Откуда, по-твоему, берутся цари и паразиты?
Перси Биши Шелли. Королева Маб.
В Университете Пенсильвании хранятся тайны миллиарда лет, но они надежно укрыты от посторонних глаз в лаборатории биолога по имени Дэвид Роос. Сквозь высокие окна свет мягкого филадельфийского дня проникает в лабораторию, где студенты Рооса рассматривают под микроскопами вишневого цвета жидкость, вводят данные в компьютер, позвякивают пипетками в пробирках и обслуживают комнаты-инкубаторы, комнаты- холодильники, комнаты-джунгли. Над головой солнечные лучи освещают лианы и горшки с алоэ на полках. Растения впитывают летнее солнце, каждый фотон, попадающий на микроскопическую каплевидную структуру, известную как хлоропласт. По существу, хлоропласт — это фабрика с питанием от солнечной энергии. При помощи энергии света он производит новые молекулы из сырья, такого как углекислый газ и вода. Новые молекулы уходят из хлоропластов и используются растением для важных дел: можно выпустить новые корни или же пустить вдоль полки новые усики. А под ними без устали трудятся студенты Рооса — открывают скрытую биохимию паразита и публикуют научные статьи. Можно подумать, что внутри них солнце тоже «крутит шестеренки» какого-то интеллектуального фотосинтеза. У кого найдется время думать о древней истории в такое время и в таком месте?
Дэвид Роос управляет своей обширной лабораторией из кабинета, расположенного в самом ее центре. Это молодой человек с густыми курчавыми черными волосами и сколотым передним зубом. Говорит он спокойно и размеренно, его ответы выстраиваются в абзацы и страницы с готовыми ссылками, речь течет плавно, без пауз, чтобы собраться с мыслями. В тот солнечный день, когда я был у него в гостях, Роос рассказывал о том, как начал изучать паразитов, которых тысячами носит в собственном мозгу: Toxoplasma gondii. Над его головой висели рисунки человеческих фигур, сделанные углем: напоминание о тех временах, когда Роос изучал в колледже художественное искусство. Это было, когда он работал программистом сразу после школы: «Я думал, что не пойду в колледж, ведь я получал такое удовольствие от программирования и хорошо зарабатывал, но это мне быстро надоело». Это было до того, как Роос окончательно выбрал биологию. Принявшись за изучение биологии, он подумал о работе с паразитами.
— Биологически нет более интересного вопроса, чем вопрос о том, как один организм может существовать за счет другого, особенно внутри клетки. Закончив курс, я огляделся и поговорил с представителями пары лабораторий, но их системы показались мне такими архаичными!
Роос имеет в виду, что у паразитологов хуже обстоят дела с научным инструментарием, чем у других биологов. К примеру, многие ученые, исследующие развитие животных из оплодотворенных яиц, работают с плодовыми мушками. Обнаружив в очередном поколении интересную мутацию, они знают, каким образом можно развести мушек и получить чистую линию с этой мутацией. У них есть методы, при помощи которых можно изолировать мутировавший ген, заблокировать его или заменить нужной версией. Эти инструменты помогают ученым построить схему взаимодействий, превращающих одну-единственную клетку в прекрасное насекомое. Но паразитологам сложно даже просто сохранить паразитов живыми в лаборатории, а размножить интересные разновидности, как правило, просто невозможно. Биологи, использующие плодовую мушку, имеют в своем распоряжении громадный арсенал всевозможных инструментов. Паразитологи же застряли на допотопном уровне со сломанным молотком и беззубой пилой.
Роос не впал в уныние и после окончания курса начал работать с вирусами, а затем с клетками млекопитающих. Работа шла успешно, он получил должность в Пенсильванском университете, но к тому моменту опять заскучал и решил заняться чем-нибудь новеньким. Он узнал, что за те годы, которые он провел вдали от паразитов, другие исследователи успели получить первые результаты в работе с паразитами по тем же принципам, по которым обычно биологи работают с плодовыми мушками. Один паразит—Toxoplasma—представлялся особенно перспективным объектом исследований. Может быть, у него не такие впечатляющие показатели, как у его близкого родственника плазмодия — паразита-возбудителя малярии, способного за несколько часов превратить пустой эритроцит в удобный дом, зато он, судя по всему, лучше приспособлен к жизни в лаборатории. И возможно, он мог бы послужить моделью для возбудителя малярии, поскольку многие протеины этих двух паразитов работают примерно одинаково.
— Я подумал, что раньше никто не работал с токсоплазмой, в частности потому, что это очень скучно, — сказал Роос. — Биологи, как и все остальные, любят возбуждающие темы. Но если этот организм так не интересен — в том смысле, что похож на нечто нам уже известное, — мне не придется изобретать велосипед, чтобы разработать генетические инструменты.
Роос начал создавать инструменты, и успех пришел неожиданно легко.
— Кое-кто думает, что у нас здесь золотые руки, но на самом деле мы работаем с простым организмом, — говорит он.
В его лаборатории научились стимулировать мутации паразита, заменять один ген на другой, получать более четкое изображение, чем прежде. Уже через несколько лет с помощью новых инструментов ученые могли ставить вопросы и находить на них ответы. Как именно токсоплазма вторгается в клетку? Почему одни лекарства убивают токсоплазму и плазмодии, а другим паразиты успешно сопротивляются?
В1993 г. Роос начал изучать препарат под названием клинда- мицин, убивающий обоих паразитов. Его не используют для лечения малярии, потому что борьба с плазмодием занимает слишком много времени. В основном этот препарат применяется против токсоплазмы у больных СПИДом — ведь им нужно лекарство, которое можно применять годами без побочных эффектов.
— Самое забавное в клиндамицине, — говорит Роос, — это то, что, по идее, он не должен работать.
На самом деле клиндамицин используется по большей части как антибиотик для уничтожения бактерий. Он склеивает в бактериях рибосомы — структуры, в которых формируются протеины.
— В клетках-эукариотах совсем другие рибосомы, и клиндамицин на них не действует. Это хорошо, потому что иначе он убивал бы и человека. Именно это делает его хорошим лекарством. Но ведь Toxoplasma — это не бактерии. У этих ребят есть ядро и митохондрии. [Митохондрии — это клеточные структуры, в которых клетки-эукариоты вырабатывают энергию. — Авт.] Они откровенно ближе к нам, чем к бактериям.
Тем не менее клиндамицин убивает и токсоплазму, и плазмодии. Раньше никто не знал, как и почему он это делает. Ученые знали, что препарат не действует на настоящие рибосомы паразита. В митохондриях эукариот имеются также несколько дополнительных рибосом, которые отличаются от остальных. Вообще, митохондрии обладают собственной ДНК, которую, помимо прочего, используют для строительства собственных рибосом. Но ученые обнаружили, что клиндамицин не разрушает и митохондриальные рибосомы.
Роос вспомнил, что у токсоплазмы есть и третий набор ДНК. В 1970-х гг. ученые обнаружили кольцо генов, не принадлежащих ни ядру, ни митохондриям. В этой ДНК-сиротке содержалась инструкция для построения третьего типа рибосомы. Может быть, подумал Роос, клиндамицин убивает паразита благодаря воздействию на эту третью рибосому? Вместе со своими студентами он разрушил кольцо ДНК и обнаружил, что токсоплазма и, правда, не может без него жить.
Но что представляет собой это кольцо генов? Роос со своей командой выяснил, что располагается оно внутри особого образования, плавающего рядом с ядром паразита. В прошлом ученые придумали для этой структуры множество названий — сферическое тело, аппарат Гольджи, мультимембранное тело. Увидев любое из этих названий, можно подумать, что ученые знают, для чего эта структура предназначена. На самом деле никто этого не знал.
Роос же теперь выяснил, что в этой структуре размещаются гены, которые делают токсоплазму уязвимой перед клиндами- цином. Но он по-прежнему не знал, для чего нужна рибосома, которая формируется по этим генам. Пытаясь разобраться в этом, он сравнил гены кольца с другими генами токсоплазмы и других микробов. Похожие отыскались не в ядре или митохондрии Toxoplasma, а в хлоропластах растений — солнечных заводиках, благодаря которым живут растения на полках лаборатории.
