Как Дарвин и теория эволюции меняют медицину
Аргентина Телеграм-канал "Новости Аргентины"
Когда ему было 20 лет, Рэндольф Нессе задумался о том, почему мы стареем. Он не мог понять, почему естественный отбор не устранил старение вообще. Спустя годы друзья из местного музея естественной истории обратили внимание Нессе на теорию, согласно которой старение - это просто побочный эффект эволюционного отбора одних генов перед другими. Если заболевание проявляется только после того, как организм достиг репродуктивного пика, то не будет селективного давления, чтобы предотвратить его передачу". Будучи врачом, Нессе осознал, что, хотя он понимает, как эти силы могут формировать виды, он не имеет представления о том, как естественный отбор работает в человеческом организме: "Никто никогда не говорил о важности эволюционной биологии (в медицине). В настоящее время Нессе считается основателем эволюционной медицины, иногда называемой также дарвиновской медициной, - относительно новой и развивающейся дисциплины, которая применяет эволюционную теорию к вопросам здоровья и болезней человека. "В то время как большинство современных медицинских исследований сосредоточено на физических и молекулярных причинах заболеваний, эволюционная медицина пытается понять, почему мы могли стать восприимчивыми к болезням, и как мы можем использовать эволюцию для борьбы с ними. "Мы имеем дело с совершенно новой фундаментальной наукой, которая еще не применялась в медицине, - говорит Нессе, - Это очень большая задача - полностью изменить наши представления о том, что такое человеческий организм и как он работает. Их работа уже начинает менять наши представления о том, как развиваются раковые и аутоиммунные заболевания. Кроме того, открываются новые стратегии решения таких пагубных проблем здравоохранения, как устойчивость к противомикробным препаратам. "Я был удивлен, что за столь короткое время появилось так много практических последствий, - говорит Нессе, - сами раковые опухоли являются демонстрацией эволюционного процесса в микрокосмосе. Они представляют собой группы клеток, которые постоянно конкурируют и взаимодействуют друг с другом, что способствует росту и процветанию опухоли. В недавнем исследовании подчеркивается практически "бесконечная" способность раковых клеток к эволюции и выживанию: "Например, когда пациент получает лекарственную терапию, возникает новое селективное давление, которое уничтожает клетки, наиболее уязвимые к лечению. Именно поэтому даже успешные методы лечения рака в конечном итоге перестают действовать для многих пациентов: раковые клетки вырабатывают устойчивость к лечению и начинают неконтролируемо расти. "Мы могли бы обосновать, что это непосредственная причина смерти большинства пациентов", - говорит Роберт Гейтенби, содиректор Центра передового опыта в области эволюционной терапии при Онкологическом центре Моффитта (Флорида, США). "Через призму эволюционного мышления лаборатория Гейтенби разрабатывает две различные стратегии борьбы с раком: адаптивную терапию и терапию вымирания. По словам Гейтенби, в течение последних 50 лет догмой в лечении рака было то, что один и тот же препарат или комбинация препаратов вводится циклами до тех пор, пока не появятся явные признаки прогрессирования опухоли (когда она начинает расти, выходя из-под контроля) или чрезмерной токсичности, что обычно происходит спустя длительное время после достижения максимального ответа. "По его словам, это "бесполезно", поскольку большинство оставшихся клеток устойчивы к препарату, и, продолжая ту же терапию, онколог дает им возможность размножаться, чтобы их популяция стала больше и разнообразнее. "Его теория адаптивной терапии, напротив, направлена на корректировку дозы препаратов для достижения индивидуального подхода, давая достаточно лечения, чтобы опухоль была как можно меньше, но не уничтожая чувствительную популяцию полностью. Затем терапия отменяется. Это позволяет чувствительным к лечению клеткам продолжать борьбу за место в опухоли, не позволяя другим клеткам, устойчивым к лекарственным препаратам, доминировать благодаря адаптивному преимуществу". "Поскольку мы не можем контролировать опухолевые клетки, устойчивые к терапии, нам нужно привлечь чувствительные к лечению клетки, чтобы они сделали это за нас", - говорит Гейтенби, который развивал эту идею с момента ее первой публикации в 1991 году. Его исследовательская группа, возможно, самая передовая в этой области, уже продемонстрировала работоспособность этой методики в небольшом экспериментальном исследовании с участием больных раком предстательной железы. Кроме того, общая выживаемость пациентов, получавших адаптивную терапию, была на 2,26 года выше, чем у тех, кто получал стандартное лечение. "В другом методе лечения - терапии вымирания - Гейтенби хочет пойти еще дальше и использовать то, что мы знаем о том, как вымирают виды животных, для разработки лечебной терапии, которая приведет к вымиранию раковых популяций. Идея заключается в том, чтобы не ждать, пока опухоль вырастет снова после применения врачами первоначальной терапии, а провести совершенно другую терапию, прежде чем опухоль сможет восстановиться: застать опухолевые клетки врасплох быстрым курсом другого препарата". Хотя пока существует только математическая модель такой терапии, группа Гейтенби предложила провести клинические испытания против рака поджелудочной железы и молочной железы. "Слоном в комнате" остается то, как подобные исследования перейдут от клинических испытаний, если они окажутся успешными, к принятию в реальном мире, - считает Майкл Хохберг (Michael E Hochberg), уважаемый директор по исследованиям Национального центра научных исследований при университете Монпелье (Франция). Возможно, эволюционная медицина действительно является наиболее вероятной научной перспективой для решения подобных больших вопросов, - считает Хохберг, - но врачам все равно приходится ежедневно лечить пациентов, работая с известными им решениями, проверенными передовыми методами и не оставляя места для гипотез". "Эволюционная медицина также применяется в поисках решения одной из самых быстрорастущих проблем современного мира - антибактериальной резистентности. "Широкое применение антибиотиков непреднамеренно привело к эволюции бактерий и возникновению у них резистентности", - говорит он. Кроме того, устойчивость развивается и другими путями - от обмена генетическим материалом до накопления случайных мутаций. Если мы хотим решить эту проблему, нам нужно понять эволюцию, а затем взяться за слабые места", - говорит Эндрю Рид, директор Института наук о жизни Хака при Университете штата Пенсильвания. "Команда Рида разрабатывает "антибиотические препараты", которые помогут контролировать распространение устойчивости к противомикробным препаратам в тех местах, где лекарства могут принести больше вреда, чем пользы. Например, устойчивость к противомикробным препаратам часто возникает из-за того, что некоторые сильнодействующие антибиотики, которые пациенты получают внутривенно, попадают в пищеварительную систему пациента, где изменяют баланс микробиоты и, как следствие, формируют устойчивость к препаратам. "Инактивирующие препараты сами по себе ничего не дают в клиническом плане, но они предотвращают действие препарата в кишечнике и могут уменьшить этот пагубный эффект. Его лаборатория уже показала, что этот механизм хорошо работает на мышах, предотвращая распространение супержука Enterococcus faecium после лечения антибиотиками. "Но это общее решение, которое не подавляет резистентность в случае встречи бактерий и лекарств. Одна из причин, по которой с устойчивостью бактерий так трудно бороться, заключается в том, что она возникает не просто в результате типичного случайного эволюционного пути: когда случайная мутация делает некоторые бактерии сильнее и способнее противостоять лекарствам. Она также возникает в результате горизонтального переноса генов, который происходит как внутри одного вида бактерий, так и между видами. Этот процесс позволяет мутациям, передающим лекарственную устойчивость, распространяться гораздо быстрее". "Исследовательская группа Анны Фаревелл из Университета Гетеборга (Швеция) пытается остановить один из механизмов горизонтального обмена ДНК между бактериями, известный как "конъюгация", когда клетки вступают в прямой контакт, часто через проходящую между ними трубку. "В своих исследованиях ученые изучают, какие пары видов бактерий смешиваются и способствуют или препятствуют ли этому конкретные условия окружающей среды, такие как пестициды или загрязнение тяжелыми металлами. Они уже показали, что Escherichia coli, распространенная бактерия, вызывающая пищевые отравления и целый ряд других инфекций, может прекратить конъюгацию при контакте с медью, что снижает ее способность к конъюгации почти в 100 раз". "Понимание того, какие молекулы мешают конъюгации, может помочь разработать эффективные "антиконъюгационные препараты", но исследование пока носит предварительный характер, и существует еще много других способов обмена ДНК между бактериями, которые этот подход не затронет", - признает Фаревелл. По его словам, бактерии невероятно умны. "Я не думаю, что решение будет найдено. Подходов будет много, - добавляет он, - хотя области исследования рака и бактериальной резистентности являются наиболее продвинутыми в области эволюционной медицины, впереди еще долгий путь. Критики утверждают, что, несмотря на более глубокое понимание теории эволюционной медицины, неясно, в какой степени эти новые знания могут быть использованы на практике. "Я редко встречал разговоры, которые действительно фокусировались бы на проблеме логистики и преимуществах перехода от стенда к клинике, - говорит Хохберг. Основная проблема заключается в том, чтобы преодолеть разрыв между учеными, работающими в области эволюционной биологии, подготовкой врачей и менталитетом специалиста в контексте всего большого фармацевтического истеблишмента, - говорит Бернард Креспи, эволюционный биолог из Университета Саймона Фрейзера, - Также остается под большим вопросом, как эволюционная медицина найдет способ сотрудничать с фармацевтической промышленностью. Но Нессе - человек, с которого все началось, - утверждает, что эволюционная медицина все еще способна дать новые вопросы и новые ответы о болезнях: "Между эволюционной биологией и медициной существует пропасть, и это наносит реальный вред здоровью человека. "Это медленный процесс, но наука всегда побеждает", - говорит он.