Учите топологию!
Для оценки этой новости важно, что она излагает не расхожие анекдоты, а действительные новости оперативной хирургии.
Тело человека - объект с очень сложной топологией. Вспомните, сколь сложно компартментализована (подразделена на множество отсеков) обычная эукариотическая клетка! Клетки непростым образом организованы в ткани, ткани - в органы и системы органов. Важнейшей характеристикой организма в целом является его план строения - архитектоника, общие принципы взаиморасположения частей. Знаете, как мучают детей при изучении зоологии в школе, заставляя зубрить, что у круглых червей полость тела первичная, а у кольчатых - вторичная? А ведь даже сходно организованные организмы могут быть топологически весьма различны.
Известно ли вам, что у мужчин полость тела замкнутая, а у женщин - нет? Яйцеклетки выпадают из яичника в полость тела, а уже потом из нее по фаллопиевым трубам попадают в матку, которая соединена с внешней средой. У наших далеких предков сперматозоиды проходили по подобному маршруту, но потом мужские половые клетки получили самостоятельный туннель, а полость тела замкнулась.
Как разобраться в топологической головоломке, которой является человеческое тело? В чем-то помогает компьютеризация. В канадском университете Калгари создана цифровая 4D-модель человеческого тела, названная Caveman. Четвертое измерение в ней - временное; а сама модель подготовлена в рамках совместного с Sun Microsystems проекта Cave по визуализации трехмерных окружений. Рассмотреть все детали различных «шестеренок» человеческого организма можно в специальном павильоне в 3D-очках, причем размеры установки позволяют демонстрировать любые органы и рассечения куда больше, чем в натуральную величину. Для чего это нужно? Для обучения врачей. Для демонстрации пациентам, что с ними планируют сделать. Для планирования операций - как традиционных, с широким рассечением для доступа к операционному полю, так и современных, щадящих.
Подход традиционной хирургии прост: взрежем всё, что затрудняет доступ к нужной точке, и с удобством сделаем свое дело. В послеоперационный период раны так или иначе заживут. Эндоскопическая хирургия позволила уменьшить разрезы, благодаря микрохирургическому инструментарию. Следующий шаг - отказ от рассечения покровов тела. Эта парадигма называется транслюминальной эндоскопической хирургией через естественные отверстия. Она использует введение эндоскопических инструментов через имеющиеся входы-выходы тела больного - обычно рот или влагалище. В полость тела попасть при этом можно через небольшой внутренний прокол. В случае женского организма проводить эндоскоп через фаллопиевы трубы тоже было бы неверно - и отверстие невелико, и весом риск повредить уязвимый орган. К счастью, внутренние проколы могут заживать быстрее, чем разрезы кожи. Новая технология уже в ходу. Так, операции по удалению желчного пузыря через влагалище проводятся и в США, и во Франции. А индийские хирурги сообщили о серии операций по удалению аппендикса через рот!
Такие операции хороши коротким послеоперационным периодом, низким уровнем боли, невысокой вероятностью инфицирования раны и последующим отсутствием шрамов. Есть и недостатки. В их числе - возможность неявных внутренних кровотечений, технологическая сложность работы, неприятный вкус во рту пациента… И, конечно, необходимость учить топологию.
Человек - мера всех вещей?
Ученые Пастеровского института во Франции оповестили мир об открытии нового болеутоляющего, в шесть раз превосходящего по эффективности морфий. Новое вещество, препятствующее разрушению естественных болеутолителей - энкефалинов, названо опиорфином. К счастью, его структура несложна, и можно надеяться, что со временем его будут производить искусственно. Исследование опиорфина только начато, и опробовать его на себе успели лишь крысы.
Удивительнее всего в этом открытии то, что опиорфин найден не в какой-нибудь экзотической субстанции (к примеру: в редчайшем тропическом растении, доставленном в лабораторию благодаря мудрости знахарей и героизму исследователей тропиков…), а в человеческой слюне. А столь ли удивителен этот результат? Наверно, мало найдется людей, которые никогда не слышали о целительных свойствах слюны. Все знают, что царапину или ссадину надо полизать: и болеть будет меньше, и заживет скорее. Правда, врачи рекомендуют для таких ситуаций лекарственные средства, содержащие антисептики. Им, конечно, виднее. Впрочем, в слюне есть не только сакраментальные бактерии, вызывающие кариес, но и естественные антисептики.
Обыденное происхождение нового чудо-вещества на самом-то деле не должно удивлять. Наше тело - сложнейшая система, в широких пределах способная к саморегуляции. Что же странного, что эффективнейшие регуляторы находятся в нем самом, а не изыскиваются в каких-либо экзотах? Скорее следует удивляться тому, что чуждые по происхождению ключи подходят к нашим собственным замкам!
Крокодилья кровь
Переливание крови не только спасает множество жизней, но и порождает массу проблем. Доставляя кислород к тканям, кровь поддерживает работу всех органов человека. Способность крови переносить кислород связана с активностью железосодержащего белка гемоглобина, находящегося в красных кровяных клетках (эритроцитах). По сути, эритроцит — лишь остаток клетки, так как не имеет ядра, управляющего ее жизнедеятельностью. Это заполненный гемоглобином автомат, рассчитанный на определенный срок работы. Увы, на своей поверхности эритроцит несет множество иммунных и сигнальных молекул, определяющих группу крови. Их несоответствие у донора и акцептора и является причиной упомянутых проблем. С кровью передаются многие болезни, в том числе СПИД, гепатит В и С. Натуральную кровь непросто хранить, а ее получение связано со множеством организационных забот.
Избежать всех этих трудностей позволило бы создание универсального кровезаменителя. Потенциальный объем рынка такого продукта — миллиарды долларов в год. Было бы замечательно, если б вместо крови, содержащей клетки, удалось использовать раствор гемоглобина. Увы, эритроцит человека химически регулирует связывание и высвобождение кислорода. Гемоглобин, находящийся в свободном состоянии в крови, токсичен для почек.
В поисках выхода из этой ситуации ученые стали присматриваться к другим видам живых существ. Очень интересны с этой точки зрения крокодилы — высокоорганизованные животные, ближайшие родственники динозавров и птиц. Еще в эпоху динозавров крокодилы приспособились надолго затаиваться на дне водоемов, поджидая неосторожную жертву, пришедшую на водопой. Кровь крокодилов способна эффективно переносить кислород как при его высокой концентрации (когда крокодил находится на поверхности и активен), так и при очень низкой (лежит на дне). Связывание и высвобождение кислорода у крокодила регулируется не самим эритроцитом, а химизмом окружающих тканей. Наконец, гемоглобин крокодила, по-видимому, безопасен в свободном состоянии в крови.
Австралийские биологи расшифровали аминокислотную последовательность крокодильего гемоглобина и нуклеотидную последовательность кодирующего его гена. Их идея состоит в том, чтобы с помощью генетически модифицированных бактерий производить крокодилий (или крокодило-человечий, состоящий из скомбинированных блоков) гемоглобин, который будет использоваться для производства кровезаменителей. Возможно, этот перспективный замысел приведет к созданию искусственной крови, которая сможет переносить кислород эффективнее, чем естественная!
Однако даже переливание крови от человека к человеку наталкивается на этические и религиозные возражения. Например, противниками такой процедуры являются Свидетели Иеговы. Ортодоксальные евреи убеждены, что душа человека и животных находится в крови (поэтому кошерным может быть лишь мясо животных, которым выпустили кровь). А теперь представьте себе человека, в жилах которого течет крокодилья кровь, выработанная генетически модифицированными бактериями!
Обманываться рады
Мы привыкли думать, что душевнобольные - это те, чья психика хуже справляется с разнообразными задачами, которые ставит перед нами жизнь. Стивен Дакин (Steven Dakin) и другие сотрудники Университетского колледжа Лондона обнаружили необычный психологический феномен. Всем известны различные «коварные» картинки, провоцирующие неверные суждения, основанные на оптических (точнее, психических, связанный с обработкой зрительной информации) иллюзиях. Английские психологи предложили задание, с которым не могут справиться здоровые люди, но посильное для больных шизофренией. Нужно из маленьких кружочков, расположенных на периферии, выбрать такой же по оптическому контрасту кружочек, как и центральный, находящийся внутри большого круга (см. рис.). Возможно, шизофреники легче справляются с этой задачей, потому что их мозг не сравнивает кружок-модель с большим кругом. В таком случае это задание проверяет, как в психике испытуемого работает блок контекстной обработки информации.
Так ли важно распознавание иллюзий для психического здоровья? Тут стоит посмотреть на активность нашей психики с точки зрения ее предназначения. Вся деятельность нашего мозга служит для приспособления, адаптации к меняющейся экологической и социальной среде. Успешно адаптирующегося человека можно считать здоровым, даже если его психика работает иначе, чем у большинства сограждан. Если же он «выпадает» из окружающего мира и ему при этом плохо, надо что-то менять.
Для нас одно и то же действие может быть нейтральным, оскорбительным или дружеским в зависимости от контекста отношений с тем человеком, от которого оно исходит. Шизофреники не могут верно истолковать контекст, обижаются или пугаются, страдают от этого сами и доставляют страдания другим людям. А вы говорите - пятнистые кружочки…
Мыло вместо презервативов
Любопытное открытие сделали ученые из Калифорнийского университета в Сан-Франциско: оказывается, мыло убивает ВИЧ (вирус иммунодефицита человека, вызывающий СПИД). Согласно полученным данным, опубликованным в журнале Antimicrobial Agents and Chemotherapy, мыльный раствор (1 г мыла на 200–400 мл водопроводной воды) в тридцать раз снижает концентрацию вируса, а кроме того, уменьшает количество зараженных клеток иммунной системы на 57–87 процентов.
Перед исследователями стояла задача получить дешевое и в тоже время эффективное средство профилактики СПИДа, в котором остро нуждаются слаборазвитые страны. Зацепкой послужило то, что мыло переводит жиры в растворимое состояние, а оболочка вируса как раз и состоит из липидов.
Впрочем, микробиолога уязвимость ВИЧ в мыльном растворе не удивит — вирусы вообще представляют собой довольно нестойкие конструкции. Изолированный ВИЧ разрушается всем, чем угодно: светом, ультразвуком, самыми разными веществами. Проблема не в том, как разрушить изолированный вирус, а в том, как воздействовать на него в организме и при этом не повредить человеку (например, если ввести мыло в кровь, то раньше, чем детергировать липидные оболочки вирусов, оно свяжет жизненно важные липиды, а это будет похуже СПИДа). Как сказал один из авторов публикации Джонатан Ли (Jonathan Li): «Проведены всего лишь лабораторные исследования, а как это будет работать в действительности, мы пока не знаем».
В экспериментах было использовано мыло «Ivory», одна из самых дешевых и распространенных марок. Интересно, скоро ли по телевидению начнут крутить рекламу мыла, защищающего от СПИДа?
Ваша кошка любит охотиться на птичек?
Трудно представить себе более интимную связь, чем отношения паразита и хозяина. В ходе эволюции способность паразита к преодолению защитных механизмов хозяина оттачивается до филигранности. Однако чего добьется вид-паразит, истребив вид-хозяина? Эволюционно «старые» инфекции обычно протекают почти бессимптомно. А страшные болезни, эпидемии которых могут выкосить значительную часть населения, чаще всего вызываются паразитами, перешедшими на новых или нехарактерных хозяев.
Природными хозяевами гриппа, эпидемии которого поражают все человечество, являются азиатские водно-болотные птицы. Для них заражение вирусами чаще всего проходит бессимптомно. В популяциях птиц эволюционируют и обмениваются структурными блоками вирусы «обычного» гриппа. Вирус размножается в кишечнике птиц, выделяется с пометом и заражает новых хозяев через загрязненную воду. Новые формы вирусов довольно легко передаются от птиц к людям, вызывая хорошо знакомые нам эпидемии.
Так называемый «птичий грипп» близок к «обычному», но теснее связан с птицами. Для его перехода от диких птиц к человеку обычно требуются «шлюзы» — более чувствительные к нему виды (в их числе, кроме домашней птицы, также числятся свиньи и лошади). В последние годы распространились особо активные формы птичьего гриппа, способные иногда передаваться непосредственно от птиц к людям. Впервые обнаруженная в Азии, эта болезнь дошла и до Западной Европы. Она особо опасна для детей, у которых с большой вероятностью вызывает летальный исход.
Зимующие в Азии птицы разносят новый вирус по значительной части нашего континента. Редкость заболевания связана с тем, что вирус пока что с трудом преодолевает межвидовой барьер. В этой связи тревогу вызывает открытие исследователей Медицинского центра имени Эразма Роттердамского (Нидерланды), которые показали, что домашние кошки могут участвовать в передаче вирусов птичьего гриппа. Кошки заражаются птичьим гриппом и способны передавать его далее другим кошкам (и, возможно, людям). Не исключено, что распространение вируса в кошках может привести к возникновению форм вируса, более приспособленных к развитию в организме млекопитающих. В силу своего интереса к птицам и близости к людям домашние любимцы вполне подходят для роли «шлюза» вирусной инфекции.
Так что делать? Быть поосторожнее с кошками, не давать им ловить птиц и надеяться на лучшее…
* * *
В ряду пива без алкоголя, сигарет без никотина, яиц без холестерина и роз без шипов пополнение — опийный мак без морфия. В Тасмании (где для фармакологических нужд выращивается 40% урожая опийного мака в мире) обнаружены мутанты, у которых нарушена выработка морфия. В таком маке накапливаются предшественники морфия — тебаин и орипавин, из которых так же, как из наркотического сырья, можно производить обезболивающие препараты. Зато ни героина, ни опиума из него не получить. Цветок-мутант легко отличить от нормального: сок у него красный или оранжевый, а не белый. Ждем белую акулу без зубов?
Мимивирус: пополнение в нашем зоопарке
Окружающая нас действительность раз за разом оказывается сложнее схем, которыми мы ее описываем. Что такое вирусы (биологические, не компьютерные)? Частицы из нуклеиновой кислоты и белка, которые при попадании в клетку используют ее синтетические системы для собственного копирования. В школьном курсе биологии их почему-то относят к живым организмам, хотя они лишены большинства характерных особенностей живых систем. Вирусы весьма отличаются по своей сложности. Существуют и более простые инфекционные агенты — вироиды (состоящие только из нуклеиновой кислоты) и прионы (единичные молекулы белка). Считать и их организмами? Абсурд.
А что сложнее вирусов? Между сложным вирусом и простой бактерией, казалось, лежит пропасть. Бактерия — это уже клетка, сверхсложная система. Даже самые простые бактерии (микоплазмы, хламидии), утратившие из-за глубокого приспособления к паразитизму некоторые клеточные функции, находятся на ином уровне сложности.
В 1992 году британские бактериологи искали место обитания легионеллы — водной бактерии, вызывающей у человека тяжелую болезнь — легионеллез. В одной градирне они нашли амеб, зараженных какими-то паразитами, напоминавшими бактерий. По размеру (400 нм) эти паразиты соответствуют микоплазмам. Дальнейшее исследование показало, что это были гигантские вирусы, которые получили название мимивирусов. Недавно были опубликованы результаты расшифровки генома этих монстров.
Главный вывод исследователей состоит в том, что мимивирус «живой». Типичные вирусы имеют до 300 генов, мимивирус — 1260, то есть на уровне бактерии (у человека, к примеру, около 20 тысяч генов, см. стр. 24). Часть из этих генов (около 50) отвечает за нехарактерные для вирусов функции и кодирует белки, отвечающие за жизнедеятельность самого паразита. Наконец, 7 генов общие для мимивируса и клеточных организмов! В отличие от других вирусов, в мимивирусе почти нет «мусорной» ДНК, не содержащей функциональной информации. Новый объект — единственный известный науке, геном которого записан одновременно на ДНК и РНК. Хранитель информации у большинства организмов — ДНК, а у ретровирусов (как ВИЧ, возбудитель СПИДа) — РНК, по которой специальный фермент воспроизводит ДНК.
Открытие может быть интерпретировано двояко. Даже если мимивирус — результат упрощения клеток в ходе эволюции, для него надо будет создавать свою систематическую категорию самого высокого ранга. Но возможно, существа наподобие него имели отношение к возникновению клеток, а это еще интереснее.
Важная деталь: в ходе специального исследования у людей удалось обнаружить антитела, соответствующие характерным белкам мимивируса. Это косвенное свидетельство способности загадочного объекта к паразитированию не только на амебах, но и на человеке! Что еще интересного можно найти внутри нас самих?
Д. Шабанов. Учите топологию! // Компьютерра, М., 2007. – № 21 (689). — С. 13
Д. Шабанов. Человек - мера всех вещей? // Компьютерра, М., 2006. – № 43 (663)
Д. Шабанов. Крокодилья кровь // Компьютерра, М., 2004. – № 35 (559). – С. 15–16
Д. Шабанов. Обманываться рады // Компьютерра, М., 2005. – № 43 (615)
Д. Имполитов, Д. Шабанов. Мыло вместо презервативов // Компьютерра, М., 2004. – № 22 (546). – С. 17–18
Д. Шабанов. Ваша кошка любит охотиться на птичек? // Компьютерра, М., 2004. – № 36 (560). – С. 16–17
Д. Шабанов. Без названия (В ряду пива без алкоголя…) // Компьютерра, М., 2004. – № 38 (562). – С. 12
Д. Шабанов. Мимивирус: пополнение в нашем зоопарке // Компьютерра, М., 2004. – № 41 (565). – С. 20–21