Брайан Брайсон: Инженерные решения сложной проблемы туберкулеза | Новости Массачусетского технологического института

На его столе у Брайана Брайсона ’07, доктора философии ’13 до сих пор хранятся записи, которые он использовал для выступления, которое он произнес в Массачусетском технологическом институте, когда проходил собеседование на должность преподавателя в области биологической инженерии. На этом листе он изложил главный вопрос, который хотел решить в своей лаборатории: как иммунные клетки убивают бактерии?

С момента открытия своей лаборатории в 2018 году Брайсон продолжает заниматься этим вопросом, который, по его мнению, имеет решающее значение для поиска новых способов борьбы с инфекционными заболеваниями, которые преследовали человечество на протяжении веков, особенно с туберкулезом. По его словам, чтобы добиться значительного прогресса в борьбе с туберкулезом, исследователям необходимо понять, как иммунные клетки реагируют на это заболевание.

«Это патоген, который, вероятно, убил больше людей в истории человечества, чем любой другой патоген, поэтому вы хотите узнать, как его убить», — говорит Брайсон, ныне доцент Массачусетского технологического института. “Это действительно было основой нашей научной миссии с тех пор, как я открыл свою лабораторию. Как иммунная система видит эту бактерию и как иммунная система убивает бактерию? Если мы сможем раскрыть это, мы сможем открыть новые методы лечения и открыть новые вакцины”.

Единственная доступная сейчас вакцина против туберкулеза — вакцина БЦЖ — представляет собой ослабленную версию бактерии, вызывающей туберкулез у коров. Эта вакцина широко применяется в некоторых частях мира, но она плохо защищает взрослых от легочного туберкулеза. Хотя некоторые методы лечения доступны, туберкулез по-прежнему убивает более миллиона человек каждый год.

“Для меня создание лучшей вакцины против туберкулеза сводится к вопросу измерения, и поэтому мы действительно попытались решить эту проблему напрямую. Миссия моей лаборатории – разработать новые методы измерения и концепции, которые могут помочь нам ускорить создание лучшей вакцины против туберкулеза”, – говорит Брайсон, который также является членом Института массового генерала Бригама Рагона, Массачусетского технологического института и Гарварда.

От инженерии к иммунологии

Инженерное дело имеет глубокие корни в семье Брайсона: его прадедушка был инженером, работавшим на Панамском канале, а его бабушка любила строить и, вероятно, стала бы инженером, если бы у нее была возможность получить образование, говорит Брайсон.

Брайсон, старший из четырех сыновей, воспитывался в основном матерью, бабушкой и дедушкой, которые поощряли его интерес к науке. Когда ему было три года, его семья переехала из Вустера, штат Массачусетс, в Майами, штат Флорида, где он сам начал заниматься инженерией, создавая роботов из пенопластовых чашек и лампочек. Переехав в Хьюстон, штат Техас, в начале седьмого класса, Брайсон присоединился к школьной математической команде.

Будучи учеником старшей школы, Брайсон задался целью изучать биомедицинскую инженерию в колледже. Однако в Массачусетском технологическом институте, одном из его лучших вариантов, не было программы биомедицинской инженерии, а биологическая инженерия еще не предлагалась в качестве специальности бакалавриата. После того, как его приняли в Массачусетский технологический институт, его семья убеждала его поступить туда, а затем решить, что он будет изучать.

В течение первого года обучения Брайсон обдумывал свое решение, причем ведущими претендентами были электротехника и информатика (EECS), а также аэронавтика и космонавтика. По его воспоминаниям, он думал, что мог бы изучать аэро/астрономию вместе с биомедицинской инженерией и работать над дизайном скафандров.

Однако во время стажировки летом после первого года обучения его наставник дал ему ценный совет: «Вам следует изучить что-то, что даст вам много вариантов, потому что вы не знаете, как изменится мир».

Вернувшись в Массачусетский технологический институт на второй курс, Брайсон переключил свою специализацию на машиностроение, а затем на биоинженерию. Он также начал искать исследовательские позиции для студентов. Плакат в коридоре привлек его внимание, и в итоге он начал работать с профессором, чья работа была представлена: Линдой Гриффит, профессором биологической инженерии и машиностроения.

Опыт Брайсона в лаборатории «изменил траекторию моей жизни», говорит он. Там он работал над созданием микрофлюидных устройств, которые можно было бы использовать для выращивания ткани печени из гепатоцитов. Ему понравились инженерные аспекты проекта, но он понял, что также хочет узнать больше о клетках и о том, почему они ведут себя именно так. В итоге он остался в Массачусетском технологическом институте, чтобы получить докторскую степень в области биологической инженерии, работая с Форестом Уайтом.

В лаборатории Уайта Брайсон изучал процессы клеточной сигнализации и то, как они изменяются при таких заболеваниях, как рак и диабет. Во время работы над докторской диссертацией он также заинтересовался изучением инфекционных заболеваний. После получения степени он пошел работать к профессору иммунологии Гарвардской школы общественного здравоохранения Саре Форчун.

Фортуна изучает туберкулез, и в своей лаборатории Брайсон начала исследовать, как Микобактерия туберкулеза взаимодействует с клетками-хозяевами. За это время Форчун вселила в него желание искать решения проблемы туберкулеза, которые могли бы изменить ситуацию — например, не просто найти новый антибиотик, но и найти способ резко снизить заболеваемость этим заболеванием. По его мнению, этого можно было бы добиться с помощью вакцинации, а для этого ему нужно было понять, как иммунные клетки реагируют на болезнь.

«Этот постдок действительно научил меня смело думать о том, что вы могли бы сделать, если бы не были ограничены измерениями, которые вы можете сделать сегодня», — говорит Брайсон. “Какие проблемы нам действительно нужно решить? Есть так много вещей, о которых можно подумать в отношении туберкулеза, но что именно изменит историю?”

Достижение целей вакцинации

Придя на факультет Массачусетского технологического института восемь лет назад, Брайсон и его студенты разработали новые способы ответа на вопрос, который он задавал на собеседованиях с преподавателями: как иммунная система убивает бактерии?

Одним из ключевых шагов в этом процессе является то, что иммунные клетки должны быть способны распознавать бактериальные белки, которые отображаются на поверхности инфицированных клеток. Микобактерия туберкулеза производит более 4000 белков, но лишь небольшая часть из них в конечном итоге отображается в инфицированных клетках. По словам Брайсона, эти белки, вероятно, станут лучшими кандидатами для новой вакцины против туберкулеза.

Лаборатория Брайсона разработала способы идентификации этих белков, и на данный момент их исследования показали, что многие из туберкулезных антигенов, отображаемых иммунной системой, принадлежат к классу белков, известных как субстраты системы секреции 7-го типа. Микобактерия туберкулеза экспрессирует около 100 из этих белков, но то, какие из этих 100 отображаются инфицированными клетками, варьируется от человека к человеку в зависимости от его генетического фона.

Изучая образцы крови людей с разным генетическим происхождением, лаборатория Брайсона выявила белки туберкулеза, присутствующие в инфицированных клетках примерно у 50 процентов населения. Сейчас он работает над оставшимися 50 процентами и считает, что как только эти исследования будут завершены, у него будет очень хорошее представление о том, какие белки можно использовать для создания вакцины против туберкулеза, которая подойдет практически всем.

Как только эти белки будут выбраны, его команда сможет работать над разработкой вакцины, а затем тестировать ее на животных, надеясь, что она будет готова к клиническим испытаниям примерно через шесть лет.

Несмотря на предстоящие трудности, Брайсон по-прежнему с оптимизмом смотрит на возможность успеха и благодарит свою мать за то, что она привила ему позитивный настрой, пока он рос.

«Моя мама решила вырастить всех четверых детей одна, и у нее это выглядело безупречно», — говорит Брайсон. “Она вселила в нас чувство “ты можешь делать то, что хочешь” и чувство оптимизма. Есть так много способов сказать, что что-то потерпит неудачу, но почему бы нам не поискать причины для продолжения?”

Одна из вещей, которые ему нравятся в Массачусетском технологическом институте, — это то, что он обнаружил схожий подход к делу во всем институте.

«Инженерный дух Массачусетского технологического института заключается в том, что да, это возможно, и мы пытаемся найти способ сделать это возможным», — говорит он. «Я думаю, что инженерное дело и инфекционные заболевания идут рука об руку, потому что инженеры любят проблемы, а туберкулез — действительно серьезная проблема».

Когда Брайсон не занимается решением сложных проблем, он любит развлечься, устраивая перерывы на изучение мороженого в Симмонс-холле, где он является заместителем руководителя факультета. Используя машину для мороженого, которая у него есть с 2009 года, Брайсон несколько раз в год готовит галлоны мороженого для жителей общежития. Нетрадиционные вкусы, такие как маракуйя или клубника халапеньо, оказались особенно популярными.

«Недавно я пробовал ароматы осени: мороженое с корицей, грушевый сорбет», — говорит он. «Поджаренный зефир имел огромный успех, но он полностью разрушил мою кухню».