header
header
+7 (812) 903-48-84
Санкт-Петербург, пос. Репино,
Приморское шоссе, 422 б,

Разные пути адаптивных реакций: формирование устойчивости к малярии

27.07.2015

Часть I. ПИТАНИЕ -ПРОЦЕСС БИОЛОГИЧЕСКИЙ

Глава 3

ЗАБОЛЕВАНИЯ, СВЯЗАННЫЕ С ПИТАНИЕМ

Разные пути адаптивных реакций: формирование устойчивости к малярии

Великолепный пример для рассмотрения коэволюции человека и возбудителя инфекционного заболевания — малярия. Это инфекционное природно-очаговое заболевание сыграло большую роль в истории человечества. Различные варианты этой болезни вызываются четырьмя видами простейших рода Plasmodium, которые переносятся различными видами комаров. Размножение плазмодиев в эритроцитах человека и становится причиной заболевания.

Люди сталкивались с возбудителями малярии тысячелетиями, и естественно, что в природных очагах этого заболевания преимущество получали популяции, тем или иным способом обороняющиеся от губительного действия паразита. Некоторые варианты такой защиты имеют непосредственное отношение к теме этой книги, но рассматривать их вне связи с биологическими, генетическими адаптациями невозможно. Поэтому заранее приношу извинения за неизбежные «эволюционно-генетические» длинноты.

Наиболее широко известен один из защитных механизмов, возникший в результате биологической эволюции. Речь идет о генетически обусловленном изменении содержащегося в эритроцитах человека белка гемоглобина (НЬ), обеспечивающего перенос кислорода. Специфический, аномальный вариант гемоглобина, описанный в 1910 году и получивший наименование гемоглобина S (HbS), чаще всего встречается в африканских популяциях, причем именно в регионах, эндемичных по малярии (Фогель, Мотульски, 1990).

Первые годы после открытия этого аномального гемоглобина считалось, что связанная с ним серповидно-клеточная анемия (изменение формы эритроцитов, которые начинают напоминать формой не обычный для красных кровяных телец бублик, а серп) является последствием перенесенной малярии, вызываемой одним из видов плазмодия — Plasmodium falciparum. Позже, однако, выяснилось, что серповидно-клеточная анемия, как и ряд других подобных состояний, не следствие заболевания, а, напротив, своеобразный защитный механизм, повышающий устойчивость организма человека к Pfatcipamm.

Люди, гомозиготные по серповидноклеточности, то есть получившие от обоих своих родителей аллели HbS, в условиях «традиционного» общества практически обречены на гибель: их выживание возможно только с помощью современных медицинских средств. Но гетерозиготы, носители одного нормального и одного «серповидного» аллеля, имеют в малярийных районах преимущество. Дело в том, что под воздействием аллеля HbS формируются эритроциты, менее приспособленные к переносу кислорода, но зато и мало пригодные для размножения в них возбудителя малярии. Именно поэтому показатели гетерозиготности по аллелю HbS очень высоки именно в тех регионах Африки, где распространен P.falciparum — в некоторых группах они близки к 30% (Allison, 1956; Walter, 1988).

Помимо генетической адаптации, в популяциях тропической Африки возник целый ряд культурных приспособительных реакций, которые позволяют снизить риск заболевания малярией. Очень интересный вариант взаимодействия культурных и генетических механизмов, повышающих устойчивость к Plasmodium falciparum, рассмотрен американской исследовательницей Ф. Джексон (Jackson, 1990).

Здесь на первый план выходят традиции питания.

Корнеплод кассава, или съедобный маниок — основа питания некоторых групп населения Либерии (Западная Африка).

На северо-западе страны кассава употребляется в пищу в основном в период засухи и в начале дождливого сезона, но в центральных и юго-восточных районах она круглый год остается основой рациона для всего населения. Для детей младших возрастных групп после отлучения их от груди кассава становится основной пищей. В некоторых этнических группах Центральной Либерии существует даже обычай ритуального «кормления» новорожденного небольшим количеством содержащей кассаву пищи, чтобы подчеркнуть племенную принадлежность ребенка.

Почему кассава, завезенная в Африку из Бразилии португальцами, получила здесь такое широкое распространение?

Несомненно, что съедобный маниок очень привлекателен как культурное растение. Уход за ним минимален, а одно растение уже через несколько месяцев может дать до 15—20, а то и больше, килограммов клубневидных корней. Но, как и многие другие тропические культуры, кассава содержит мало белков и витаминов (особенно витамина А). «Маниоковые диеты» (чаще всего их основу составляет приготовленная из кассавы мука — тапиока), оказываются несбалансированными и могут приводить к развитию белковой, энергетической и витаминной недостаточности, а также ведут к расстройствам усвоения йода и повышают риск развития зоба. Дело в том, что идущий в пищу корнеплод кассавы содержит цианогенный гликозид — линамарин, который способствует продукции тироидстиму-лирующего гормона (ТСГ). Если кассава становится основой рациона, содержание ТСГ в организме может существенно повыситься, что ведет к развитию зоба.

Зобогенное действие маниока хорошо изучено на примере аборигенов Малайзии, примерно 60% которых в наши дни регулярно потребляет блюда из кассавы и тапиоки. Почти у половины из придерживающихся такой «маниоковой диеты» обнаружен зоб I степени или более тяжелые поражения органа. Увеличение щитовидной железы ведет к задержке йода: выведение микроэлемента с мочой у аборигенов в три раза меньше, чем у жителей столицы Малайзии, Куала-Лумпура, и

почти вдвое ниже, чем у сельских малайцев, питание которых не ориентировано на блюда из кассавы (Osman et al, 1992, 1994). В ряде исследований было показано также, что тяжелые формы зоба, развивающиеся в результате употребления таких зобогенных растений, приводят к психическому недоразвитию (кретинизму) даже вне эндемичных по недостатку йода районах, таких, как полуостров Малайзия.

Белковая и витаминная недостаточность, зоб и возможные психические отклонения — не слишком ли высокая цена? Неужели только легкость выращивания этого сельскохозяйственного продукта стала причиной превращения кассавы в «культурную суперпищу» либерийцев?

По-видимому, нет: в данном случае ценность продукта проявляется в его неочевидных свойствах. Уже упомянутый лина-марин в кишечнике человека превращается в цианиды, которые всасываются в кровеносное русло (содержание цианидов в кассаве настолько велико, что без специальной обработки человек не может употреблять ее в пищу: велика опасность смертельного отравления образующейся синильной кислотой). Но цианиды, содержащиеся в крови человека в умеренных количествах, отравления не вызывают, зато связываются с белками возбудителя малярии — малярийного плазмодия, — и задерживают развитие паразита в эритроцитах. Таким образом, в районах, эндемичных по малярии, включение в рацион значительного количества блюд из кассавы оказывает профилактический эффект в отношении одного из наиболее распространенных инфекционных заболеваний тропических и субтропических регионов. При этом важно, что цианиды могут проникать через плаценту в кровеносную систему плода, а с материнским молоком передаваться ребенку, то есть обеспечивать защиту малышам, которые еще не в состоянии есть «взрослую» пищу, то есть собственно блюда из маниока (кассавы).

Интересно, что на северо-западе Либерии, где потребление кассавы сравнительно невелико, относительно высока частота серповидно-клеточной анемии. Таким образом, в пределах населения одной страны обнаруживаются разные варианты адаптации к влиянию паразитических микроорганизмов: на северо-западе — биологический, а на юго-востоке — культурный, основанный на применении специфической диеты.

Но аллель серповидноклеточности, обеспечивающий устойчивость к P. falciparum, лишь наиболее широко известный вариант генетической защиты от одной из многих форм опасного заболевания. На сегодняшний день выявлено не менее дюжины генов, определяющих устойчивость человека к различным вариантам малярии. Причем в ряде случаев возникшие в ходе эволюции биологические (генетические) способы защиты от этого заболевания могут вступать в противоречие с вариантами защиты культурной. В наиболее ярком виде это проявляется в заболевании, получившем название фавизма.

Термин фавизм — производный от латинского наименования одного вида бобовых растений: конских бобов, Vicia fava. Бобы — растительный продукт, издревле употребляемый человеком в пищу. Их энергетическая и пищевая ценность очень высока. Сто граммов лущеных бобов поставляют организму человека примерно 360 ккал энергии (для сравнения: то же количество козьего мяса или оленины обладает вдвое меньшей калорийностью — около 150 ккал). Понятно, что пройти мимо такого питательного продукта люди не могли: дикие бобы, а позже бобовые культуры, занимали существенное место в традиционной кухне многих народов. Недаром в Древней Греции бобы считались пиршественным блюдом, а сами древние греки поклонялись покровителю бобов Киамиту.

Но, как ни странно, уже в древности с бобами было связано огромное число запретов. В Древней Индии на совершавших жертвоприношение налагался запрет употребления бобов в пищу. Римляне пошли еще дальше: жрецу Юпитера запрещалось не только прикасаться к бобам, но и упоминать о них. Греческий философ Пифагор не позволял своим ученикам есть бобы, утверждая, что они обладают свойствами человеческого тела, в них заключены души умерших, и потому бобы способны высасывать из организма жизненные соки...

Многие специалисты полагали, что такие поверья могут иметь какую-то рациональную основу. Подобная точка зрения хорошо выражена в высказывании американского этнографа А. Эндрюса: «Древние испытывали по отношению к бобам смешанное чувство почтения и ужаса, обычно возникающее по отношению к предмету, который, как считают, обладает сверхъестественной силой и может оказывать либо благотворное, либо пагубное воздействие».

Эти предположения оказались верными, но чтобы разобраться в ситуации, нам придется снова обратиться к генетике. В 1950-х годах было обнаружено, что организм некоторых людей болезненно реагирует на введение противомалярийного препарата примахина: у них развивается сосудистая гемолитическая реакция, в результате которой происходит разрушение красных кровяных телец — эритроцитов. Врачи и генетики обратили внимание на важные особенности: во-первых, частота таких реакций у выходцев из Африки почти в 100 раз выше, чем у людей европейского происхождения. Во-вторых, среди европейцев подобные проявления более характерны для выходцев из стран Средиземноморья. И, наконец, были обнаружены межполовые различия: гемолитическая реакция у мужчин протекала, как правило, более бурно, чем у женщин. Все это наводило на мысль о генетической обусловленности явления.

Эти факты стимулировали многочисленные исследования, в результате которых в 1956 году удалось установить, что разрушение эритроцитов в этом случае вызывается наследственным дефицитом фермента глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы, сокращенно обозначаемой как Г6ФД (Carson et д/., 1956). Поскольку признак оказался сцепленным с половой ^-хромосомой, у гетерозиготных женщин проявления заболевания протекали в более стертой форме, чем у гемизи-готных (имеющих всего одну ^-хромосому) мужчин. В ходе дальнейших исследований выяснилось, что в районах, эндемичных по малярии (некоторые регионы Африки и Индии; Средиземноморье — Сардиния, Греция, Израиль, Египет), дефицит Г6ФД является благоприятным признаком, обеспечивающим защиту от этого заболевания. Соответственно, в результате отбора частота дефицита Г6ФД повышена в популяциях, проживающих в «малярийных» районах. Таким образом, раскрылась и загадка этнической приуроченности заболевания.

Например, среди народов северо-восточной Индии (шт. Ассам) наиболее резко различаются по частотам аллелей Г6ФД племена бодо и нага, живущие всего в нескольких сотнях километров друг от друга. Бодо — обитатели приречных равнин, практикующие рисоводство на территориях, эндемичных по малярии. Частота недостаточности Г6ФД у бодо достигает 19%. Нага — горцы, живущие в свободных от малярии местностях; у них дефицит Г6ФД не обнаружен (Saha et al., 1990). Достаточно широко известны и часто цитируются в учебниках по генетике и биологии человека аналогичные данные, касающиеся распределения вариантов ГбФД в различных популяциях Сардинии (Харрисон и др., 1979).

Рядом изящных исследований было показано, каким образом генетически детерминированное снижение активности фермента предохраняет организм человека от поражения маля -рией фальципарум (Luzzatto etal., 1969). Вследствие дефицита Г6ФД в эритроцитах, особенно старых, образуется меньше вещества глютатиона, необходимого для стабилизации мембраны красного кровяного тельца. В такие дефектные клетки P.falciparum проникает с трудом, что, собственно, и защищает носителя мутации от малярии.

Хорошо, но при чем тут бобы?

А вот при чем: точно такая же реакция, как на введение противомалярийных препаратов, возникает у некоторых людей на употребление в пищу конских бобов Vicia fava. У них также развивается острый гемолиз эритроцитов, сопровождающийся лихорадкой и желтухой, в тяжелых случаях приводивший к гибели. Именно это заболевание и называется фавизмом.

Сходство реакций на воздействие примахина и веществ, содержащихся в бобах, дало медикам повод предположить, что употребление в пищу бобов может повышать сопротивляемость организма по отношению к малярии. Косвенным образом это подтверждал и тот факт, что район выращивания и потребления конских бобов в значительной степени совпадает с регионами распространения малярии в Средиземноморье.

Действительно, оказалось, что конские бобы содержат ряд веществ, подобных тем, которые используются при изготовлении противомалярийных препаратов. Таким образом, у населения эндемичных по малярии районов сложилось два варианта защитной реакции от заболевания: генетический (дефицит Г6ФД) и культурный (формирование традиционных кухонь, в которых значительное место занимают блюда из бобов).

К сожалению, эти механизмы входят в противоречие. Для подавляющего большинства населения Средиземноморья, не несущего аллеля недостаточности Г6ФД (в Египте, Греции и Италии это примерно 95% мужчин и еще большее количество женщин), потребление в пищу бобов К fava не только безопасно, но и полезно: такая диета обеспечивает повышенную устойчивость к малярийному плазмодию. Остальные же, защищенные от малярии генетически, потребляя бобы, серьезно рискуют своим здоровьем и даже жизнью.

Можно предположить, что доля носителей мутации по аллелю Г6ФД у населения Средиземноморья еще не достигла того уровня, при котором общество вырабатывает устойчивый запрет на употребление в пищу потенциально опасного продукта (о подобной ситуации в группах тундровых ненцев я расскажу в главе 7). Но ряд культурных ограничений уже возникает: вспомним о древнеримских и индийских обычаях, «отсекавших» часть популяции (временно или постоянно) от возможного источника опасности.

Итак, на примере взаимодействия организма-хозяина (Homo sapiens) и возбудителя заболевания {Plasmodium falciparum) мы смогли рассмотреть различные пути возникновения устойчивости к одной из форм малярии и роль питания в этом процессе. Мы увидели также, каким образом традиционная пища может защитить человека от инфекционной болезни.