Вирусы и эпидемии в истории мира. Прошлое, настоящее и будущее - Майкл Олдстоун

Как только стало ясно, что инфицирование вирусом кори создает после выздоровления пожизненную защиту от этой болезни и что человек является естественным носителем вируса (его естественным хозяином), появился интерес к созданию превентивной противокоревой вакцины36. Принципы выращивания бактерий в культурах тканей были определены Робертом Кохом и Луи Пастером во второй половине XIX века. Такие культивационные технологии позволяли изолировать в чистой тканевой культуре бактерии-возбудители, признанные причиной определенных болезней. Это позволяло исследователям проводить различные манипуляции с бактериями, очищать их, изучать их биохимические и биологические свойства. Например, возможность вырастить бактерии в пробирке и чашке Петри для выращивания культур оказалась очень полезной в открытии антибиотиков, которые сильно сократили количество бактериальных инфекций. К тому же терапевтические материалы, такие как инактивированные токсины (яды), антидоты к ядам и вакцины, были произведены именно таким путем. Итак, вред, наносимый человечеству бубонной чумой, холерой, тифом, дифтерией, сепсисом, эндокардитом и менингитом, был предотвращен с помощью лабораторных исследований, что на 99 % сократило смертность от бактериальных инфекций.

С вирусами ситуация была иной. Вирусы, в отличие от бактерий и других микроорганизмов, реплицируют только внутри живых клеток. Соответственно, невозможность вырастить вирусы в тканевых культурах стала главным препятствием в борьбе с инфекциями, вызванными вирусами кори, полиомиелита и другими. В первом десятилетии XX века Алексис Каррель разработал процедуру для выращивания клеток в культуре. Любопытно, что Каррель работал над созданием искусственного сердца вместе с Чарльзом Линдбергом – авиатором, который первым перелетел через Атлантический океан. В 1912 году Каррель был награжден Нобелевской премией за работу над «сосудистым швом и трансплантацией кровеносных сосудов и органов». Тем не менее именно его новаторская работа с тканевой культурой будет представлять больший интерес. К сожалению, его методология была сложной, тяжеловесной и непрактичной. Затем в 1920-х годах С. Паркер-младший и Р. Най продемонстрировали, что вирусы могут расти и размножаться в кусках выращенной ткани. Несколько лет спустя Хью и Мэри Мейтленды упростили технологию и нашли способ сохранять клетки живыми в тканевой культуре короткое время38.

Хью Мейтленд родился в Канаде и, пройдя обучение в области бактериологии в Университете Торонто и в Германии, работал в Институте Листера над первым изолированным вирусом животного – вирусом ящура. В 1927 году его назначили на кафедру бактериологии в Университете Манчестера в Англии. Там он вместе с женой Мэри Коэн Мейтленд преуспел в выращивании вирусов коровьей оспы в простой тканевой культуре, позднее получившей название «среда Мейтлендов»38. Этот метод суспензионной клеточной культуры широко использовался многочисленными исследователями для изучения роста и развития вирусов.

Затем в 1936 году, Альберт Сейбин и Питер Олитский сделали попытку вырастить вирус полиомиелита в среде Мейтлендов на культурах эмбриональных тканей цыпленка, мыши, обезьяны и человека. Они обнаружили, однако, что вирус реплицирует только в эмбриональных тканях человеческого головного мозга. Их вывод о том, что этот вирус был крайне нейротропным (взаимодействующим с клетками нервной системы) и что выращивать его в клетках других типов было бы непрактично и невозможно, оказался ошибочным, как будет видно из главы 7, но в то время выглядел вполне рациональным. Для своих исследований Сейбин и Олитский использовали полиовирус, полученный у Симона Флекснера из Института Рокфеллера, который, скорее всего, был уже адаптирован к клеткам нервной системы и мог развиваться только в них, потому что много раз пропускался через нервную систему обезьян. Неверное заключение было опровергнуто Томасом Уэллером, Фредериком Роббинсом и Джоном Эндерсом, которые уже использовали эмбриональные культуры человека для изоляции вируса ветряной оспы (вирус ДНК-типа, вызывающий ветряную оспу, или ветрянку) и вызывающих диарею вирусов котят. Они получили полиовирус из другого источника и успешно инфицировали им эмбриональные клети39,40. Джону Эндерсу было суждено создать противокоревую вакцину36.

Джон Франклин Эндерс родился в 1897 году в состоятельной семье в Западном Хартфорде, штат Коннектикут. Будучи аспирантом в Гарварде, он выбрал специализацию по английской и кельтской литературе. Однако под впечатлением лекции и учений Ганса Цинссера, заведующего кафедрой бактериологии и микробиологии в Медицинской школе Гарварда, Эндерс решил изменить направление и пройти курс по микробиологии для написания и защиты докторской диссертации в этой области. Через три года, в возрасте 33 лет, он получил докторскую степень по бактериологии и иммунологии и стал наставником в Медицинской школе. Как большинство микробиологов его поколения, он работал над методами борьбы с туберкулезом и пневмококковыми инфекциями. Его внимание привлекла болезнь, поразившая в 1937 году котят, изменившая в будущем область его исследований. Эндерс и Уильям Хейм продемонстрировали, что болезнь, от которой страдали кошки, вызывалась фильтрующимся возбудителем и что этот возбудитель был переносчиком болезни. Изучение того, что оказалось вирусом кошачьей панлейкемии, стало первым реальным опытом работы Эндерса в области вирусологии, привело к его первой публикации в этой области и послужило причиной того, что всю свою научную карьеру он посвятил этой дисциплине.

Тогда же, используя в работе метод выращивания клеток в тканевых культурах Мейтлендов, Эндерс, осознав его непригодность, вернулся к технологии Алексиса Карреля по выращиванию клеток в медленно вращающихся пробирках (методы непрерывного культивирования). Несмотря на сложность этого метода, к 1940-м годам он преуспел в выращивании большого объема вируса коровьей оспы и в получении высоких вирусных титров. Ему также удалось продлить жизнь выращенных эмбриональных клеток цыпленка. Его работа была прервана Второй мировой войной, после которой он вернулся, в Гарвард, где было создано научно-исследовательское отделение по изучению инфекционных заболеваний при Детской больнице. Основным направлением его работы станет применение методов выращивания клеток в тканевых культурах к вирусологии и распространение его изысканий на диагностику и вакцинацию. Используя свои усовершенствованные методы, он повторил исследование Сейбина – Олитского в 1946 году, но использовал клетки, выращенные в тканевой культуре. Он продемонстрировал, что полиовирус развивался не только в клетках мозговых тканей, но также и в выращенных клетках кожи, мышц и кишечника. После этого он доказал, что вирусы, полученные таким образом, вызывали узнаваемую картину цитопатологии (разрушения клеток) и что сыворотка из крови людей, обладавших иммунитетом против полиовируса, блокировала такое разрушение клеток. Таким образом, Эндерс смог обеспечить вирусологов таким же важным инструментом для исследований, каким стало для бактериологов создание Пастером и Кохом питательных сред с заданными показателями для выращивания микроорганизмов. Теперь вирусы можно было выращивать в питательной среде, выделять и изолировать, очищать и ослаблять их вирулентность36,40.

За 50 лет до того, как Эдвард Дженнер41 продемонстрировал, что прививка коровьей оспы защищает человека от оспы натуральной, и ввел в обиход понятие вакцинации; через 30 лет после того, как по просьбе леди Монтегю ее сыну провели вариоляцию в Константинополе42, шотландскому врачу Фрэнсису Хоуму43 пришла в голову такая же мысль, и он попытался получить легкую форму кори, имитируя процесс вариоляции. Взяв кровь у инфицированного корью и введя ее под кожу незараженному реципиенту, Хоум смог инфицировать корью 10 пациентов из 12. Этот эксперимент ясно показал присутствие вируса кори в крови человека почти за 100 лет до того, как Фрош и Лёффлер описали первый животный вирус44. Имея в распоряжении метод выращивания клеток во вращающихся пробирках и зная о результатах, полученных Хоумом, Эндерс и его ученик Томас Пиблс получили вирусы из крови и глоточных смывов подростка Дэвида Эдмонстона, страдавшего тогда от острой формы вирусной коревой инфекции. Затем они вырастили эти вирусы в эпителиальных клетках, полученных из человеческих и обезьяньих почек45. Впоследствии те же вирусы, выращенные в клеточных культурах человеческих почек, человеческой околоплодной жидкости, оплодотворенных куриных яиц и эмбрионов, стали предшественниками используемых в наши дни вакцин. За признание и приспособление метода репликации вирусов, в основном вируса полиомиелита, в клеточных культурах Эндерс и его коллеги Фредерик Роббинс и Томас Уэллер в 1954 году были награждены Нобелевской премией36.