В возрасте 20 лет Рэндольф Нессе был озадачен вопросом, почему мы стареем. Он не мог понять, почему естественный отбор не устранил старение вообще. Он потратил несколько месяцев, придумывая теории, объясняющие это, но так и не смог разгадать загадку. Однако это бездействие его пытливого ума положило начало совершенно новому взгляду на медицину.
Несколько лет спустя друзья из местного музея естественной истории натолкнули Нессе на теорию о том, что старение - это просто побочный эффект эволюционного давления, в результате которого одни гены отбираются лучше других. Если заболевание проявляется только после того, как организм проходит репродуктивный пик, то не будет селективного давления, чтобы предотвратить его передачу по наследству. Будучи врачом, Нессе осознал, что, хотя он понимает, как эти силы могут формировать виды, он не имеет ни малейшего представления о том, как естественный отбор работает в человеческом организме.
"Я изучал только половину биологии. Никто никогда не говорил о значении эволюционной биологии [в медицине]", - говорит Нессе. "Мне сразу же стало интересно, существуют ли аналогичные объяснения для генов, вызывающих заболевания".
В настоящее время Нессе считается одним из основателей 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 в процессе эволюции мы могли стать восприимчивыми к тем или иным заболеваниям 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 масштабная задача - полностью перевернуть наши представления о том, что такое человеческий организм и как он работает". Тем не менее, все большее число ученых пытаются применить эволюционное мышление для совершенствования медицины. Их работа уже начала 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 поражен тем, что так быстро появилось столько практических последствий, - говорит Нессе.
Раковые опухоли сами по себе являются демонстрацией эволюционного процесса в микрокосмосе. Они представляют собой скопления клеток, которые постоянно конкурируют и взаимодействуют друг с другом, способствуя росту и процветанию опухоли. В одном из недавних исследований подчеркивается практически "бесконечная" способность раковых клеток к эволюции и выживанию. Например, когда пациент получает лекарственную терапию, это создает новое селективное давление, которое уничтожает клетки, наиболее уязвимые к лечению. Те, которые менее уязвимы или даже невосприимчивы к воздействию лечения, выживают и передают свои генетические особенности последующим клеткам. Именно поэтому даже очень успешные методы лечения рака в конечном итоге перестают работать у многих пациентов - раковые клетки вырабатывают устойчивость к лечению и затем неконтролируемо увеличивают свою популяцию.
"Можно утверждать, что именно это является непосредственной причиной смерти большинства пациентов", - говорит Роберт Гейтенби, содиректор Центра передового опыта в области эволюционной терапии при Онкологическом центре Моффитта (Флорида, США). С помощью эволюционного мышления в лаборатории Гейтенби разрабатываются две различные стратегии борьбы с раком: адаптивная терапия и терапия вымирания.
Адаптивная терапия направлена на контроль распространения рака, а не на его полное уничтожение. По словам Гейтенби, в течение последних 50 лет догмой в лечении рака было циклическое применение одного и того же препарата или комбинации препаратов до тех пор, пока не появятся явные признаки прогрессирования опухоли (когда она начинает неконтролируемо расти) или чрезмерной токсичности, что обычно происходит уже 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, увеличивая их популяцию и делая ее более разнообразной. Его теория адаптивной терапии, напротив, направлена на изменение дозировки препаратов для индивидуального подхода: достаточно провести курс лечения, чтобы уничтожить опухоль и сохранить ее как можно меньше, не уничтожая полностью чувствительную популяцию. 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 клетки опухоли, устойчивые к терапии, нам необходимо привлечь чувствительные к лечению клетки, чтобы они сделали это за нас", - говорит Гейтенби, который разрабатывал эту идею с момента первой публикации о ней в 1991 году. "Можно просто продолжать лечение циклами и просто продолжать уничтожать клетки и позволять им расти, уничтожать их, позволять им расти". По его словам, надежда состоит в том, что врачи смогут поддерживать жизнь пациентов в течение длительного периода времени, примерно половину которого им не придется иметь дело с побочными эффектами, связанными с лечением.
Его исследовательская группа, которая, пожалуй, является самой передовой в этой области, уже продемонстрировала работоспособность этой методики в небольшом пилотном исследовании с участием пациентов с раком предстательной железы. Пациенты, прошедшие адаптивную терапию, получали половину обычной дозы химиотерапевтического препарата в течение всего испытания, причем 46% времени они вообще не получали никакой терапии. Время от начала терапии до того момента, когда рак перестал отвечать на лечение, в группе, получавшей адаптивную терапию, было на 19 месяцев больше по сравнению с теми, кто проходил стандартный курс химиотерапии. Общая выживаемость пациентов, получавших адаптивную терапию, также была на 2,26 года выше, чем у тех, кто получал стандартное лечение.
"Поскольку эти пациенты получали только половину препарата, который они получили бы в противном случае, стоимость их терапии также была на 70 000 долларов (57 000 фунтов стерлингов) меньше на одного пациента в год", - говорит Гейтенби.
В терапии вымирания Гейтенби хочет сделать еще один шаг вперед и использовать то, что мы знаем о том, как вымирают виды животных, для разработки лечебных терапий, приводящих к исчезновению популяций рака. Идея заключается в том, чтобы не ждать, пока опухоль начнет расти после применения врачами первоначальной терапии, а ударить по ней совершенно другой терапией, прежде чем она сможет восстановиться, - застать опухолевые клетки врасплох быстрым циклом применения другого препарата на пике их реакции на лечение первой линии. Однако пока опубликована только математическая модель, позволяющая исследовать эту идею, хотя команда Гейтенби предложила провести клинические испытания терапии вымирания против рака поджелудочной железы и рака молочной железы.
Вам также может быть интересно:
Любопытные способы, с помощью которых ваша кожа формирует ваше здоровье
Почему некоторые болезни до сих пор не имеют названия
Тревожный рост врожденного сифилиса
По мнению Майкла Хохберга (Michael E Hochberg), директора по научной работе Национального центра научных исследований Университета Монпелье (Франция), слон в комнате - это то, как подобные исследования пройдут путь от клинических испытаний, если они окажутся успешными, до внедрения в реальный мир.
"Основная часть головоломки заключается в том, чтобы превратить это в медицину", - говорит Хохберг. "Каково его реальное применение с точки зрения полезности?"
Возможно, эволюционная медицина действительно является наиболее вероятной научной перспективой для решения подобных больших вопросов, считает Хохберг, но врачам все равно приходится каждый день лечить пациентов, работая с известными им решениями, проверенными передовыми методами и не оставляя места для гипотез. Они обязаны "прежде всего не навредить", - говорит он, - а сейчас эти результаты еще слишком предварительны.
"Я думаю, что в этом и заключается основная критика", - говорит Хохберг. "Увидит ли это когда-нибудь свет?"
Эволюционная медицина также применяется в поисках решения одной из самых быстрорастущих проблем современного мира - антибактериальной резистентности.
Поскольку современная медицина разработала мощные антибиотики для уничтожения вредоносных бактерий, поражающих человека и вызывающих заболевания, их широкое применение привело к тому, что в результате естественного отбора у бактерий выработалась устойчивость к этим препаратам. По оценкам, в 2019 году бактерии, устойчивые к противомикробным препаратам, убили больше людей, чем ВИЧ/СПИД или малярия, унеся более 1,2 млн жизней.
В настоящее время врачи борются с заболеваниями, вызванными устойчивыми к антимикробным препаратам бактериями, переходя на другие лекарственные средства в надежде, что они смогут обойти защиту бактерий от других препаратов. Однако такая практика может не остановить, а продолжить цикл резистентности - ведь бактерии эволюционируют, становясь все более генетически устойчивыми к лекарствам.
Бактерии также развивают резистентность различными способами - от обмена генетическим материалом до накопления случайных мутаций. В результате ученые-эволюционисты испытывают различные подходы к разрушению этих путей.
"Если мы хотим решить эту проблему, нам необходимо понять эволюцию, а затем нащупать слабые места", - говорит Эндрю Рид (Andrew Read), директор Института наук о жизни (Huck Institutes of the Life Sciences) при Университете штата Пенсильвания. Команда Рида разрабатывает "антибиотические препараты", которые помогут контролировать распространение устойчивости к противомикробным препаратам в тех местах, где они могут принести больше вреда, чем пользы.
В больницах устойчивость к противомикробным препаратам обычно возникает из-за того, что часть сильных антибиотиков, которые пациенты получают внутривенно - около 5-10%, по словам Рида, - попадает в пищеварительную систему пациента. Там они встречаются с обширным сообществом микробов, вызывая вредные изменения в балансе этого сообщества и оставляя часть из них с приобретенной устойчивостью к антибиотикам. Именно это происходит в случае таких заболеваний, как Clostridium difficile (C. diff), когда кишечник пациента разрушается этой бактерией после лечения антибиотиками по другому поводу. Если бы пациенты могли принимать антибиотики, которые сводят на нет действие лекарств после их попадания в кишечник, это уменьшило бы вероятность развития устойчивости бактерий. Сами по себе инактивирующие препараты клинически ничего не делают, но они не дают лекарству действовать в кишечнике.
