Моя прошедшая неделя отмечена фактическим концом малярийной (да и вообще биологической) деятельности. Статью по динамике клеточной мембраны я закончил в прошлые выходные – и отложил до выхода малярийной статьи, над которой трудился прошедшую неделю. Вчера я её закончил и отправил соавторам на финальное согласование. Но лично я полагаю, что основная часть работы закончена. Дискуссии и сопровождение в печать – это уже другой уровень занятости.
Итак, что сделано? Как известно, малярией заболевает каждый год более двухсот миллионов людей, а умирает более четырехсот тысяч. Это не производит фурора в прессе, подобного коронавирусу, потому что – это привычно, тем более, что умирают, главным образом, в Африке (в основном - дети до пяти лет), а на север малярийный комар не залетает. Лекарства против малярии есть – что-то вроде сильных ядов, от которых столько последствий, что против коронавируса его попробовали и отступились, потому что лекарство тут оказалось хуже болезни. Что мешает сделать хорошую вакцину против малярии? Малярия вызывается не вирусами и не бактериями, а простейшими паразитами, которых так просто не возьмешь. И остановить их можно, внимательно изучив их жизненный цикл – и найдя его слабое место, которое можно разрушить. Пока с этим проблемы.
Есть несколько видов малярий: самая распространенная и опасная вызывается плазмодиями фальсипарум. Эритроцит, в который забрался и в котором размножается до дюжины малярийный паразит, меняется внешне следующим образом: из здорового диска он превращается в больной шар, поверхность становится неровной, покрытой какими-то узлами-кнобами. На заключительной стадии в этом шаре образуется отверстие, оно расширяется и эритроцит выворачивается как чулок, выбрасывая всю шайку на разбой. Этот процесс было заснят на видео в группе экспериментаторов из французского университета Монпелье.
Клетка крови внутри тоже меняется: паразиты растут, выедая гемоглобин и прочие запасы клетки, и производя кучу белковой всячины. Понятно, что процессы внутри клетки изучать заметно сложнее. При инфицировании плазмодиями фальсипарум в клетке крови возникают так называемые Maurer’s clefts, которые переводятся как зернистость Маурера, но на самом деле – это пластины или длинные волокна или цепи пузырьков – везиклов. В клетках крови, пораженных другими видами плазмодий, хорошо видна равномерная зернистость Шиффнера (Schüffner's dots) – порядка сотни точек на клетку. Как известно, биология на определенном уровне является описательной наукой, так что функции ни кнобов, ни клефтов, ни зернистости не известны. Правда, про пузырьки-везиклы часто говорят, что они переносят белки, выработанные паразитами, к мембране эритроцита. Но зачем они это делают? Ну, может быть, им это нравится.
Я подошел к вопросам выворачивания эритроцита не как биолог, а как физик, и учёл, что мембрана эритроцита состоит из двух липидных слоев. Сначала можно сделать очевидный вывод, что в сферическом эритроците внутренний липидный слой имеет меньшую площадь, чем внешний. Зато в вывернутом эритроците, бывший внутренний слой должен иметь площадь большую, чем бывший внешний. Следовательно, кто-то или что-то перенасытило веществом внутренний слой так, что он охотно распрямился и стал внешним – при выворачивании клетки. Я оценил, насколько, для такого выворачивания, должна вырасти площадь внутреннего слоя. Получилось 2%. Потом я оценил - сколько энергии ушло на то, чтобы превратить слабоизогнутую мембрану эритроцита в туго свернутый рулон, который растет вокруг начального отверстия при выворачивании. Теперь логично возникает вопрос: откуда больная клетка взяла столько вещества и энергии, чтобы так вывернуться, что даже здоровому эритроциту не суметь? Ответ нашелся в тот момент, когда я слушал доклад какого-то француза о том, что при механическом стрессе растягивающаяся мембрана клеток, чтобы не разорваться, присоединяет к себе пузырьки-везиклы – перестраивается и выживает. Действительно, везиклы-пузырьки (те самые Schüffner's dots), которые генерируют паразиты, являются носителями как вещества – у них такая же мембрана, как и у клетки, так и энергии, потому что шарик при распрямлении выделяет упругую энергию. Паразиты приклеивают эти везиклы на стенку эритроцита. Расчеты показали, что достаточно сотни таких пузырьков-гранат, чтобы «заминированная» клетка в нужный для паразита момент была взорвана изнутри – вплоть до выворачивания. Величина скорости раскрытия клетки, вычисленная из обычного дифференциального уравнения, хорошо совпала с наблюдениями. И я написал статью, которая уже девятый год ходит по соавторам.
У меня два соавтора-«француза» из Монпелье, один – итальянец из университета, другой – русский из академии наук. В этом году мы, наконец, взялись за доводку статьи. Итальянец, близкий к группе экспериментаторов, исследователей плазмодия фальсипарум, которые открыли выворачивание эритроцита, заявил, что корифеям-экспериментаторам, с которыми он беседовал, неизвестны везиклы внутри эритроцитов, больных плазмодием фальсипарум (Schüffner's dots найдены в клетках, зараженных другими плазмодиями). Я переделал статью, вынеся вперед математическую модель выворачивания, а вопрос об источнике энергии подал во вторую очередь - как гипотезу. Но вот на позапрошлой неделе, роясь по статьям, я нашел удивительное: что всего несколько лет назад в эритроцитах, инфицированных плазмодием фальсипарум, нашли две популяции везиклов – 25 и 80 нанометров, причем одна из них тесно связана со структурами Маурера, от которых они, видимо, отщепляются. Эти везиклы были видны лишь при определенном экспериментальном методе, который не входил в арсенал группы Монпелье. На этой неделе я доделал статью, добавив описание этих новых данных и ссылки. Но не только. Я нашел пару свежих статьей с фотографиями кнобов, которые убедили меня, что кнобы – это следствия присоединения везиклов к мембране клетки. Внешний слой везикла сливается с внутренним слоем мембраной клетки, а внутренний, в виде пузырька, остается (на какое-то время) между слоями клеточной мембраны, выпучивая ее куполом.
Как легко понять из прилагаемых рисунков, очень похоже, что кнобы именно так и образовались, что раскрывает их функцию в больном эритроците и дает удобный метод наблюдения за присоединением везиклов к мембранам.
Что ж, вся загадочная деятельность паразитов стала логичной и очень эффективной: они выедая эритроцит изнутри, активно двигаются, создавая многочисленные мембранные структуры – длинные, как Маурер клефты, или шарики, как везиклы. Думаю, что Маурер клефт – просто стадия для создания везиклов (может быть - дополнительный инструмент перекачки липидов к мембране). Наверное, видели, как выдувают длинные мыльные пузыри? Вот такие длинные или плоские пузыри создают паразиты – а потом эти пузыри перестраиваются в шарики и путешествуют к мембране. Присоединяясь к ней, они создают кнобы; внутренний слой мембраны перенасыщается веществом и энергией - паразиты готовят свой скорый триумфальный выход. То есть, ни одна существенная особенность инфицированной клетки не является случайной – там действуют жесткие законы выживания, которые заложены в генах плазмодиев. Если они не смогут насытить внутреннюю мембрану клетки, то она не вывернется вокруг открывшегося отверстия – и основная часть паразитов останется в этом прочном мешке, и не сможет выйти наружу (такие случаи в природе наблюдаются). Разрушить этот налаженный механизм выхода паразитов наружу – и малярии конец.
Сегодня я вернул все книги по биологии и гидродинамике на книжные полки, биологические статьи тоже сложил и спрятал. И собираюсь приступить к давно ожидаемому космологическому обзору. Столько всего интересного публикуется по космологии! Фрамптон разоблачает противников MACHO, а в данных спутника «Гайя» стали массово открываться черные дыры звездных масс. Пора вернуть космологию из мира квантовой фэнтези в мир физического реализма.
Комментарии (0)