Профессор микробиологии, иммунологии и генетики, который открыл метод введения чужеродной ДНК в микобактерии, что дало толчок к созданию генетических инструментов для исследования туберкулеза и проказы. Фактически, его работа в Медицинском колледже Альберта Эйнштейна заложила основу современных подходов к молекулярному исследованию туберкулеза и поиску методов его преодоления. Подробнее об этом борце с коварными болезнями — далее на bronx.name.
Ограниченное зрение и безграничное желание заниматься наукой
Джейкобс рос в рабочем Уэст-Миффлине, что недалеко от Питтсбурга, среди трех сестер, включая его близняшку. Его отец работал на производстве стали, а мать заботилась о детях и первой заметила, что сын слишком часто спотыкается о журнальный столик. Визит к окулисту подтвердил ее догадки: в четыре с половиной года врачи обнаружили у мальчика пигментный ретинит — прогрессивное заболевание, которое постепенно сужает поле зрения.
«Я вижу сквозь постоянно сжимающийся туннель», — объясняет Джейкобс.
В детстве у него было поле зрения около двадцати градусов, потом постепенно оно сократилось до шести. Несмотря на это, парень всегда мечтал стать ученым. Детство пришлось на эпоху космических стартов, и он представлял себя астронавтом.
«Когда Джон Гленн полетел в космос, я хотел делать то же самое. Но из-за моих глаз я никогда не видел звезд», — признается он.
Переломным моментом стал девятый класс. Учитель молекулярной биологии Фрэнк Нейпир заставил учеников работать над собственными проектами, и это стало толчком к первой научной презентации Джейкобса в Младшей академии наук Пенсильвании. Он исследовал действие гиббереллиновой кислоты (гормона роста растений) на одноклеточные водоросли. Тогда и началось его настоящее научное путешествие.
Сперва Джейкобс поступил в Университет Питтсбурга, получив стипендию и подрабатывая менеджером по оборудованию в футбольной команде. Но спорт увлек его настолько, что учеба отошла на второй план. Чтобы начать все заново, он перевелся в небольшой Государственный колледж Эдинборо. Там, в среде преданных преподавателей, с возможностью свободно посещать занятия по математике, химии и физике, Джейкобс раскрыл свой потенциал.
Особую роль сыграл профессор Эллис Клайн, который на курсе бактериальной генетики научил студентов выделять мутантов E. coli и даже покупал аминокислоты за свой счет.
«Я был в восторге! — вспоминает Джейкобс. — Тогда я понял, что хочу стать бактериальным генетиком.»
Из шести его однокурсников на том курсе впоследствии почти все стали профессорами. Так, сын сталевара, который когда-то мечтал смотреть в звездное небо, нашел свое призвание в микроскопическом мире.
Библиотеки ДНК и броненосцы
Когда Уильям Джейкобс закончил учебу в 1977 году, он столкнулся с отказами — университеты игнорировали его заявки в аспирантуру. Однако парню повезло. Университет Алабамы в Бирмингеме пригласил его на собеседование, там он получил поддержку заведующего кафедрой Клода Беннетта, а также наставников Роя и Джози Кертиссов. Именно в их лаборатории он не только окончательно выбрал путь науки, но и открыл в себе любовь к преподаванию.
В те годы исследования проказы были особенно сложными. Возбудителя проказы (Mycobacterium leprae) невозможно было вырастить в лабораторных условиях. Едиными «живыми инкубаторами» становились девятиполосые броненосцы. Исследователи брали биопсии у пациентов, заражали животных и годами ждали размножения бактерий.
В это время Джейкобс вместе с Джози Кертисс создавал первые геномные библиотеки лепрозной палочки. Работа была медленной, поэтому Уильям сам изготавливал необходимые инструменты: синтезировал ДНК-лигазу, готовил ферменты, составлял смеси для упаковки фагов. Так ему удалось создать космидные библиотеки — плазмиды, которые переносили большие фрагменты ДНК в E. coli.
Это стало прорывом. Хотя M. leprae не «работала» напрямую с E. coli, Джейкобсу удалось заставить ее гены работать под контролем промотора другой бактерии — Streptococcus mutans. Это важное в то время в медицинском мире открытие было опубликовано в журнале PNAS в 1986 году.
Грунт со двора и вирусная охота
В 1985 году Джейкобс приехал в Медицинский колледж Альберта Эйнштейна в Бронксе, чтобы начать постдокторскую работу в лаборатории Барри Блума. Уже с первых дней он искал способ работать с микобактериофагами — вирусами, которые заражают микобактерии. Сначала он заказал образцы, но потом подумал:
«Зачем ждать, если они могут быть просто под ногами?»
И действительно, Уильям принес в лабораторию ведро земли со своего собственного двора. Там, в смеси грунта и Mycobacterium smegmatis, родился его первый штамм — mc21, названный в честь Альберта Эйнштейна. Именно этот микроорганизм стал воротами к его открытиям. Впоследствии он выделил еще один фаг (Bxb1) из того же грунта, а немного позже — Bxz1, но уже из земли в вольере зебр в зоопарке Бронкса.
Главная цель Джейкобса была амбициозной — заставить микобактерии принимать чужую ДНК. Для этого он создал «челночную фазмиду», которая могла жить и в E. coli, и в микобактериях. Это открыло путь к исследованиям, которые ранее казались невозможными. Настоящим прорывом стал штамм mc2155 — чрезвычайно удобный для науки мутант, который позволил изучать действие лекарств, создавать новые векторы и работать с вакцинами.
Новый подход Джейкобса — «охота на фаги» в грунте — быстро распространился. К поиску подключились школьники в США и даже дети зулу в Южной Африке.
Свет в темноте туберкулеза
Туберкулез — это одна из самых опасных болезней в мире. Он ежегодно уносит более миллиона жизней, трудно лечится и особенно смертелен для людей с ВИЧ. Уильям Джейкобс еще в конце 1980-х годов понял: чтобы победить инфекцию, надо работать непосредственно с ее генами. Его инструментами стали бактериофаги — вирусы, которые атакуют бактерии.
Вскоре британская компания Amersham подбросила неожиданное предложение: использовать ген светлячков, люциферазу, чтобы заставить туберкулез светиться. Это могло бы стать диагностическим тестом и значительно сократить месяцы ожиданий. Сотрудничество не состоялось, но идея запала Джейкобсу в душу. Его команда сделала так, чтобы микобактерии светились — хотя сам он никогда не видел этого сияния.
Прошло двадцать лет. Однажды летом 2010 года сотрудник Уильяма Парас Джайн позвал Джейкобса посмотреть в микроскоп. Теперь вместо гена светлячка они использовали зеленый флуоресцентный белок медузы.
Джейкобс наклоняется — и вдруг восклицает:
«Я вижу это! Я вижу!»
Свечение стало в сто раз ярче. Тот момент для него был прорывом, настоящим чудом. Эксперименты показали, что одна клетка из тысячи может «впасть в спячку», замедлить рост и переждать лекарства. Команда создала новый фаг, который заставлял такие «персистеры» светиться красным. Они начали отслеживать эти выносливые клетки и тестировать на них разные препараты. И случайно наткнулись на чудо: обычный витамин С, вызывающий оксидативный стресс, уничтожил устойчивые штаммы за четыре недели.
Лаборатория Терминатора туберкулеза
Его упрямство принесло ему прозвище «Терминатор туберкулеза», десятки наград, более трехсот научных статей, двадцать пять патентов и место в Национальной академии наук США. О нем писали The New York Times, Esquire и Discovery. И не зря: за двадцать семь лет исследований M. tuberculosis Уильям Джейкобс разгадал одну из величайших тайн инфекции — природу тех самых 0,1% клеток, которые выживают в лекарствах. «Персистеры», как он их называет, стали его личным вызовом.
Но для Джейкобса не менее важным было передать эстафету. Два десятилетия он вел программу для старшеклассников «Ни один фаг не останется позади», где подростки открывали и секвенировали новые фаги. Программа была настолько успешной, что впоследствии Медицинский институт Говарда Хьюза сделал ее общенациональной для студентов.
Лаборатория Уильяма Джейкобса в Медицинском колледже имени Альберта Эйнштейна — это место, где ежедневно ведется борьба с туберкулезом. Команда Джейкобса создает инструменты, которые меняют правила игры. Они разработали люциферазный репортерный фаг для быстрого тестирования чувствительности к лекарствам, определили гены, отвечающие за устойчивость к изониазиду и другим препаратам, и исследовали фенотипы, лежащие в основе патогенности туберкулеза. Их работа направлена на поиск новых мишеней для лекарств, создание диагностики для выявления устойчивых штаммов и даже проектирование ослабленных мутантов микобактерий, которые могут стать живыми вакцинами.
Посетить эту лабораторию — задача не из простых. Чтобы попасть внутрь, нужно сдать все личные вещи, надеть защитный комбинезон Tyvek, перчатки в два слоя, респиратор и сетку для волос. Это пространство 3-го уровня биобезопасности, расположенное на пятом этаже Центра генетической и трансляционной медицины Майкла Прайса. Из окон открывается вид на старый туберкулезный санаторий — символ борьбы прошлых поколений, которую теперь продолжает Джейкобс со своей командой.
Его лаборатория — это не просто научное пространство. Это форпост в войне с болезнью, которая слишком долго оставалась невидимым убийцей.
Несмотря на все достижения, Джейкобс не упускает из виду главную цель.
«Единственное, что действительно изменит историю мира, — это вакцина, которая будет работать», — говорит он.
На дверях его кабинета висит цитата:
«Там, где нет видения, там люди гибнут.»
Для Джейкобса это видение одно — найти вакцину, которая остановит туберкулез навсегда.
«Все, что меня волнует, — это смерть, — говорит он с улыбкой. — Смерть туберкулеза».