Лечебные куры

Курица — это не только вкусное мясо или материал для нелестных сравнений вроде «куриные мозги». За последние два века куры принесли наукам о жизни немало новой информации. Именно благодаря этим современным родичам динозавров человек узнал многое о ранних стадиях развития эмбрионов, открыл вызывающие рак вирусы, а также нашел эффективный способ получения ряда вакцин.

Строение зародыша

Каждое животное, в том числе и мы с вами, формируется из одной-единственной оплодотворенной яйцеклетки. Удивительно, но у большинства видов они очень мелкие, так что изучать с их помощью эмбриональное развитие сложно. К счастью, так бывает не всегда: у птиц яйцеклетки большие, к тому же после своего образования они естественным путем выносятся за пределы тела: проще говоря, птица откладывает яйцо. И еще один аргумент в пользу этого модельного объекта: птицы эволюционно близки к нам — гораздо ближе, чем шпорцевые лягушки и плодовые мушки, другие излюбленные подопытные эмбриологов.

При достаточной аккуратности можно проследить за формированием зародыша в курином яйце. Эту процедуру до сих пор проделывают студенты-биологи на практикумах по эмбриологии. А одним из первых за развитием цыпленка в яйце наблюдал сам Уильям Гарвей, более всего известный своими работами по изучению кровеносной системы. Правда, увеличительные приборы у него были неважные, поэтому он почти не разглядел отдельных структур, зато установил ряд основополагающих принципов. Он понял, что живые организмы появляются благодаря соединению семени и яйцеклеток (последнее слово, впрочем, тогда еще не использовали, материнскую клетку называли просто ovo — яйцо), а не семени и крови, как полагал Аристотель, и уж тем более не из неживой материи (как мы знаем, от этой точки зрения еще долго не могли отказаться). Было это в XVII веке.

Полтораста лет спустя, когда микроскопы стали помощнее, биологи увидели в развивающемся курином эмбрионе отдельные клетки и их слои. В 1817 году Христиан Иванович Пандер защитил диссертацию о строении зародыша курицы. Он поместил в инкубатор несколько тысяч оплодотворенных куриных яиц и через определенные промежутки времени доставал некоторое их количество, вскрывал скорлупу, исследовал эмбрионы под микроскопом и зарисовывал то, что видел. Пандер пришел к выводу, что на ранних стадиях развития клетки эмбриона образуют три слоя (зародышевых листка) — наружный, внутренний и промежуточный. Правда, называл он их не так, как мы привыкли: современная эктодерма у него упоминалась как «серозный слой», энтодерма была слизистым слоем, а мезодерма сосудистым.

Это открытие можно было бы назвать русским, если бы не тот факт, что проведший большую часть жизни на территории Российской империи Х.И.Пандер сделал его, находясь в Германии, в Вюрцбургском университете.

За крупным прорывом Пандера последовали другие, чуть менее масштабные. На примере кур эмбриологи изучили процессы формирования конечностей, а также выявили причины врожденных пороков сердца. Много информации куриные эмбрионы дали о развитии нервной системы. Так, в 1952 году итальянский биолог Рита Леви-Монтальчини обнаружила, что клетки некоторых раковых опухолей ускоряют рост нервной ткани. Она подсадила эти клетки зародышам кур, и через несколько дней инкубации у таких эмбрионов образовывалось больше нервов, чем у зародышей из контрольной группы. Нервы росли везде, где только могли, исследовательнице они напомнили горный поток среди камней, так их было много. Она предположила, что опухоли образуют некое вещество, стимулирующее рост нервов. Через некоторое время это вещество удалось выделить. Его так и назвали — фактор роста нервов (nerve growth factor, NGF). За это открытие Рита Леви-Монтальчини удостоилась Нобелевской премии в 1986 году.

Вакцины против гриппа и не только

Вскрытие скорлупы оплодотворенного куриного яйца необязательно означает, что зародыш тут же погибнет. Можно проделать небольшое отверстие в скорлупе и через него наблюдать за происходящим внутри, а «окно» в яйцо закрыть прозрачным пластиком: это защитит эмбрион и его оболочки от высыхания. Благодаря этой методике было установлено, приживаются ли в зародышах цыплят ткани крыс (чаще всего да) и многое другое.

В начале 1930-х годов выяснилось, что аналогичную процедуру можно использовать для размножения вирусов и получения на их основе вакцин («The American Journal of Pathology», 1931, 7, 3, 209—222.5). Для этого в определенный день развития зародыша через отверстие в скорлупе вводят препарат вирусных частиц, очищенный от других вирусов, а также от бактерий. Например, для получения вакцины от гриппа нужно внедрить возбудителя этого заболевания в яйцо на 11-й день после откладывания. Притом вводить его нужно не абы куда, у каждого вируса свои излюбленные места в эмбрионах. Скажем, возбудитель оспы птиц хорошо размножается в оболочках зародыша и в его эктодерме, а в энтодерме не приживается. После нескольких дней инкубации число вирусов в инфицированных яйцах повышается до нужного уровня, и тогда специальные машины разбивают скорлупу. Из содержимого яйца отфильтровывают вирусные частицы и очищают их от примесей — белков яичного желтка, эмбриональных тканей и прочего. Первым вирусом, который удалось размножить в куриных эмбрионах, стал возбудитель оспы птиц. Затем технику отработали и на вирусах гриппа, паротита и ряде других.

У данного метода есть недостатки. Если вирус недостаточно очищен, в препарате окажутся примеси яичного белка, а на него у некоторых людей аллергия. Кроме того, производство вакцин против гриппа с помощью куриных эмбрионов стоит недешево. Из одного яйца получается примерно одна доза препарата, а то и меньше, и полный цикл производства составляет около полугода. При эпидемии для большой партии вакцин потребуются сотни тысяч яиц, и даже если их удастся получить, не очень понятно, в каких инкубаторах их выращивать, да и шанс опоздать велик. Поэтому в экстренных случаях вакцины получают другим методом — с помощью культур клеток, в которых тоже выращивают вирусы.

Вирус — виновник рака

Фрэнсис Пейтон Роус (1923)

Пользу науке принесли не только куриные яйца, взрослые птицы тоже оставили свой след в биологии и медицине. В частности, они помогли американскому вирусологу Фрэнсису Пейтону Роусу получить Нобелевскую премию в 1966 году. Фактически он открыл онкогенные вирусы, дословно — «вызывающие рак».

Роус практически всю жизнь проработал в Рокфеллеровском университете. Там и возник его интерес к «заразным» опухолям. Однажды некая женщина принесла туда курицу с большой опухолью. Роус осмотрел ее и пришел к выводу, что новообразование очень напоминает солидные злокачественные опухоли, развивающиеся у млекопитающих.

В то время уже было известно, что некоторые заболевания можно вызвать, введя животному вытяжку из тканей больного, не несущую в себе клеток. Так, в 1908 году установили, что кур можно заразить эритролейкемией, если влить им пропущенную через фильтр с очень маленькими ячейками кровь больной птицы. Правда, в то время еще не знали, что лейкемия — это своего рода злокачественное новообразование. С другой стороны, подозрение, что некоторые опухоли могут быть заразными, возникло еще в середине XIX века: итальянский врач Доменико Ригони-Стерн заметил, что в Вероне монахини значительно реже болеют раком шейки матки, чем замужние женщины.

Роус решил проделать эксперимент на курах, пораженных саркомой. Он взял несколько птиц из одного хозяйства, где все птицы приходились друг другу родственниками и у некоторых были опухоли. Роус измельчил и тщательно перемешал ткани этих опухолей, сделав из них вытяжку. Эту вытяжку он пропустил через «сито» с настолько мелкими ячейками, что через них не проходили даже клетки бактерий. У небольшого процента кур, которым ввели полученный фильтрат, быстро развились опухоли, у одной птицы они даже дали метастазы в сердце. Ученый сделал вывод, что опухоли определенного типа содержат вирус, способный передать болезнь другим птицам («Journal of Experimental Medicine», 1910, 12, 5, 696—705). Сейчас эта болезнь носит название «саркома Роуса», а возбудитель — вирус саркомы Роуса (ВСР).

Роус пробовал повторить эксперимент на курах с рынка, не состоявших друг с другом в близком родстве, а также на голубях и морских свинках. Однако в этих случаях фильтрат из опухолей никого так и не заразил. О работе американца надолго забыли: ее результаты не удалось повторить с млекопитающими. Ученые решили, что саркома Роуса не имеет того сходства с «заразными» опухолями зверей, которое ей приписывал первооткрыватель. Вероятная причина неуспеха крылась в том, что в начале XX века еще не существовало инбредных линий крыс и мышей, то есть таких, в которых все животные генетически однородны. Иммунная система подопытных, генетически далеких друг от друга, отвергала сам фильтрат, опознавая его как чужеродный биоматериал.

Впоследствии, в 1970-х годах, выяснилось, что ВСР — это ретровирус (к той же группе относится ВИЧ). Это означает, что в вирусной частице содержится не ДНК, а РНК плюс фермент обратная транскриптаза. Попадая в клетки организма-жертвы, обратная транскриптаза выстраивает на матрице вирусной РНК сначала одну цепь ДНК, а затем и комплементарную ей другую. Получившаяся двуцепочечная молекула (по сути, генетический материал вируса) встраивается в ДНК клетки-хозяйки. К счастью, она может долгое время никак себя не проявлять, но при этом передастся потомкам клетки, если та вдруг поделится. И никто не застрахован от того, что гены ВСР начнут транскрибироваться. Мы уже знаем, к чему это приведет — к развитию саркомы.

Однако саркома Роуса создала прецедент: ее первооткрыватель доказал, что злокачественные опухоли могут быть следствием вирусных инфекций. В 1970-х Харальд цур Хаузен обнаружил, что все женщины, больные раком шейки матки, заражены папилломавирусом, передающимся при половых контактах (вспомним веронских монахинь, избежавших этой участи). Цур Хаузен доказал, что большинство случаев рака шейки матки вызваны вирусом определенного типа, и получил Нобелевскую премию 2008 года. Сейчас уже существует ряд вакцин, снижающих до минимума вероятность заражения папилломавирусами нескольких типов и таким образом защищающих от рака шейки матки. И это лишь один из примеров достижений медицины, ставших возможными в том числе благодаря курам.