«Среди опасаемых болезней слепота стоит на первом месте»

Что такое эволюционная физиология? Почему эта наука подвергалась гонениям? Какие научные разработки сейчас имеются в этом направлении? Об этом рассказывает член-корреспондент РАН Михаил Леонидович Фирсов, директор Института эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН.

— Совсем недавно узнала, что, оказывается, не только генетика и кибернетика в нашей стране подвергались гонениям, но и физиология тоже. Какова была судьба вашего института на фоне этих гонений?

— Печально известная «генетическая сессия» ВАСХНИЛ была в 1948 г., а в 1950 г. — «павловская сессия». Но я бы не назвал это гонениями. Это значило бы возвысить этих людей, придать им какую-то идеологизированность. Как будто они отстаивали какие-то принципы. Нет. Это были просто беспринципные карьеристы, которые решили таким путем проложить себе карьеру, пожертвовав своим учителем Леоном Агбаровичем Орбели и некоторыми другими яркими людьми. Так что это было просто отвратительное сведение счетов. Хотя, конечно, они прикрывались знаменем отстаивания истинного верного учения И.П. Павлова, как будто бы Л.А. Орбели, прямой ученик И.П. Павлова, его не отстаивал. Уж кто-кто, а он гораздо лучше их понимал, в чем оно на самом деле заключается. Так что это было конъюнктурное сведение счетов. Это произошло в 1950 г.

Л.А. Орбели после этого не был репрессирован в полном смысле, но лишился почти всех постов. До этого он возглавлял Институт физиологии, был начальником Военно-медицинской академии. В итоге у него осталась крохотная группа, и это были люди, которые были привязаны к нему не столько административно, сколько лично. Просто люди, сохранившие верность учителю. Он остался академиком, потому что прецедента лишения академического звания, по-моему, в нашей стране еще не было ни при каких обстоятельствах, и генерал-полковником медицинской службы в отставке.

— Как Орбели все это пережил?

— Конечно, для него это был тяжелейший удар. Я думаю, что, может быть, даже не столько из-за административного низвержения. Главное — предательство близких ему людей. Это оказало на него тяжелое воздействие. А дальше события развивались так: умирает Сталин, и спустя год Орбели разрешают создать лабораторию, отношение к нему кардинально изменилось. Возвращается понимание, какого уровня этот человек. Вернее, возвращаются во власть люди, которые могли это понимание реализовать во что-то действенное. Ему дали возможность создать лабораторию. И тут наступает очень интересный этап, потому что к тому времени ему уже больше 70, прошлые события не способствовали его здоровью. И он понимает, что ему дается последний шанс. Он думал, на что употребить оставшиеся время и силы. И решает заняться эволюционной физиологией.

— Почему именно ею?

— Эта тема, скорее всего, всю жизнь его интересовала, с достаточно молодого возраста, когда он был на стажировке в Италии на биостанции. Это не мое мнение, это мнение его биографов — он увидел потрясающее разнообразие средиземноморских морских обитателей, и как раз тогда в мире был всплеск интереса к эволюционному аспекту физиологии, откуда пошли те или иные функции. И он этим заразился.

Но он был действующим офицером Военно-медицинской академии, тогда еще императорской. Он был в достаточно короткой командировке, не мог посвящать этому все свое время. Потом — Первая мировая, потом — революция, ему все время было не до этого. Но, видимо, он все время держал это в голове. Когда умер академик И.П. Павлов, Л.А. Орбели стал его преемником и, по сути, встал во главе тогдашней советской физиологии. Создал в 1939 г. Институт эволюционной физиологии и патологии высшей нервной деятельности. И я думаю, что он успешно развил бы направление эволюционной физиологии уже тогда, но потом была война, всем стало не до института, и он закрылся. В войну Л.А. Орбели занимался практическим применением физиологических знаний для лечения раненых, гипербарической физиологией, глубоководными погружениями и т.д. Очень много исследовал высшую нервную деятельность. И в итоге выбрал эволюционную физиологию.

— Сначала это была лаборатория?

— Да. А в 1956 г. в январе выходит распоряжение правительства уже о создании института. В следующем году мы будем праздновать 70-летие. Орбели набирает еще лаборатории, и все они имеют в своем названии слово «эволюционная». Хотя, конечно, положа руку на сердце, эволюционный подход и тогда, и сейчас был сильным и продуктивным, просто тогда он не был дополнен множеством других современных подходов. Сейчас, конечно, доля эволюционной тематики в нашем институте существенно меньше, чем была во времена Л.А. Орбели. Но мы не забываем, кто мы есть, откуда пошли и почему нам интересно заниматься эволюционным подходом к физиологии.

— Сейчас в вашем институте большое разнообразие научных направлений, в том числе вы занимаетесь изучением ряда нейродегенеративных заболеваний, ищете новые подходы к их лечению. Мне хотелось бы остановиться на научном направлении, которое близко лично вам как ученому. Это физиология сетчатки. О чем идет речь?

— Я всю свою научную жизнь работаю в этом институте, кроме коротких выездов на зарубежные постдоки. Первым организатором лаборатории, которую я сейчас возглавляю, был Яков Абрамович Винников, замечательный морфолог, он был приглашен еще Л.А. Орбели. Это была лаборатория эволюционной морфологии. Первоначально она занималась периферической сенсорной системой всех модальностей. Это были рецепторы на клеточном уровне — слуховые механорецепторы (слух, равновесие); хеморецепторы (вкус, обоняние, феромоны); фоторецепторы — как позвоночных, так и беспозвоночных. Для исследования структуры клеток уже тогда были доступны хорошие электронные микроскопы. Единственная проблема заключалась в том, что нынешние электронные микроскопы более компактные, чем были раньше. Прежде это был целый маленький завод со своей лабораторией, мощными компрессорами для создания вакуума. Эти компрессоры должны были обслуживать инженеры.

И так получилось, что в 1970-е гг. в эту лабораторию были приглашены два потрясающих человека. Они были почти ровесниками. Оба — выпускники ЛЭТИ, оба — чистые инженеры, но, придя в лабораторию и занявшись обслуживанием электронного микроскопа, они, будучи людьми очень пытливыми, заинтересовались тематикой и сами стали сперва морфологами, а потом и просто биологами-физиологами широкого спектра интересов. Оба стали докторами наук, защитили диссертации в этой же лаборатории, а потом последовательно стали заведующими. Это Феликс Гурьевич Грибакин, при котором я пришел в лабораторию, и его друг и коллега Виктор Исаевич Говардовский, которого я считаю своим учителем. Всю жизнь я проработал с ним, до его гибели от ковида в 2020 г.

— Именно они и создали лабораторию?

— Да, в том современном виде, в котором она сейчас пребывает. Я возглавил лабораторию в 2013 г. Первоначально при Я.А. Винникове она была чисто морфологической и очень широкого спектра объектов, но постепенно людям стало интересно: а как это работает? И произошел переход от структуры к функции. Начались электрофизиология, создание установок. Постепенно от широты объектов мы пришли к широте методик. У нас практически монотематическая лаборатория, которая занимается физиологией зрения позвоночных, сетчаткой, но множеством разных методов. У нас осталась и морфология, и электрофизиология на уровне одиночной клетки, изолированной сетчатки, на уровне целого животного, в том числе поведения. Все знают, что сетчатка состоит из палочек и колбочек. Мы изучали и изучаем до сих пор каскад фототрансдукции. Это внутриклеточный мощный и очень сложный биохимический каскад, который позволяет клетке генерировать электрический ответ и видеть отдельные кванты.

— Это чисто фундаментальная работа?

— Да, так и было, но в какой-то момент, лет девять назад, мы поделились мнением с шефом, что появляется все больше работ, которые преследуют благую цель. Есть тяжелые, генетически обусловленные заболевания сетчатки, и они не лечатся. При них сетчатка погибает. Это врожденный генетический дефект. Одна из самых тяжелых болезней — пигментный ретинит, это больше 3 тыс. мутаций в 60 с лишним генов. Погибают палочки и колбочки. Патология хорошо диагностируются, но лекарства нет никакого.

И вот у людей еще до нас возникла идея: а нельзя ли воссоздать ту систему восприятия света, которую мы так хорошо знаем, в палочках и колбочках, в других оставшихся клетках сетчатки? Они не светочувствительны, они предназначены для обработки сигналов. Сетчатка имеет трехслойную структуру, первый слой — это фоторецепторы, но они погибли. А второй и третий слои — это уже обработка сигнала. Эти клетки света не чувствуют, там нет пигмента, который воспринимал бы свет. Давайте туда вставим пигмент или что-то в этом роде, и они начнут видеть. Такая глобальная идея. По сути дела, здесь, помимо практического научного интереса, есть еще тщеславный интерес хоть немного побыть создателем, создать свою собственную систему зрения. Звучит, конечно, очень самонадеянно.

— Однако люди научились протезировать слуховой аппарат, освоили кохлеарную имплантацию. Конечно, со зрением все намного сложнее, но уже есть небезуспешные попытки создания инженерных устройств, возвращающих людям зрение. Какие успехи в этой области?

— Если мы говорим о протезировании сетчатки, то в настоящее время в мире существуют два мейнстрима. Оба зародились примерно в одно и то же время, на рубеже 2000-х гг., но один сильно обогнал второй, а потом как-то сдулся, зато второй сейчас на подъеме.

Первый — это чиповое, электронное протезирование. Первые чипы были разработаны в 2004–2005 гг., испытаны на животных, и дальше пошел очень бурный рост. Несколько хороших стартапов развились в компании. Два из них дошли до одобрения национальных регуляторов США и Европейской комиссии. Это американская компания Second Sight, протез называется «Аргус-2», и европейская — немецкая Aplha. Эти две компании сделали чипы, которые были имплантированы в общей сложности нескольким сотням пациентов.

— В том числе и в России.

— Да. Они имеют немного разное строение, но суть одна: матрица электродов лежит на травмированной сетчатке и снова запускает процесс возбуждения. В большинстве случаев результат протезирования был хорошим: люди начинали различать крупные предметы, их контуры, многие могли читать крупные буквы.

— Узнавали себя в зеркале!

— Совершенно верно. А если виден предмет, то можно ориентироваться в пространстве, это очень снижает инвалидизацию. Это был огромный прорыв за одним исключением — это не навсегда. К сожалению, протезы зарастают глиальными клетками. Не портятся, не ломаются, но зарастают так, что матрица уже больше не способна работать. Средний срок службы протеза — пять-шесть лет, после чего необходимо изъятие импланта и реимплантация невозможна.

— Мы уже при рождении получаем печальное известие, что это не навсегда, но срок жизни растет. Может быть, через какое-то время с совершенствованием техники этот период прозрения увеличится?

— Именно так и происходит. Интересная история: обе эти компании, сделав несколько сотен удачных имплантаций, без каких-то очевидных проколов в 2018 г. почти синхронно вышли из бизнеса. По совокупности причин: слишком зарегулированный процесс, очень дорогая процедура — более $100 тыс. Они так и не сформировали большой рынок. Неправильной была не модель протеза, а бизнес-модель.

— Но эта работа продолжается?

— Сейчас я знаю несколько десятков не компаний, а стартапов, научных групп, которые публикуют свои проекты новых чипов и новых матриц, испытываемых пока на животных, и я совершенно согласен, что, безусловно, это вернется. Просто в новом качестве, с новыми регламентами, так что про это направление точно не надо забывать.

А второе направление, которым в моей лаборатории сейчас занимаются, это то, с чего я начал, — попытка сделать оставшиеся клетки сетчатки псевдофоторецепторами. Метод доставки хорошо известен: при помощи аденоассоциированных вирусов. Это безопасный вирус, на нем работают многие вакцины, в том числе ковидные.

— Но наверняка и здесь есть проблемы?

— Этот вирус сам по себе никаких проблем не вызывает, но у него маленькая емкость. Головка, в которой все пакуется, называется капсидом. И его емкость небольшая, туда помещается 4,7 килобазы. Это немного. И это имеет ряд негативных последствий: мы не можем ввести туда очень хорошую плазмиду, приходится вводить компактную, а это не всегда одно и то же. Но мы вставляем туда специальный белок, который называется каналородопсином. Он позволяет клеткам начать видеть. Это потрясающий пример научного предвидения и научного чутья. Его история началась в XIX в. Профессор Андрей Сергеевич Фаминцын из Санкт-Петербургского университета открыл то, что называется «положительный фототаксис» в маленькой одноклеточной водоросли: если посветить, то она плывет к свету. Если посветить очень сильно, то она плывет от света. Он не знал механизма, но понял: раз плывет, то как-то ориентируется, иначе невозможно это понять — как она угадывает, куда плыть.

— Значит, есть какой-то механизм светочувствительности?

— Да. Дальше, уже в 70-е гг. ХХ в. в МГУ братья Олег и Виталий Синещековы под руководством профессора Феликса Федоровича Литвина показали, что в ответ на свет у этой водоросли возникает электрический сигнал, значит, есть какой-то белок-сенсор. И в 2000-х гг. этот белок-сенсор был найден и охарактеризован. Его назвали каналородопсином, и это был первый белковый канал, который напрямую управлялся светом. У него есть своя хромоформная группа, и она может открывать или закрывать канал. Прошло два-три года, и Карл Дейссерот в Стэнфорде (США) использовал каналородопсин для управления нейронами. Он понял, что это замечательный инструмент, он может селективно управлять нейронами. И с этого момента началась эра оптогенетики. Оптогенетика — это не обязательно про протезирование сетчатки, это про управление нейронами. Но довольно скоро люди сообразили, что можно не только управлять нейронами, но и ставить их туда, где им самое место, — в сетчатку. Это произошло в 2006 г., и с тех пор количество работ на животных идет по нарастающей.

— А сейчас есть результаты этих работ и на людях.

— Да, начиная с 2021 г., были опубликованы первые результаты на людях. Сейчас идут примерно пять клинических испытаний на людях, результаты двух из них опубликованы, оба положительные. В обоих случаях разные каналородопсины. Причем уже давно не используется естественный каналородопсин из водорослей, они уже давно генетически модифицированы, их качество существенно улучшено. Так что мы, научное сообщество, с нетерпением ждем следующих испытаний.

— Вы сами проводите какие-то испытания?

— Да. Но с этими каналородопсинами есть одна проблема, причем, как и проблема с чипами, она довольно неизбывная. Проблема в том, что один квант света открывает один канал. Когда имеется в виду палочка в живой сетчатке, один квант света при помощи каскада фототрансдукции открывает тысячи каналов, потому что там мощное биохимическое усиление. А тут только один. Это приводит к тому, что для того, чтобы вызвать клеточный ответ, нам нужно светить очень ярким светом. Нужно очень много квантов, чтобы они открыли очень много каналородопсина. Света нам не жалко, но жалко сетчатку, потому что свет — повреждающий агент. Он не только стимул и источник информации, он еще и источник мощнейшего повреждения. Фактически мы работаем на грани яркости, которая будет просто сжигать сетчатку. А сетчатка и так нездорова.

— Что же с этим делать?

— Пока непонятно. Меньше света — мы ничего не видим, больше света — опасно. Но есть третий вариант. Можно использовать не каналородопсин, а другой светочувствительный белок, который бы запускал что-то подобное, как с палочкой, — каскад биохимических реакций. И открывал бы не один канал, а сотни. А лучше — тысячи. Так можно воссоздать как бы палочку в той клетке, в которой ничего такого не было. Набить туда еще дополнительные элементы, чтобы это заработало. Тогда мы получим усиление раз в 100, на два порядка, и на два порядка мы можем понизить интенсивность света, следовательно, существенно снизить его повреждающее действие. Так что именно этим занимается сейчас моя лаборатория. Мы делаем химерные белковые рецепторы на основе родопсинов и других белков, которые бы позволили воссоздать такую систему.

— Вы испытываете эти ваши устройства на животных? Каков результат?

— Конечно, испытываем. Результат переменный. Мы создали целую линейку химерных белков. Одни работают лучше, другие — хуже. Перед тем как испытывать на животных, мы проводим их скрининг на клеточных системах: более простые схемы позволяют сразу отсечь то, что гарантированно не работает. С животными проблема в том, что результата инъекции надо ждать не меньше месяца. А хочется быстрее. Поэтому сначала делается первичный скрининг на нескольких клеточных системах, отсеиваются заведомо неудачные варианты, потом берутся лучшие, делается инъекция животному, смотрим. В конце концов ставится цель — выйти на человека. Если сравнить эти две методики — чипы и оптогенетику, вывод следующий: первая очень дорогая, потому что там работает бригада опытнейших хирургов-офтальмологов, помимо того что и сама электроника не дешевая. Понятно, что при массовом производстве она будет дешевле, но труд хирурга никогда не будет дешевым. Поэтому это очень дорого.

— А лапароскопические операции тут невозможны? Какой-нибудь робот da Vinci не сможет так работать?

— Речь может идти о снижении стоимости, но не о кардинальном снижении. Это все равно операция. А особенность технологии оптогенетики в том, что это всего лишь один укол. Конечно, будут вложены и уже вкладываются огромные усилия в создание этой плазмиды, оптимизацию вируса и прочее, но, когда это уже сделано, для пациента это один внутриглазной укол.

— Тоже неприятно.

— Это малоприятная вещь, конечно, но один укол точно лучше, чем распотрошить весь глаз, а потом снова зашить. Это доступно квалифицированной медсестре в офтальмологической клинике, и это легко тиражируется. Поэтому в случае удачи это будет массовой технологией.

— Понятно, что человечество становится старше и заболеваний глаз тоже становится все больше. Но можем ли мы сказать, что появляется больше офтальмологических заболеваний у детей, у молодых людей? Если да, то в чем причина?

— В мире — да, а данные по России мне недоступны. Проблема в том, что тот самый пигментный ретинит — это болезнь молодых людей. Он проявляется в юношеском или подростковом возрасте. Если у человека есть такая проблема, то годам к 20 этот человек слепнет. Есть болезнь пожилых людей — макулодистрофия, она обусловлена возрастом. Генетические маркеры не очень понятны — есть они или нет. После 65 лет довольно много народа в группе риска.

— Как вы думаете, почему? Что произошло с человечеством, что оно так интенсивно слепнет?

— Не скажу, что интенсивно, но это относится ко всем генетическим заболеваниям. Мы можем выхаживать тех, кого раньше не могли: скорее всего, в этом дело. Слепой человек в древности шансов не имел, а сейчас имеет. Хотя есть такая интересная статистика: ВОЗ ведет реестр опасных болезней и одновременно — опасаемых. Опасные — понятно: сердечно-сосудистые, нейродегенерация, инфекционные заболевания, рак. А среди опасаемых болезней устойчиво на первом месте стоит слепота. Хотя она не несет никакой угрозы для жизни.

— Но зачем такая жизнь?

— Именно.

— Какие могут быть эффективные меры, чтобы избежать этих состояний?

— Против генетических болезней, к сожалению, нет ничего. От пигментного ретинита есть пока только одно лекарство. На три тысячи мутаций есть лекарство «Люкстурна», это против одного из генов, и парная инъекция стоит $850 тыс.

— А его не предоставляют бесплатно тем, кто в нем нуждается?

— Не знаю точно, но думаю, что нет. Разрабатываются новые, мы обсуждаем это на семинарах. Есть уверенность, что появятся и другие. Но проблема с генной терапией в том, что для каждого отдельного гена нужно отдельное лекарство. А их, напомню, три тысячи. Конечно, они встречаются с разной частотой, но все-таки.

Но больше половины причин полной или неполной слепоты приходится на болезни, которых можно либо избежать, либо — при доступе к высокотехнологичной медицине — вылечить. Это глаукома, которая на ранних стадиях лечится довольно просто, надо всего лишь следить за внутриглазным давлением, это обязательно. А на поздних стадиях, к сожалению, почти не лечится. Второе — это катаракта. Еще лет 50 назад это был приговор, а сейчас просто меняется хрусталик. Это уже стало рутинной операцией.

— Как образ жизни человека может помочь предотвратить такие заболевания? Например, каким должно быть освещение?

— Я очень не люблю заходить на чужую поляну. Это вопрос офтальмологов и врачей-гигиенистов. Единственное, что я могу сказать, основываясь на здравом смысле, а также на работах замечательного российского ученого академика Михаила Аркадьевича Островского, который занимается вопросами возрастной макулодистрофии, — по возможности надо минимизировать количество света. На солнце при прочих равных ходить в темных очках. Много света — это не очень хорошо. Света должно быть достаточно, но не слишком много.

— Академик Христо Периклович Тахчиди, известный офтальмолог, рекомендует всем смотреть вдаль. Он говорит, что человек биологически устроен смотреть вдаль, а сейчас мы все смотрим вблизь, из-за чего развивается близорукость. Что думаете по этому поводу? 

— Да, это правильно. Но мы не всегда следуем этой простой рекомендации. Разгрузить нагруженный хрусталик и ненадолго посмотреть вдаль, расслабив тем самым всю систему аккомодации, безусловно, полезно. И, конечно, профилактика всегда лучше самого современного лечения — тут не поспоришь.