Жир умеет говорить

Малики были дружной пакистанской семьей, которая переехала в Великобританию в конце 1980-х годов в поисках лучшей жизни. Пакистанцы к тому времени были второй по численности группой иммигрантов в Британии. Малики обосновались в районе Лутона, примерно в часе езды к северу от Лондона, и быстро стали частью их родного сообщества, которое сохранило свои культурные традиции.

Малики были кровной семейной парой – они приходились друг другу двоюродными братом и сестрой. Подобные браки распространены в некоторых частях света. У них было трое детей, Старшую дочь звали Лейла. Родившаяся в 1989 году весом около 3 кг, она выглядела как нормальный, здоровый ребенок, и активно исследовала мир вокруг себя. Однако, когда Лейле исполнился год, все начало меняться. У нее развился огромный аппетит, и она стала одержима едой. Она съедала полную тарелку с едой и плакала, пока ей не давали другую. Ее родители знали, что такое поведение не является нормальным, но думали, что это пройдет. Однако по мере того, как Лейла продолжала расти, ее аппетит также возрастал, и вскоре она стала страдать от ожирения.

Родители пытались ограничивать Лейлу в потреблении пищи и поощрять ее физическую активность, но безрезультатно. Лейла отчаянно скандалила, если не получала столько еды, сколько захочет. Истерики, крики, разбитая посуда и сломанная мебель стали частью семейной жизни. И когда ее аппетит еще больше увеличился, Лейла стала проявлять изобретательность в поиске пропитания. Она начала копаться в мусорных баках и проникать в запертые помещения, где могла храниться хоть какая-то еда. Однажды она даже смогла получить доступ к морозильной камере и съесть замороженную рыбу.

Неудивительно, что родители Лейлы, были встревожены действиями своего некогда хорошо воспитанного ребенка. У всех остальных детей в семье вес и аппетит были в норме. Почему же Лейла была совершенно другой? Когда Лейла пошла в школу, все стало еще сложнее. Из-за лишнего веса и необычного внешнего вида у Лейлы были проблемы с общением. К тому же другие иммигранты упрекали родителей за то, что они допустили возникновение ожирения у их дочери.

Родители проконсультировались с врачами и диетологами. Общие рекомендации специалистов сводились к снижению калорийности питания и обеспечению выполнения физических упражнений. Малики старались придерживаться данных советов, но ограничение потребления пищи только увеличило истерики Лейлы и провоцировало ее на отчаянный поиск дополнительного пропитания.

Малики обратились за дополнительной помощью к педиатрам и эндокринологам, которые анализировали, нет ли у Лейлы различных физических и психических проблем со здоровьем. Они проверили ее на предмет нарушения функций щитовидной железы, так как низкий уровень гормонов может привести к увеличению веса. Но анализ крови показал, что уровень гормонов щитовидной железы в норме. Они проверили ее на синдром Кушинга — расстройство, вызываемое высоким уровнем кортизола, приводящее к отложению жира на животе, лице и спине, но тесты показали, что причина ожирения Лейлы не в этом. К замедлению обмена веществ и увеличению веса также могут привести нарушения функционирования гипофиза и надпочечников, но у Лейлы данные проблемы не были выявлены.

Поскольку гормональные нарушения были исключены, врачи Лейлы оценили ее на наличие генетических дефектов, которые могут привести к ожирению. Они проверили Лейлу на синдром Прадера-Вилли — редкое генетическое заболевание, которое вызывает ожирение при постоянном чувстве голода. Однако у Лейлы не наблюдалось характерных для данного заболевания симптомов, а именно:

• узколобости,
• неспособности к обучению,
• проблем с речью.

Она была проверена на синдромы Бар-де-Бидля и Альстрома — генетические нарушения, которые вызывают потерю зрения и диабет, а также ожирение. Тесты также оказались отрицательными.

Никто не мог установить истинную причину «зверского» аппетита у Лейлы. Казалось, ничто не могло умерить эту тягу к еде. У докторов закончились возможные диагнозы, а у семьи Малики — последние надежды на благоприятный исход. Лейла, казалось, была обречена страдать от ожирения всю свою жизнь.

Новые открытия при исследовании жира

В 1950-х годах два, на первый взгляд, незначительных научных достижения, оказали большое влияние на изучение жировой ткани.

1. В 1950 году ученые стали использовать новый научный инструмент. И это был не микроскоп или другое лабораторное оборудование, а обычная мышь. Ученым стал доступен вид мышей с генетической мутацией, вызывающей тяжелое ожирение. Эти грызуны, получившие название ob , изменили ход исследования жира. Для подобных мышей характерно неудержимое пищевое поведение, из-за которого они весят в 3 раза больше нормальной мыши и имеют в 5 раз больше жира, что в конечном итоге приводит к диабету. Благодаря мышам ob , исследователи могут экспериментировать на живой «модели ожирения».
2. Толчком для другого достижения послужили успехи в области космонавтики. В 1957 году Советский Союз удивил мир запуском первого искусственного спутника Земли. Этот значительный прорыв ускорил борьбу за технологический прогресс. В ответ США и другие страны существенно увеличили инвестиции в научные исследования. Часть увеличенного финансирования была направлена на разработку новых научных инструментов. Были достигнуты успехи в методах биологического разделения, таких как гель-электрофорез и жидкостная хроматография высокого давления. Оба метода позволили изучить клеточные компоненты и идентифицировать клеточные белки. Исследователям помимо микроскопа стали доступны и другие средства для исследования содержимого клеток.

Подобные инструменты, в сочетании с лабораторными мышами, позволили появиться новым направлениям в исследованиях. Не ограничиваясь только исследованием изолированных клеток под микроскопом, ученые теперь могли использовать мышь для мониторинга активности живой жировой ткани и ее влияния на другие органы. Ученые смогли более полно охарактеризовать ферменты в жировой ткани, движение белков и получить более ясное представление об участии жиров в обмене веществ. Внезапно жир стал популярен. Появились научные периодические издания, посвященные исследованиям жира, такие как «Журнал исследований липидов».

Понимание роли жира в этот период быстро росло, но самые удивительные открытия были еще впереди. За двадцать два года, с 1973 по 1995 год, ученые из разных стран, представители разных поколений, показали, как мало мы на самом деле знали о жире, который так не любим.

Загадка организма, влияющая на жир

Первое прорывное открытие произошло в лаборатории Джексона в Бар Харбор, штат Мэн. Данная лаборатория мирового уровня специализируется на выведении пород мышей, пригодных для создания моделей заболеваний человека, например, рака, болезни Альцгеймера и диабета. Ученые изучают этих мышей, чтобы глубже понять болезни. Мышь ob , которая произвела революцию в исследованиях жира, была впервые выведена в лаборатории Джексона.

Дуглас Коулман был сотрудником лаборатории Джексона с 1958 по 1991 год. Коулман вырос в Канаде и рано начал проявлять интерес к науке. Он окончил Висконсинский университет со степенью доктора биохимии в 1958 году и планировал вернуться в Канаду, но работа в лаборатории Джексона показалась ему более перспективной. Сначала он хотел задержаться в ней только на год или два, но, как вспоминал сам Коулман, который умер в 2014 году, «работа в лаборатории оказалась очень интересной и результативной. У меня были отличные коллеги — и я всю свою карьеру посвятил моделированию заболеваний на мышах. Я никогда и не думал, что буду исследовать ожирение и диабет …».

В 1965 году за помощью к Дугласу Колману обратился один из исследователей. Он попросил изучить новый вид мышей с ожирением, который был только что выведен в лаборатории. Эти мыши, называемые db, отличались от мышей ob. Они не только страдали ожирением, но и имели более тяжелую форму диабета. Колман изучал мышей в течение нескольких недель и выдвинул предположение: должно быть в крови мыши db есть что-то, способствующее усилению болезни. Он провел эксперимент, суть которого заключалась в переливании крови мышей db мышам ob. Дугласа интересовали изменения, которые могли бы произойти в состоянии мышей. Используя физиологическую методику, называемую парабиоз, он сшил вместе участки тканей двух животных, что позволило обмениваться кровью. Если что-то было в крови мыши db, вызывающее тяжелый диабет, то у мышей ob должны были проявиться те же симптомы.

После кропотливой хирургической подготовки мышей Коулман начал с нетерпением ожидать результатов эксперимента. Результат, однако, в корне отличался от ожидаемого. Как только кровотоки двух мышей были связаны, и мышь ob получила кровь от db, оказалось, что у ob мыши не проявляются те же симптомы, что и у db мыши. Диабет и ожирение не ухудшились у ob мышей и не перешли в более тяжелую форму, как ожидал Колман. Наоборот, ob мышь похудела. Мышь, которая весила в 3 раза больше обычных грызунов и обладала отличным аппетитом, начала отказываться от еды. Из-за отсутствия аппетита мышь вскоре умерла от голода. При этом, у мыши db никаких изменений в состоянии вообще не произошло. Отсутствие аппетита и худоба не были характерны для ob мыши до получения крови от db грызуна.

Затем Коулман соединил кровотоки обычной мыши и мыши db, чтобы посмотреть, что произойдет. Удивительно, но нормальная мышь также потеряла аппетит и умерла от голода.

Коулман был весьма озадачен результатами. В крови мышей циркулировало что-то, что способно сильно подавлять аппетит. Этот фактор заставил ob и нормальную мышь отказаться от еды, но не влиял на аппетит db мышей. Ученый выдвинул гипотезу, что мышь db страдала ожирением, потому что она не реагировала на этот циркулирующий фактор в собственной крови, а в крови мыши ob вообще не присутствовал этот циркулирующий фактор. Коулман был взволнован, поскольку он осознал, что это вещество, каким бы оно ни было, может стать лекарством от ожирения.

Попытки избавиться от жира в больнице

Вес Лейлы уже в три раза превысил нормальный. Выполнение всех получаемых медицинских рекомендаций не привело к решению ее проблемы. Она стала такой тяжелой, что с трудом могла ходить. Ее бедра терлись друг о друга, что приводило к раздражению кожи. Врачи сделали Лейле липосакцию на ногах, чтобы облегчить передвижение. На некоторое время это помогло, но неестественный аппетит Лейлы сохранился, и через несколько месяцев у нее на бедрах вновь появился жир.

Она не могла больше бегать с друзьями в школьном дворе или играть в активные игры со своими братьями и сестрами. Лейла чувствовала себя несчастной. И все же она не могла перестать есть.

Не зная, что еще можно предпринять, врачи посоветовали родителям положить Лейлу в специальную больницу, где доступ к еде будет строго контролироваться. Лейле было всего семь лет, но ей пришлось жить вдали от дома. Ее родители не могли поверить, что дело дошло до подобных мер.

Когда Лейлу положили в больницу, персонал приступил к тщательному контролю ее питания. Они часто взвешивали девочку и непрерывно следили за уровнем гормонов и активностью обмена веществ. Через несколько недель врачи заметили, что ее прибавка в весе замедлилась. Появилась надежда на улучшение. Но прошли месяцы, и хотя все ожидали, что вес начнет снижаться, этого не произошло. За шесть месяцев нахождения в больнице Лейла набрала дополнительный вес, хотя скорость отложения жировых запасов и снизилась.

То, что Лейла продолжила набирать вес, даже находясь в специализированной клинике, стало неприятным сюрпризом для врачей. Хуже того, оказалось, что проблема затронула не только Лейлу. Ее двухлетний двоюродный брат теперь тоже безостановочно ел и стал страдать ожирением. Какая-то неведомая напасть изводила семью.

Ученые познают жир

Результаты, полученные Коулманом в 1973 году, дали понять исследователям, что в крови присутствует таинственный циркулирующий фактор, который может подавлять аппетит. Несколько лабораторий занялись поисками. Первая лаборатория, которая смогла бы определить этот фактор, стала бы знаменитой и совершила бы огромный научный прорыв. Сам Коулман годами пытался выделить его из крови мышей, но это оказалось сложнее, чем он ожидал. Со временем некоторые даже стали задаваться вопросом, существует ли этот фактор вообще. Для решения этой проблемы потребовалось новое поколение ученых, специализирующихся в области молекулярной биологии. Представителем таких ученых был Джеффри Фридман.

Фридман был «создан» для науки, но до определенной поры не проявлял к ней ни малейшего интереса. Сейчас ему уже за шестьдесят, его рост составляет чуть больше 180 см, у него кудрявые волосы и очки в проволочной оправе. Учитывая его рост, неудивительно, что в юности он занимался баскетболом. Он говорит: «Я был довольно хорошим баскетболистом. Я мог бы играть в баскетбол на равных с профессиональными игроками. Я также был довольно приличным теннисистом. Я потратил очень много времени и сил на занятия спортом». Это было ранним проявлением состязательного характера, который в дальнейшем сыграет решающую роль в его карьере.

Семья очень хотела, чтобы Джеффри посвятил себя медицине. Фридман рассказывает: «Мои бабушка и дедушка были иммигрантами. Еврейские иммигранты проявляют интерес к медицине, потому что это респектабельный и безопасный способ зарабатывать на жизнь. Мой отец был врачом, и все ожидали, что я пойду по его стопам… Когда стало очевидно, что я не собираюсь делать спортивную карьеру, мои родители предложили мне поступить в медицинский институт. Они считали медицину моим призванием».

Во время обучения Фридман попробовал свои силы в исследованиях, но его ранние попытки не были обнадеживающими. Он представил результаты своих работ в Журнал клинических исследований. Одна из работ была отклонена с долгим и нудным объяснением, в чем заключались ее недостатки. Другую работу просто забраковали, предложив ее больше никому не показывать. Он вспоминает: «Я никогда не забуду эти отзывы. Честно говоря, в то время я думал, что не способен написать научную статью, которая будет опубликована хоть где-нибудь».

Фридман получил степень доктора медицины в возрасте двадцати двух лет, в 1976 году. У него был год до поступления в резидентуру по гастроэнтерологии в Бригаме, в женской больнице в Бостоне. Чтобы с пользой провести этот год, он записался на стажировку в Университет Рокфеллера в Нью-Йорке. Именно там Фридман встретил исследователя Мэри Джинн Крик, которая познакомила его с биохимическими влияниями на поведение человека. Он начал помогать ей в исследовании влияния опиатов на мозг. Он говорил: «Я был действительно очарован тем, что в нашем мозгу есть молекулы, влияющие на наше поведение и эмоциональное состояние. Удивительно, что молекулы могут переносить информацию и оказывать такое влияние. Я действительно влюбился в исследовательскую работу».

Затем он познакомился с другим исследователем, доктором Брюсом Шнайдером, который занимался изучением мышей. Шнайдер помог Фридману понять, что с помощью мышей они могут идентифицировать молекулы, контролирующие поведение. Перед Фридманом возникла дилемма: посвятить себя исследовательской работе или продолжить обучение на врача в Бригаме. Его сокурсники из медицинского института уже хорошо зарабатывали, а он всерьез задумывался о том, чтобы поступить в аспирантуру. Медицина была выбором его семьи, но его больше привлекали исследования.

Фридман решил отказаться от резидентуры по гастроэнтерологии и поступил в аспирантуру Рокфеллерского университета в 1981 году. Его отец не скрывал своего недовольства. Фридман говорит: «Я помню, как он язвительно сказал: «О, отлично, теперь тебе будут хорошо платить». Он сказал, что я разрушил семейную мечту. Но это была не моя мечта». Фридману было нелегко бросить престижную и хорошо оплачиваемую карьеру врача, тем самым пойдя против ожиданий семьи.

Но в Университете Рокфеллера у Фридмана дела пошли хорошо. Он начал работать с Джеймсом Дарнеллом, который был лидером в молекулярной биологии. Он занимался изучением того, как ДНК превращается в клеточные компоненты, влияющие на наш организм. Фридман говорит: «Я знал, что это перспективное занятие. Мы изучали способы включать и выключать гены и видеть, как это влияет на клеточные функции. Это было время предчувствия великих перемен в биологии».

После получения докторской степени в 1986 году Фридман начал готовиться к открытию собственной лаборатории. Именно тогда ему стало любопытно выявить фактор, о существовании которого сообщил Коулман более десяти лет назад. За это время исследователями выдвигалось множество гипотез, но обнаружить фактор никому не удавалось. Когда Фридман позвонил Коулману, чтобы узнать, как продвигаются поиски, пожилой ученый признал, что он почти сдался. У Коулмана просто не было подходящих инструментов для определения недостающего фактора для ob мышей, и его поиски ни к чему не привели. Тем не менее, Фридман был уверен, что с помощью подходов молекулярной биологии можно найти способ определить ген ob, отвечающий за данный фактор. Он вспоминает: «С 1984 по 1985 год в моей голове родился план, как можно выделить ген ob, хотя я знал, что проект будет долгосрочным и рискованным».

Фридман был умным, подающим надежды молодым ученым, но он еще не «сделал» себе имя. Если бы ему удалось найти отсутствующий фактор, он бы получил всеобщее признание. Фридман говорит: «Я очень хотел стать знаменитым. Я знал, что клонирование гена ob поможет исполнить мою мечту. Более того, меня мотивировало сильное любопытство. Я очень хотел узнать, что это за дефектный ген. Если внимательно посмотреть на мышей, то кажется невероятным, что один дефектный ген может заставить их жадно питаться и весить в три раза больше обычных грызунов. Мышь ob была еще одним примером того, что молекула может контролировать поведение. Мне было совершенно ясно, что каким бы ни был этот ген, его обнаружение имеет большое значение для науки».

В 1986 году Фридман основал лабораторию и вместе со своей командой приступил к поиску дефектного гена. Если бы ген ob был обнаружен, ученые могли бы изучить, какой белок произвел этот ген, и какое влияние он оказал на организм. Поиск был связан с существенными сложностями. Обычно исследователи при идентификации генов начинали с продукта, который он произвел – белка. И только после этого приступали к поиску гена, который его создал. Они делали это путем перевода кодов белка. Однако в случае ob не было белка, с которого можно было бы начать. Гипотеза заключалась в том, что белок, созданный геном ob, на самом деле отсутствовал. Команда должна была нарушить сложившуюся практику и начать с поиска гена, клонировать его несколько раз и использовать эти клоны для определения, какой белок он вырабатывает. Далее нужно было бы выяснить, является ли этот белок недостающим фактором, и, наконец, понять, как мутация в гене может привести к образованию дефектного белка, вызывающего ожирение. Даже первый шаг — найти среди десятков тысяч генов необходимый – уже был непростой задачей.

Для лучшего понимания, почему поиск гена является таким трудным делом, необходимо иметь представление, из чего состоят гены — ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота). Вся информация о человеческом теле закодирована в нашей ДНК. ДНК — это огромная молекула, которая представляет собой длинную двухцепочечную спираль со «ступеньками». Каждая ступенька состоит из двух соединенных субъединиц, называемых основаниями, и называется «парой оснований». В ДНК человека содержится более трех миллиардов пар оснований. Поскольку эта молекула ДНК очень велика, она скручивается, словно клубок ниток, в структуры, называемые хромосомами. У человека всего сорок шесть хромосом, сгруппированных в двадцать три пары.

Каждая хромосома состоит из генов. Гены содержат коды ДНК каждого отдельного белка в организме, которые в конечном итоге составляют наши органы и ткани. Белки являются строительным материалом для клеточных структур и выполняют различные функции в нашем организме. Наши хромосомы содержат около двадцати тысяч генов, которые кодируют примерно столько же белков. Один из способов представить хромосомы и гены – вообразить, что это книги в библиотеке. ДНК — это библиотека, хромосомы — это книжные полки, а гены – книги. Каждая книга содержит инструкции о том, как кодировать белок, который выполняет определенные функции в нашем организме.

Не все клетки имеют одинаковые белки. Клетки в вашем глазу не обязательно вырабатывают те же белки, что и клетки вашего мочевого пузыря, что имеет определенный смысл, потому что эти части тела имеют совершенно разные функции. Каждая из наших клеток содержит копию нашей ДНК, и разные гены «расшифровываются» (преобразуются в белки) разными клетками, в зависимости от роли клетки. Как только найден ген для белка, ученые могут клонировать его и создать из него белок. После получения достаточного количества белка его можно проверить различными способами, чтобы понять, какую функцию он выполняет в организме.

Пытаться найти ген ob в ДНК, это все равно, что искать иголку в стоге сена. Ученые знали, что этот ген существует, но никто не знал, где он находится. Тратить годы карьеры на поиски гена — это значит поставить на карту все: неудача привела бы к академическому забвению, но его нахождение принесло бы славу и почет. Поиск также значительно осложнялся тем, что этот признак был рецессивным, то есть пропускал генерации. Таким образом, сужение области хромосомы, где мог бы находиться ген, было трудновыполнимой задачей. Команда Фридмана, в которую вошел и Рудольф Лейбель, должна была бы отследить несколько поколений нормальных и ob мышей, чтобы найти «заветный» ген. Поиск занял бы много времени, и потребовал бы значительного усердия. Нужно было обладать крепкими нервами, чтобы решиться на подобную работу.

Решимость Джеффри Фридмана вдохновила членов команды на поиски. Мыши спаривались попарно, что позволяло исследователям искать признаки, которые были унаследованы вместе с ожирением. Черты, которые наследуются совместно, часто обнаруживаются на генах, близких к человеческому геному. Данный подход был применим и к мышам ob . Фридман и его коллеги вывели 1 600 мышей, постоянно анализируя различия их образцов ДНК. Джеффри Фридман вспоминает: «Это было невероятно утомительным и скучным занятием. Единственное, что подогревало интерес, — это надежда на то, что рано или поздно мы обнаружим ob ген».

Одна только эта стадия — простое скрещивание мышей и анализ их генов, должна была занять восемь лет, чтобы приблизиться к обнаружению ob гена.

Сложные алгоритмы, маркеры ДНК и приемы, которые Фридман использовал при поиске, оказались недостаточными. Он должен был найти новые способы, чтобы сузить круг поиска. Фридман и его команда узнали о методике, называемой микродиссекцией, которая в то время использовалась лишь несколькими исследователями в мире. Это способ точной «резки» хромосом для «вычленения» отдельных генов. Он заключается в том, что клетки выращивают в культуре, «накачивают» физиологическим раствором, а затем «кидают» на предметное стекло микроскопа с высоты около метра. Удар по стеклу «взрывает» клетки, в результате чего их хромосомы разливаются. Предметное стекло переворачивают и помещают в микроскоп, чтобы исследователь мог видеть хромосомы в капле раствора. Затем хромосомы можно вырезать с помощью миниатюрных режущих инструментов, чтобы отделить интересующий ген. Это тонкий и кропотливый процесс.

Фридман вспоминает: «Первые три года мы испытывали постоянное волнение от чувства, что мы действительно могли сделать это. Это казалось невероятным. Когда я поступил в медицинский институт, никто не знал, что такое ген муковисцидоза или мышечной дистрофии. Они были клонированы значительно позже. Мысль о том, что таким способом можно найти ген-мутант, была самой захватывающей вещью, которую только можно представить. Затем, с годами, когда стало ясно, сколько времени может занять поиск, эйфория поутихла». В этой области была серьезная конкуренция, и если кто-то еще обнаружил бы ген первым, вложения Фридмана были бы потрачены зря. Он говорит: «Я решил, что просто буду продолжать настойчиво работать. Даже если поиск не увенчается успехом, я буду знать, что сделал все, что было в моих силах».

Лейла по-прежнему набирала вес. Но ей пришло время покинуть больницу и вернуться домой. Оставшаяся часть ее жизни, вероятно, будет проведена в муках от постоянного сильного голода и насмешек окружающих из-за ее чрезмерного веса. Скорее всего, она рано умрет от осложнений, связанных с ожирением.

Один из наблюдавших за Лейлой специалистов, доктор Шехла Мохаммед, генетик, решил попробовать еще один подход к лечению. Недавно он услышал доклад доктора Стивена О’Рахилли, профессора медицины обмена веществ в больнице Аддена Брука (Кембридж, Англия). О’Рахилли у одного из пациентов обнаружил связь ожирения с дефектом в гене гормона проконвертазы-1. Пациент страдал ожирением с двухлетнего возраста, и никто не мог понять, почему. О’Рахилли выяснил, что нормальной способности пациента производить инсулин мешала генетическая мутация.

О’Рахилли вспоминает: «Мы обнаружили, что у пациента был аномально высокий уровень прогормонов, предшественников нормальных гормонов, в крови, но они не преобразовывались в нормальные гормоны. Мы предположили, что это должно быть связано с ожирением. Я стал размышлять: «О боже, если у тебя дефект в обмене веществ, который может вызвать ожирение, то это означает, что вес человеческого тела биологически неверно контролируется. И, вероятно, есть много других людей с тяжелым ожирением, с дефектом контроля веса тела». Это открыло мне глаза, и тогда я полностью изменил свое мнение об ожирении. Меня буквально озарило! Для регулирования запасов жира в организме недостаточно добровольного самоконтроля или социального порицания»

О’Рахилли быстро приобрел репутацию эндокринолога, который по-новому взглянул на проблему ожирения. Его также стали считать специалистом, умеющим найти причины возникновения болезни там, где другие не могут. Поэтому доктор Мохаммед попросил О’Рахилли ознакомиться с историей болезни Лейлы.

Все-таки жир умеет говорить

Фридман упорно продолжал двигаться вперед. С 1986 по 1993 год команда сосредоточилась на поиске области, в которой мог находиться ген ob. Они все еще работали в области, содержащей 2,2 миллиона пар оснований ДНК, и она была слишком большой, чтобы можно было выделить нужный ген. Фридман должен был проявить творческий подход. Он начал использовать принципиально новый инструмент — вставку фрагмента ДНК в искусственные штаммы дрожжей, выращенные для переноса ДНК мыши. Это позволило применить дополнительные тесты и методы диссекции, что помогло ему сузить зону потенциального нахождения гена ob до области, насчитывающей 650 000 пар оснований. Шли месяцы, поиск продолжался. Фридман повторяет: «Это было невероятно напряженное время. Мы были близки к успеху, но мы все еще не достигли его».

Поиски проводились в условиях сильнейшей конкуренции с другими учеными, которые тоже искали недостающий фактор. Фридман слышал, что в Сиэтле, Бостоне и Японии есть лаборатории, которые занимаются поиском гена ob, но он надеялся успеть первым. Фридман прекрасно понимал, что второе место в науке не приносит признания.

Не желая проигрывать, он удвоил усилия. Он вспоминает: «Я переживал, что однажды мне позвонят и скажут, что случайно нашли ген. Так бывало, что открытия происходили случайно. Это было очень рискованно, и это сводило меня с ума. Дошло до того, что каждый раз, когда мне звонили исследователи и ученые в области генетики, я первым делом думал, а не звонят ли они по поводу гена ob».

Фридман и его команда продолжали лихорадочно работать. Фридману пришлось даже жертвовать личной жизнью: «У меня возникли определенные сложности личного плана. Я встретил женщину, которая стала моей гражданской женой и матерью моих детей, но я не собирался жениться, пока не найду ген ob. Я был буквально «помешан» на исследовании. Я не мог больше ни о чем другом думать».

Затем возникло еще одно препятствие — деньги. У Фридмана были гранты, но он сказал: «Мне стало ясно, что если мы не найдем ген в ближайшее время, маловероятно, что мне продлят финансирование». Он боролся с конкурентами, боролся за бюджет, боролся за то, чтобы доказать, что он заслужил особое место в науке. Давление все усиливалось, что только раззадоривало его. На следующем этапе исследований он использовал метод, называемый «захват экзонов», который помог ему сузить область наблюдения до нескольких сотен пар оснований. Теперь ген ob был в пределах досягаемости. В лаборатории усиливалось волнение. Казалось, что они пересмотрели почти весь стог сена и иголка была совсем рядом, тем более у них на вооружении теперь был мощный «магнит» — метод «захват экзонов».

По мере того, как они «подбирались» к гену ob все ближе и ближе, их ждало еще одно поразительное открытие — область ДНК, экспрессирующая ген ob, по-видимому, продуцировала белок, который уникальным образом формировался в жировых клетках. Все воздействие гена ob на организм, его влияние на ожирение, казалось, происходит от жира. Умозаключение о том, что ген ob экспрессировался преимущественно в жире, означало, что жир контролирует сам себя. Если бы это было правдой, мир исследований ожирения перевернулся бы с ног на голову. Пораженный данным предположением, Фридман не находил себе места. Он был полон решимости во что бы то ни стало отыскать загадочный ген.

В обычный субботний вечер в мае 1994 года Фридман заглянул в лабораторию. Его помощник взял выходной по семейным обстоятельствам, а Фридман решил поработать вместо него. Он просмотрел все материалы и нашел все компоненты, необходимые для продолжения экспериментов. Фридман работал до поздней ночи, проводя эксперименты по выявлению активности гена ob в жире, а затем пошел домой спать. Но он не мог заснуть. В 5:30 утра следующего дня он вернулся в лабораторию.

В то воскресное утро все и случилось. Смертельно уставший человек понял, что нашел ген ob и белок, который он продуцировал. И этот ген ob специфически активируется в жировой ткани. «Я перепроверил результаты еще раз. Ошибки не было, мы действительно не только нашли ген ob, но и доказали, что гипотеза Колмана, вероятно, была правильной. Я понял обе эти вещи в одно мгновение, и мои ноги стали «ватными». Это случилось в темной комнате, я попытался опереться на стену, но не смог удержаться и упал. Я немедленно позвонил своей девушке и сказал: «Мы сделали это. Ген находился в правой области хромосомы. Его экспрессия была изменена. И что удивительно, он мог экспрессироваться где угодно, но оказалось, что экспрессируется в жире. Я должен сказать вам, что это был невероятный момент. Фактически, в тот момент я готов был поверить в существование Бога».

Фридман обнаружил, что ген ob действительно продуцирует белок, который вырабатывается уникальным образом в жировой ткани и больше нигде. Если в жировой ткани был нормальный ген ob, который вырабатывал соответствующий нормальный белок, то мыши были обычного веса. Но если в жировой ткани был мутировавший ген ob, это приводило к выработке дефектного белка, что становилось причиной неудержимого аппетита и, в конечном итоге, ожирения. Создавая белок, связанный с аппетитом, жир характеризует себя как умный, интерактивный орган, который может контролировать свою собственную судьбу. Фридман и его команда были в восторге. Позже в тот же день они всей командой отметили это событие в баре. Фридман сказал коллегам и друзьям: «Я думаю, это открытие мирового уровня».

Но Фридман не остановился на достигнутом результате. Теперь, когда он знал, где находится ген ob, он смог клонировать его и создать несколько копий. Это позволило ему и его коллегам создать соответствующий белок в лабораторных условиях. Как только они получили достаточное количество белка, они проверили его на мышах. Было обнаружено, что нормальные мыши худели при введении им белка. Они не теряли мышечную массу или костную ткань, а только жир. Когда его ввели мышам ob (мышам того же типа, которые умерли от голода, когда Коулман перелил им кровь db грызунов), они также стали худыми. Но когда этот белок вводили мышам db, это не имело никакого эффекта. Фридман подтвердил на практике выводы Дугласа Коулмана почти двадцатилетней давности. Он действительно нашел недостающий фактор.

Фридман выяснил, что этим фактором, продуцируемым геном ob, является белок, который выделяется жиром и распределяется по всему организму кровотоком, подобно гормону. Работа этого белка при условии правильного экспрессирования заключается в подавлении аппетита. Но у мышей ob был мутантный ген, который продуцировал дефектную версию белка, вызывающую у грызунов постоянный, неукротимый аппетит. Мыши db продуцировали избыточное количество этого белка, но по какой-то причине они не реагировали на него так, как предсказывал Коулман.

Затем Фридман идентифицировал эквивалент ob-гена и недостающего фактора, который наблюдался у мышей, в человеческом геноме. Он ввел человеческую версию отсутствующего фактора в мышь ob, и, конечно же, смог наблюдать тот же эффект потери веса. Он предложил дать производимому геном ob белку название «лептин», от греческого слова leptos, что означает «тонкий».

Результаты исследования Фридмана были опубликованы в журналах Nature в 1994 году и Science в 1995 году. Научное сообщество отреагировало с восторгом. Ведь оказалось, что инертная, жирная ткань, которая, как считалось, является бичом для здоровья человека, на самом деле имеет свои собственные цели и даже контролирует наше поведение!

Фридман рассказывает: «Я бы сказал, что это был невероятный опыт. Мы достигли великолепных результатов: у природы есть фундаментальная проблема, связанная с управлением питанием. Мы потребляем миллионы калорий в год. Мы накапливаем большие запасы энергии в виде жира, и очевидно, что ею нужно каким-то образом распоряжаться. Так как же природа решает проблему такого масштаба, храня миллионы и миллионы калорий? И ответ, который стал очевидным в этот момент, заключается в использовании гормона лептин, который точно отражает общее количество сохраняемых про запас калорий».

Публикации Фридмана вызвали волну новых исследований. Необходимо было лучше понять влияние лептина на организм. Исследования Фридмана и других ученых показали, что количество высвобождаемого лептина варьируется в зависимости от количества жировой ткани. Лептин перемещается из жира в кровоток и связывается с областью гипоталамуса головного мозга, ответственной за регуляцию аппетита. Это как если бы наш мозг следил за тем, что жиру достаточно питания и только потом позволял нам прекратить есть. Исследователи также определили, что у мышей db были дефектные рецепторы в мозге, которые препятствовали процессу связывания лептина. Этим и объясняется отсутствие у них реакции на данный белок. Вот почему введение большого количества лептина не вызывало у мышей db никакого эффекта. У мышей ob, с другой стороны, были нормальные рецепторы лептина в мозге, но они не производили достаточного количества функционального лептина, поэтому их рецепторам не на что было реагировать.

Открытие Фридмана привело к переосмыслению жира и создало совершенно новую область исследования. Жир больше не мог считаться просто жирным питательным веществом; это настоящий эндокринный орган с широким влиянием на наш организм. Через лептин жир может «говорить». Он может сказать мозгу, что надо прекратить есть. Или наоборот, может побудить нас усиленно питаться.

Фридман говорит: «Вы получаете определенный результат, и это прекрасно. Это прекрасно, потому что конечный результат выглядит всего лишь как несколько капель на фрагменте рентгеновского снимка. Но при этом за невзрачной картинкой скрывается невероятное решение природой сложнейшей проблемы. В определенном смысле это очень изящное решение. Оно имеет огромное значение, которое невозможно переоценить».

Открытие Фридмана также спасло людей, страдающих липодистрофией. При данном синдроме жировые клетки просто атрофируются и исчезают. Поскольку эти люди не имеют жира, они не производят лептина и поэтому испытывают постоянный «зверский аппетит». Мы уже рассматривали пример с девушкой по имени Кристина Вена, в главе 1. Болезненное, изнурительное состояние, обусловленное липодистрофией, было неизлечимо и во многих случаях приводило к преждевременному лептина было настолько важным, что в 2010 году Фридман и Коулман получили премию Ласкера. Это одна из самых престижных наград за научные истальному исходу. Причина возникновения болезни оставалась загадкой для медицины – до тех пор, пока лептин не был идентифицирован. Он стал применяться в качестве лекарства и спасать жизни людей.

Открытие леследования. Фридман оставил свой след в науке. И его отец по праву гордился им.

Ученые научились договариваться с жиром

Доктор О’Рахилли с волнением прочитал об открытии Фридманом гена ob и его возможностях в борьбе с ожирением. Когда он ознакомился с историей болезни Лейлы, что-то подсказало ему, что у нее может быть генетическая мутация гена ob. У девочки было много медицинских симптомов, схожих с характерными для мышей ob. Она страдала тяжелой степенью ожирения, имела неукротимый аппетит, а также высокий уровень инсулина. Стремясь проверить свою гипотезу, О’Рахилли получил биопсию кожи от Лейлы и попросил его команду провести генетический анализ, чтобы найти признаки мутации в гене ob. Они использовали гель-электрофорез, метод, в котором полосы генов разделены и могут быть дифференцированы в зависимости от их положения в геле. Он надеялся, что тест покажет наличие мутации в гене ob, но тест дал отрицательный результат.

О’Рахилли был обескуражен. Он надеялся, что нашел первый пример человеческой мутации гена ob. Получается, он все еще не знал причину ожирения Лейлы. Доктор был весьма озадачен причиной ее ненасытного аппетита и непрекращающейся прибавки в весе.

Несколько месяцев спустя в лабораторию был принят новый научный сотрудник Садаф Фаруки. Его первым проектом была оценка нового теста, который предположительно мог бы измерять уровень лептина в крови. Метод оценки был признан рабочим, поэтому О’Рахилли попросил проверить образцы крови Лейлы и ее двоюродного брата, страдающего от ожирения. Фаруки вспоминает: «Я ожидал, что в крови этих детей будет высокий уровень лептина, потому что жир вырабатывает лептин, а они страдали от ожирения. Оказалось, что на самом деле уровни лептина у них оказались незначительными. Моей первой мыслью было: «Я ошибся при проведении эксперимента». Слишком противоречивыми оказались результаты. У нас больше не было образцов для второго теста, поэтому я связался с семьей пациентов, чтобы получить дополнительные образцы крови. После повторной проверки я убедился, что лептина в образцах крови практически нет. Я подумал: «В этом что-то есть».

Специалисты проверили результаты анализа ДНК Лейлы, сделанного годом ранее, внимательно изучив их еще раз. Они заметили что-то странное — еще одну группа генов, не обнаруженную раньше, потому что она была плотно «прикована» к другой группе. Эта вновь идентифицированная группа и относилась к мутированным генам ob, и так же, как у мышей ob, она присутствовала в обеих копиях генов.

Первоначальное предположение О’Рахилли оказалось верным. Синдром Лейлы был обусловлен генной мутацией, подобной наблюдаемой у мышей ob. Наконец-то было найдено объяснение, почему Лейла не могла перестать есть.

Началось пробное тестирование инъекций лептина на пациентах. О’Рахилли связался с компанией, которая выпускала лицензированный Университетом Рокфеллера лептин, и смог получить запас белка для лечения Лейлы. О’Рахилли и Фаруки начали ежедневно вводить лептин Лейле, и ее огромный аппетит значительно снизился. Он не мог сравниться с тем, который был еще несколько месяцев назад. О’Рахилли вспоминает: «Реакция на лечение лептином оказалась драматичной и забавной одновременно. Через 4 дня мы отметили резкое сокращение потребления пищи Лейлой. Ее суммарное потребление пищи снизилось на три четверти, по сравнению с тем, что было раньше. Она превратилась из «машины по переработке еды» в обычного ребенка».

Дальнейшие исследования показали, что лептин не только снижает аппетит, но также влияет на метаболизм жиров. Мыши без лептина имеют тенденцию меньше двигаться и сжигать меньше жира, при этом обладают неукротимым аппетитом. Без лептина Лейла ела все время, но не могла нормально сжигать жир, поэтому ее пребывание в больнице со строгим ограничением калорий лишь замедляло прибавку в весе, но не привело даже к незначительной его потере.

Спустя 6 месяцев лечения лептином Лейла похудела на 16 кг. Риск возникновения диабета, а также сердечно-сосудистых заболеваний, снизился до нормального уровня, и она снова смогла быть активной. Благодаря постоянному поступлению лептина в организм она вернулась к полноценной жизни нормального ребенка.

О’Рахилли и Фаруки диагностировали у двоюродного брата Лейлы, также страдающего ожирением, аналогичное нарушения гена ob. Мутировавший ген оказался наследственным. К счастью, ее двоюродному брату поставили диагноз, когда он был еще ребенком. Благодаря своевременному назначению курса лечения лептином, его детство не превратилось в кошмар, подобный тому, что пришлось пережить Лейле.

Позднее О’Рахилли и Фаруки определили еще около тридцати детей с мутациями гена ob. О’Рахилли говорит: «В других странах многие из этих детей умерли бы, не дожив до двадцати, а то и десяти лет. Ожирение это не просто косметическая проблема — это смертельно опасное состояние. Ожирение — очень серьезный недуг. У детей ослабляется иммунитет. Они не могут нормально дышать из-за жира, поэтому у них проявляются легочные инфекции».

О’Рахилли стал лучше понимать основные биологические причины ожирения. Он говорит: «Людям по-прежнему очень трудно понять, какой ген вызывает ожирение. Это ген, управляющий поведением. Сколько бы раз мы не повторяли это, всегда найдутся люди, которым трудно принять это. Я думаю, людям не нравится, что мы не полностью контролируем ситуацию. Многим врачам трудно согласиться с мыслью о том, что в нашем мозгу есть какая-то генетическая особенность, заставляющая нас запустить руку в банку с печеньем».

Лейла по достоинству оценила исследования Фридмана. Она продолжила делать инъекции лептина, что позволило ей поддерживать нормальный вес и жить полноценной жизнью. Она благополучно завершила учебу в колледже. Лейла из ребенка с очень тяжелым заболеванием превратилась в привлекательную молодую женщину, которая делает успешную карьеру и в скором времени готовится выйти замуж.

Несмотря на то, что открытие лептина было знаковым событием, это стало всего лишь началом раскрытия тайной жизни Жира. С тех пор было обнаружено, что жир обладает гораздо более обширным «словарным запасом». Исследователи выявили дополнительные гормоны, которые вырабатываются и выделяются именно жиром. К ним относятся адипонектин, резистин, адипсин, ретинол-связывающий белок-4, адипонутрин и висфатин. Каждый из них тщательно исследуется, чтобы его роль в организме была более понятна. Адипонектин является наиболее характерным из этих гормонов, и оказалось, что он жизненно важен для здорового распределения жира. Более подробно это описано в главе 4. Жир, который считали бесполезным излишком, оказался умным эндокринным органом с множеством способов общения.