. Именно это заставляет их искать в организме опухоль: ведь в раковой опухоли уровень кислорода очень низкий. (А низкий он из-за того, что опухоли приходится обходиться без кровеносных сосудов, хотя на каком-то этапе развития они всё-таки в неё прорастают.)

Живые клостридии убивают опухоль, вероятно, с помощью своих ферментов, а потом используют остатки раковых клеток как источник питательных веществ. Кроме того, они активируют иммунную систему, которая вместе с бактериальными клетками начинает уничтожать и раковые. В экспериментах исследователей из Университета Джонса Хопкинса (США) бактерии перед введением ослабляли нагреванием, и благодаря тому, что бактерии были живыми, они сохраняли способность действовать на раковые клетки своими ферментами. В результате из шестнадцати подопытных собак с опухолью у пяти она остановилась в росте, у шести уменьшилась или вовсе исчезла.

Бактерии, как известно, весьма терпимо относятся к вмешательству в свой геном: их можно снабдить одним, двумя, а то и несколькими генами из какого-нибудь другого организма, и бактериальная клетка не только выживет, но и даст возможность новым генам работать внутри себя. Сейчас генетическая модификация бактерий стала рутинной процедурой: например, диабетики уже не один десяток лет используют инсулин, синтезируемый кишечной палочкой с человеческого гена. Очевидно, что в случае противораковых бактерий исследователям не могла не прийти в голову мысль как-то их усилить. Некоторое время назад сотрудники Маастрихтского (Нидерланды) и Ноттингемского (Великобритания) университетов модифицировали бактерию Clostridium sporogenes, снабдив её ферментом, активирующим противоопухолевый препарат, который надо было вводить следом за бактерией. Анаэробные клостридии, скопившись в опухоли, выделяли фермент, превращавший молекулу — предшественника лекарства — в само лекарство. По сути, это форма химиотерапии, которую удалось ограничить только самой опухолью: за её пределами препарат остаётся неактивным (поскольку там нет бактерий) и не вредит здоровым тканям.

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего вместе с коллегами из Массачусетского технологического института (США) пошли ещё дальше. В последней статье в «Nature» они описывают Salmonella enterica, модифицированных тремя разными способами: одна разновидность синтезировала токсин под названием гемолизин Е, проделывающий дыры в мембранах раковых клеток; другая — специальный белок, активирующий иммунную систему; наконец, третья разновидность сальмонелл производила особую молекулу, запускающую в раковых клетках программу самоуничтожения. Синтез всех трёх видов «оружия» включался сигнальной молекулой, которую опять же создавали сами бактерии.

Сигнальная молекула, кроме того, могла выходить из бактериальных клеток наружу и передавать сигналы другим бактериям — таким образом можно было добиться синхронизированной работы всей колонии. Но когда химического сигнала становилось слишком много, он запускал ещё и синтез вирусного белка (ген которого опять же загодя вносили в сальмонелл), и этот белок разрушал бактерии. Все накопленные противораковые вещества оказывались во внешней среде, а на месте большой колонии бактериальных клеток оставалась лишь горстка выживших, которые, впрочем, вскоре создавали всю колонию заново. Периодическое убийство бактерий требовалось не только для того, чтобы высвободить из них лекарственные молекулы — если микробам дать разрастись выше определённого уровня, они станут вредить уже здоровым клеткам как сами, так и с помощью тех противораковых веществ, которые они насинтезировали.

Все три вида модифицированных сальмонелл хорошо сработали на культуре клеток рака шейки матки, но, когда настал этап экспериментов с животными, оказалось, что бактерии дают лучший эффект, если использовать их с обычным химиотерапевтическим средством — 5-фтороурацилом, который подавляет деление раковых клеток. Мыши с опухолью толстого кишечника и метастазами в печени жили дольше, когда получали противораковые бактерии вместе с 5-фтороурацилом, чем если бы им вводили отдельно либо бактерии, либо лекарство. Авторы работы подчёркивают, что полностью опухоль не исчезала, но это говорит лишь о том, что не все возможности такого подхода реализованы до конца: микробов можно снабдить более сильнодействующим оружием, и если учесть, что сальмонелл подвергли достаточно простым модификациям, то методу определённо есть куда расти.

Правда, здесь снова возникает вопрос об адресной доставке. Поскольку вышеописанные эксперименты ставили с кишечными и печёночными опухолями, то бактериальный препарат можно было давать животным перорально, то есть через рот: модифицированные микробы без дополнительных усилий со стороны экспериментаторов накапливались в кишечнике и в печени. Но если мы захотим направить бактерии в какой-нибудь другой орган, то придётся либо внедрять их с помощью прямой инъекции, либо придумать, как заставить микробов самих прийти туда, куда надо. Об одном решении мы уже говорили: взять анаэробных бактерий, которые могут жить и работать только в условиях пониженной концентрации кислорода, а как раз такие условия им предоставит опухоль. Возможно, специфичность микробов можно усилить, снабдив их некоей молекулярной антенной, которая приведёт их к опухоли.

Есть и другой вариант — довериться иммунитету; именно так поступили исследователи из Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна (США). В статье, которая вышла в журнале «PNAS» в 2013 году, они рассказали о радиоактивных бактериях Listeria monocytogenes, которых направили бороться против рака поджелудочной железы. Орудием борьбы служили изотопы рения, закреплённые на поверхности бактериальных клеток. Сами листерии достаточно опасны, но, оказавшись в теле больного животного, они накапливались только в опухоли. Дело в том, что в зоне злокачественных опухолей иммунная система обычно работает плохо, и потому бактерии, которые перед введением в организм ещё и специально ослабляют, обосноваться могут только там — за пределами опухоли их истребит иммунитет. В случае с листериями так и вышло: радиотерапия оказалась адресной, и число метастазов у животных удалось уменьшить на 90% (напомним, что рак поджелудочной железы считается одним из самых агрессивных из-за необычайно высокой склонности к метастазированию). С другой стороны, против первичной опухоли, которая, собственно, и рассылает метастазы, радиобактерии оказались почему-то бессильны. Как заставить бактерии обнаруживать абсолютно все очаги болезни? Это ещё одна проблема разрабатываемых микробных способов противораковой терапии, которую, будем надеяться, удастся в скором времени решить.

Напоследок заметим, что не только бактерии можно использовать в качестве биологического оружия против рака. Так, сотрудники кафедры микробиологии и вирусологии Российского университета дружбы народов под руководством профессора Михаила Далина исследуют антионкогенные свойства трипаносом — одноклеточных организмов, которые паразитируют как на животных, так и на людях, вызывая сонную болезнь, болезнь Шагаса и др. Ранее было показано, что Trypanosoma cruzi уменьшает вероятность развития колоректального рака у крыс и мышей. Среди прочих противораковые свойства трипаносом наблюдали исследователи из Университета Колимы (Мексика), которые вместе с коллегами из РУДН стали соавторами статьи в «Bulletin of Experimental Biology and Medicine», опубликованной в 2015 году и посвящённой влиянию трипаносом на лимфатическую опухоль. Опыты ставили с мышами, страдающими от одной из разновидностей Т-клеточной лимфомы (то есть когда опухоль возникает в лимфатической ткани из клеток-предшественников Т-лимфоцитов). Оказалось, что если таким животным вводить обломки клеток трипаносом, то опухоль не только остановится в росте, но и начнёт уменьшаться в размерах. Такой же эффект случается и при контакте живых трипаносом с раковыми клетками, однако вводить разрушенных одноклеточных паразитов видится всё-таки более безопасным.

В другой статье, опубликованной в 2014 году в журнале «Цитология», говорится не о бактериях и не о простейших, а о грибе Trichoderma asperellum из семейства Гипокрейных. Правда, в этом случае мышам с опухолью вводили не сами грибы, а культуральную жидкость, в которую грибы во время роста выделяли какие-то свои вещества. Резеда Тухбатова и её коллеги из Казанского государственного университета пишут, что под действием культуральной жидкости опухоль разрушается; действующим веществом предположительно является L-лизин-α-оксидаза, которая известна своими противоопухолевыми свойствами и которую грибы рода Trichoderma активно синтезируют. Необходимо добавить, что исследователи работали с меланомой, которая тоже считается одной из самых агрессивных разновидностей рака, активно рассылающей метастазы в другие органы и ткани. Сейчас появляется всё больше сообщений о том, что те или иные вещества, содержащиеся в грибах, способны убивать злокачественные клетки; и возможно, именно грибы помогут нам пусть не избавиться от рака полностью, но хотя бы сделать эту болезнь менее опасной.
Ссылка на источник