Каким образом формируется иммунитет? Можем ли мы воздействовать на этот процесс с тем, чтобы не болеть? Почему ученые считают, что здоровый кишечник – это залог здоровья всего организма? Каким образом сделать так, чтобы вакцины стали безопасными и эффективными? Обо всём этом – разговор с Валерием Николаевичем Даниленко, профессором, доктором биологических наук, заведующим лабораторией генетики микроорганизмов Института общей генетики РАН имени Н.И. Вавилова.
- Валерий Николаевич, расскажите, пожалуйста, какие основные задачи решает ваша лаборатория.
- Лаборатория работает в двух основных направлениях. Первое – это изучение микробиоты человека, второе – это разработка диагностикумов, поиски эпидемиологически опасных линий и создание лекарств в области туберкулеза.
– Давайте остановимся подробнее на каждом из этих направлений. Что они собой представляют и какие конкретно работы ведутся в этих направлениях?
– Что такое микробиом, наверное, большинству из нас уже известно. Это междисциплинарное, интегрирующее, ключевое направление в мировом развитии биомедицинской науки. На сегодняшний день микробиом определяют как один из важнейших органов человека. Иногда его даже называют вторым мозгом. Это 2-3 килограмма бактерий, живущих в нашем кишечном тракте, нарушение в функционировании которого приводят к дисбиозу и возникновению различных заболеваний –аутоиммунных, кардиологических, онкологических, психиатрических и неврологических. Мы занимаемся этими исследованиями в течение последних десяти лет.
Основные наши интересы сегодня – это микробиом и депрессия. У нас такой проект ведется в рамках РНФ вместе с институтом судебной психиатрии им. Сербского, а также с коллегами из Первой клинической психиатрической больницы им. Н. А. Алексеева. При анализе микробиом людей здоровых и людей с определенными депрессивными расстройствами мы выявляем те биомаркеры, которые могут быть использованы для последующей быстрой диагностики предрасположенности к данным нарушениям. Мы разрабатываем препараты фармабиотиков для последующей коррекции микробиом. Для лучшего понимания дальнейшего я дам определение Фармабиотика, принятое сегодня в мире. «Фармабиотики» – живые клетки микробиоты человека, их фрагменты и компоненты, полисахариды и метаболиты, включая белки, пептиды, малые РНК, фрагменты ДНК, низкомолекулярные соединения и другие биологически активные компоненты.
– Означает ли это, что у всех людей, подверженных депрессии, есть нарушения микробиомы?
– Судя по тем работам, которые сейчас публикуются в мире, да, практически у всех. Это заболевание гетерогенное, вызванное различными этиологиями. Оно встречается и у детей, у взрослого, в том числе пожилого населения, и у хронически больных. Везде есть связь с дисбиозом – изменением микробиоты. Она может отличаться, везде свои биомаркеры, но она имеется. Это мировой мейнстрим – поиски принципиально новых препаратов от депрессии. Это не химические антидепрессанты, к которым человек привыкает, вызывающих много побочных эффектов. Это так называемые психобиотики, которые разрабатываются во многих странах, и у нас в ИОГен в том числе.
– Какие успехи на этом поприще?
– У нас есть препарат «Бактогамк», который подготовлен для проведения заключительных доклинических исследований.
Второе направление – это микробиом и аутизм. Мы завершили этот проект РНФ совместно с Российским научно-исследовательским медицинским университетом им. Н.И. Пирогова. Руководителем проекта был профессор Денис Ребриков. Он первый проректор по науке этого университета. В проекте работала группа медиков, генетиков, биоинформатиков, микробиологов. Были получены интересные результаты, сделаны хорошие публикации.
Нам впервые в мире удалось провести комплексное метагеномное исследование микробиом, что признали и рецензенты, и общественность. Нами были обнаружены конкретные биомаркеры, в том числе способность продуцировать гамма-аминомасляную кислоту, короткоцепочечные жирные кислоты и ряд других, которые сейчас мы используем для ранней диагностики этих состояний. Мы готовим специальные диагностические наборы, с помощью которых можно будет это делать. Если у детишек-аутистов, например, не хватает способности продуцировать гамма-аминомасляную кислоту в кишечнике, то это приводит к депрессиям, состояниям неадекватного поведения, аутизму. У нас есть кандидаты в препараты для коррекции депрессивных состояний у определенных групп детей-аутистов.
Следующее направление, которое мы развиваем и тоже достигли успехов, – это создание препаратов на основе лактобактерий и бифидобактерий, которые могли бы снимать оксидативный стресс. Мы знаем, что большинство заболеваний так или иначе приводит к воспалительным процессам тех или иных органов, систем, в том числе центральной нервной системы и головного мозга, и на это реагирует наша иммунная система, отзываясь так называемым цитокиновым штормом. Сегодня о нём слышали все в связи с эпидемией COVID-19, но это более широкая проблема, которую мы уже в течение ряда лет исследуем. Начали эту работу мы с нашими коллегами из отдела исследований мозга Научного центра неврологии по болезни Паркинсона.
–Удалось ли вам научиться снимать такой оксидативный стресс?
– Да, нам удалось отобрать штамм, который снимал оксидативный стресс в модельных системах животных – у крыс и мышей. Есть вещество гербицид паракват, которое индуцирует оксидативный стресс в первую очередь в легких. Оксидативный стресс характерен для очень многих заболеваний и приводит к разрушению органов – и при инфекционных вирусных заболеваниях, и при пневмонии, и при реперфузии сложных воспалительных процессов, например в случае ишемии и инфарктов. В ряде случаев оксидативный стресс является итогом, приводящим к смерти человека. Мы исследовали возможные механизмы, каким образом это может происходить, и постарались понять, как разработанный нами препарат на основе Lactobacillus fermentum может снимать это состояние. На мышах и крысах были получены очень впечатляющие результаты. Если при оксидативном стрессе, индуцируемом паракватом, гибло 90% животных, то при использовании нашего препарата (даже не заранее, а в момент применения) эта гибель уменьшалась до 20%. То есть, наш препарат – это мощный антидот, снимающий оксидативный стресс.
– Вы сказали, что эти препараты создаются на основе бифидо- и лактобактерий. Означает ли, что можно пойти в аптеку, купить такие препараты и, таким образом, заняться профилактикой оксидативного стресса?
– Нет, надо сразу сказать, что все это штаммоспецифично, и те бифидо- и лактобактерии, которые продаются в аптеке, – это совсем не те препараты, которыми можно лечить эти состояния. Необходим комплексный анализ тысяч штаммов лакто- и бифидобактерий, включающий анализ и секвенирование генома, транскриптомный, протеомный анализ тех белков и ферментов, которые они синтезируют, чтобы в итоге отобрать штамм лактобацилл, способный обладать нужными свойствами.
– Именно такую работу вы и провели?
– Да, это та работа, которую мы провели в течение трех-четырех лет, и сейчас мы вплотную подошли к тому, чтобы провести быстрое доклиническое исследование этого препарата с целью его использования в различных сферах – от снятия оксидативных стрессов при полиартритах, реперфузии ишемической болезни до COVID-19.
– И при болезни Паркинсона тоже?
– И при болезнях Паркинсона и Альцгеймера, при всех нейродегенеративных заболеваниях. Здесь универсальность в том, что он снимает последствие оксидативного стресса, которое приводит к большому синтезу активных радикалов, разрушающих митохондрии.
– Но почему эти бактерии так работают?
– Мы выяснили, что у определенных штаммов лактобациллы имеется целый комплекс механизмов, дающих ей способность восстанавливать уже разрушенные белки, контролировать комплекс антиоксидантных ферментов, уровень поступления металлов железа и меди в нервные клетки передавая определенные сигналы в мозг человека.
– Напрямую в мозг?
– Да, существует прямая связь мозга с кишечником. Так называемая gut-brain axis. Она взаимна, и сегодня это ни у кого не вызывает сомнений. У разработанного нами препарата мы обнаружили и расшифровали целый комплекс новых механизмов, открытие которых – безусловное достижение нашей, российской науки. Их нельзя упускать, их нужно развивать и практически применять.
– Каким образом их можно применять уже сейчас?
– У нас были работы, связанные с онкологией. Они проводились вместе с Российским онкологическим центром в рамках проекта «Фарма-2020». Ничего подобного не было ни в Европе, ни в мире. В рамках этой программы мы также создали препарат на основе Lactobacillus brevis, изучили механизм его действия, запатентовали, опубликовали результаты в высокорейтинговом журнале. Этот препарат рекомендуется применять при химиотерапии онкологических заболеваний. На животных моделях его использование приводило к значительным эффектам, снижая оксидативный стресс, окислительные воспалительные процессы в кишечнике, что значительно оптимизировало лечение и улучшало состояние животных.
– А что за недавняя, но уже нашумевшая в научном мире в публикация в журнале «Анаэробы»?
– Это результат длительных фундаментальных исследований одного из оперонов бифидобактерий, который, как мы считали, отвечает за коммуникацию, взаимодействие бифидобактерий с организмом человека, с его иммунной системой. Так, собственно, и оказалось. В этой публикации мы показали, что один из белков, находящийся в этом опероне, несет так называемые фибронектиновые домены, в которых есть рецепторы, связывающие цитокины. Мы показали, что этот белок способен селективно связываться с фактором некроза опухоли TNFα, который является одним из ключевых регуляторов воспалительных процессов цитокинового шторма, вызываемого вирусной инфекцией.
– Планируете ли вы внедрять эту разработку в клиническую практику?
– Да, конечно, мы планируем проводить доклинические исследования, чтобы потом внедрить этот препарат как антиоксидантный для различных заболеваний. Эту работу мы проводим совместно с Международным институтом отраслевых экономик РУДН, руководителем которого является проф. Е.В. Савенкова. Мы с ними сотрудничаем уже в течение ряда лет, у нас есть аспиранты, студенты, которые тоже были участниками этой работы.
– Как вообще появилась идея использовать лакто- и бифидобактерии в этих работах?
– Бифидобактерии – одни из самых древних обитателей Земли. Они существовали, когда на Земле ещё не было кислорода. Они анаэробы, то есть, живут строго в бескислородных условиях: в нашем кишечнике, в кишечниках всех животных от насекомых до человека. Считается, что они были первыми, кто сформировал иммунную систему животных – от первых полостных до появившегося впоследствии человека. Мы знаем, что дети рождаются почти стерильными. Сейчас идут споры, проникают ли какие-то бактерии через плаценту матери. Наверное, проникают, но бифидобактерии, если это не кесарево сечение, а особенно если это нормальное вскармливание, первыми заселяют кишечник и определяют формирование иммунной системы ребенка и, по-видимому, центральной нервной системы. Мы работаем в этом направлении вместе с нашими коллегами из Института акушерства, гинекологии и перинатологии имени Кулакова. Разработка фармабиотиков и специализированных продуктов питания для детей являются нашей совместной целью. Мы сейчас ищем белки, которые могли бы связываться с противовоспалительными интерлейкинами и селективно модулировать сбалансированный Т клеточный иммунный ответ, в том числе у детей.
– А что за работа, связанная с туберкулезом?
– Это наше отдельное большое направление. Мы занимаемся созданием противотуберкулезных лекарств и изучением механизма лекарственной устойчивости к туберкулезу уже в течение 10 лет. Толчком к этому послужило мое знакомство с вице-президентом компании Eli Lilly профессором Гейл Кэссел из Соединенных Штатов. Она в течение долгого периода занималась проблемой туберкулеза, помогала российским ученым в этом направлении, поддерживая и финансово, и организационно. Мы приняли участие в международном консорциуме по борьбе с лекарственно устойчивыми формами туберкулеза «Консорциум TBResist». Эта проблема на тот момент стояла катастрофически остро.
Слава Богу, сейчас напряженность в России частично снята. Мы вместе с американскими коллегами из института Джона Хопкинса провели исследования по выявлению новых механизмов устойчивости к туберкулезу, не описанных ранее. Была сформирована новая концепция и подходы для создания лекарств и вакцин в этом направлении. Она было доложена на общем собрании РАН.
Надо сказать, что 30 лет попыток создать генно-инженерную вакцину против туберкулеза ни к чему не привели до сих пор. Там был целый ряд системных проблем, которые мы пытались решить под эгидой вице-президента РАН академика В.П. Чехонина, но всё приостановил COVID. Надеюсь, теперь мы сможем это направление развивать в более глобальной программе по борьбе с распространением множественной лекарственной устойчивости.
– Слышала, вы также работаете над созданием принципиально новых вакцин, которые не имеют никаких противопоказаний. Расскажите об этом.
– Это не совсем вакцины. Мы сделали акцент на адъюванты для активации белковых вакцин. Это наиболее мягкие препараты, которые могут быть пригодны для людей старшего поколения, беременных женщин, детей и всех групп риска. Мы выбрали такие адъюванты на основе лакто и бифидобактерий, учитывая их селективное иммуномодулирующее свойство и то, что они вызывают специализированный Т-клеточный ответ, что обеспечивает взаимодействие ответов клетки и цитокинов в организме. Адъюванты – это то, что усиливает действие вакцин, при этом делая их более безопасными.
– Вы сейчас проводите такую работу?
– Да, мы подготовили проект «Разработка новых адъювантов для рекомбинантной белковой вакцины второго поколения против COVID-19» и отправили на конкурс стран БРИКС. У нас в коллекции есть сотни штаммов лакто- и бифидобактерий, которые ранее мы отобрали и охарактеризовали как фармабиотики. Одни имеют оксидативную активность, другие – иммуномодулирующую. Сейчас ученые всего мира начинают понимать, что успехи вакцинации, в том числе, от коронавируса будут в значительной степени определяться с иммунным статусом человека. Иммунный статус в значительной степени определяет микробиом, а более половины населения страдает дисбактериозом. Все воспалительные процессы, в первую очередь, идут через микробиом. Более 60% коронавирусных заболеваний сейчас имеют кишечную форму. Это результаты исследований китайских ученых. Поэтому, прежде чем вакцинировать, нужно привести в норму свою иммунную систему, в первую очередь свой микробиом, то есть принять какие-то пробиотики, которые способны частично или полностью снять дисбиоз и «подтянуть» иммунитет. Иначе антитела могут не вырабатываться, а последствия вакцинации могут быть негативными.
