Вирус за или против человечества
Обновлено: 24.04.2024
Вспышка коронавируса в Китае встряхнула не только системы здравоохранения всех стран, но и все народонаселение Земли. И не потому, что является самой опасной из всех подобных вспышек, а скорее благодаря информационным технологиям, которые превратили нашу планету в одну большую деревню. Любая новость на одном ее конце тут же прилетает в каждый дом, буквально в каждое ухо. Но на самом деле человечеству пора осознать, какую огромную роль играет микромир в нашей жизни. Об этом "РГ" рассказал заместитель директора ЦНИИ эпидемиологии Роспотребнадзора, член-корреспондент РАН, доктор медицинских наук, профессор Александр Горелов.
Александр Васильевич, чем же коронавирус, который уже получил личное имя COVID-19, отличается от тех, которые вызывали похожие вспышки в Китае в 2002 и 2012 годах?
Александр Горелов: Вспышка 2002 года, так называемый тяжелый острый респираторный синдром (ТОРС) и вспышка 2012 года - ближневосточный респираторный синдром (БВРС) - по масштабам распространения были меньше. Но в 2002-2003 годах заболели 8,5 тысячи человек и 900 из них умерли, то есть летальность была более 10 процентов. А в 2012 году смертность достигала 35 процентов. Поэтому новая вспышка обоснованно вызвала тревогу. По масштабам она больше прежних, хотя на этот раз смертность не выше 2-2,2 процента.
Получается, что коронавирус давно и хорошо знаком специалистам?
Александр Горелов: Да, коронавирусы являются причиной большого количества острых респираторных заболеваний во всем мире. Всего их 40, из них патогенны для человека 6. В основном природным резервуаром этих вирусов являются животные, а "человеческие" штаммы постоянно циркулируют в популяции. Новые респираторные возбудители появляются практически каждый год. Уже в этом столетии были открыты бокавирус, который вызывает до 20 процентов ОРВИ у детей, метапневмовирус, новые вирусы гриппа - свиной калифорнийский и птичий, новые серотипы коронавируса. Наконец, последний вариант, который приобрел способность передаваться не только от животных (возможно, летучих мышей) человеку, но затем и от человека к человеку.
Именно с этим связаны беспрецедентные меры, которые были предприняты и в Китае, и во всем мире на этот раз?
Александр Горелов: Конечно, учитывая то, что это воздушно-капельная инфекция, способная распространиться очень быстро. Реакция мирового сообщества оказалась действительно беспрецедентной. И связана она с открытостью китайцев: первые 30 заболевших были выявлены в конце декабря, а уже 10 января они расшифровали и передали ВОЗ полный геном вируса. Поначалу у многих это вызывало скепсис, но затем десять взрослых и двое детей заболели в Германии, и немецкие ученые подтвердили правильность расшифровки генома. Стало ясно, что на 90 процентов геном нового вируса повторяет тот, который был в 2002-2003 годах. Все это позволило ученым института "Вектор" Роспотребнадзора очень быстро создать тест-системы для диагностики коронавируса и с их помощью выявлять зараженных. 11 февраля было получено регистрационное удостоверение на тест-систему для выявления РНК коронавируса 2019-nCoV методом ПЦР.
Очень быстро! Но ведь по правилам только на регистрацию нового препарата или устройства требуется не менее 180 дней?
Александр Горелов: Острота проблемы была поднята на уровень президента и премьер-министра, а в экстренных ситуациях обычные правила не работают. А наука наша в состоянии это сделать в течение нескольких дней. Вирусология, к счастью, у нас на высоте.
Создание тест-системы облегчило организацию карантинных мер?
Александр Горелов: Да, но не только это. Когда мы впервые столкнулись с опасной вспышкой коронавируса, никто не знал подходов к ней, не знали даже, какими должны быть режимы вентиляции легких, чтобы адекватно обеспечивать кислородную поддержку в тяжелых случаях. Тогда все это и было разработано. Учитывая определенную геномную последовательность, были предложены и препараты, которые позволили в предыдущие два раза погасить инфекцию. В основном они применяются и сейчас.
Получается, что изменчивость у коронавируса не так велика, как, например, у вируса гриппа?
Александр Горелов: Грипп - это суперпатоген из всех респираторных патогенов. Вот с 1 октября в США начался сезонный подъем гриппа, и уже к февралю 250 тысяч американцев заболели и более 9,5 тысячи человек умерли, то есть летальность уже 3,8 процента. А прогнозировали, что за весь сезон летальных случаев будет 12-15 тысяч. Но про грипп мы как бы все знаем, следим за ним, от него есть вакцины. Причем можно привиться бесплатно, но вакцинировался в этом году только 51 процент населения, хотя угроза заболеть несопоставимо более высокая. А вот все новое у нас вызывает обеспокоенность. На самом деле коронавирусная инфекция широко распространена и у нас, но все известные серотипы вызывают у людей либо легкие респираторные инфекции, либо диареи, у животных те же диареи, перитонит у кошек и т.д. Но вот в Китае на пути какого-то вируса, носителями которого являются животные, попались люди, и он приобрел новые свойства. К нашему счастью, у него незначительная контагиозность - не как у того же гриппа, кори или ветрянки, поэтому вторичных очагов по миру очень мало.
Насколько я помню, респираторных инфекций существует более 200. Но мы их практически не боимся, за исключением гриппа. А они могут преподнести сюрпризы?
Александр Горелов: В Москве нет ни одного сезона, когда бы мы не сталкивались с каким-либо из респираторных вирусов. В России ежегодно среди населения до 18 лет регистрируется более 20 миллионов случаев ОРВИ, дети болеют ими по 10-12 раз в год - это официальная статистика. Но, конечно, далеко не при всех бывают такие исходы, как тяжелая атипичная пневмония. Тем не менее, есть и осложнения, и случаи смерти.
Я читала, что иммунитет к коронавирусной инфекции у людей, которые переболели, нестойкий. Что вполне возможно через какое-то время опять заразиться. Это так?
Александр Горелов: Все вирусы постоянно мутируют, им надо выживать. А вне живых клеток вирус не живет долго, он выживает только в организме животного или человека. Наш приобретенный, или адаптированный, иммунитет как раз и формируется с их помощью, вирусы его тренируют.
Значит, надеяться на то, что если переболел и выздоровел, то второй раз тем же вирусом не заразишься, не приходится?
Александр Горелов: Почему же? Если у вас базисный иммунитет нормальный, то встреча и с коронавирусом не закончится для вас печально. Вот и в Китае у некоторых людей инфекция проходит в стертых формах, они никуда не обращаются, хотя, по сути, являются носителями вируса и могут заражать других. Но это классика жанра инфекционного процесса. Мы всегда говорим только о тяжелых и крайне тяжелых случаях.
Судя по всему, наиболее эффективными методами борьбы с коронавирусом стали раннее выявление заболевших и строгий карантин?
Александр Горелов: Я бы назвал еще индивидуальные средства профилактики. Прежде всего маски. Конечно, специальные респираторы были бы идеальным решением, но и обычные маски годятся, только чтобы они плотно прилегали к лицу и чтобы их меняли каждый час-два. И обязательно защитные очки, потому что вирус может попасть в организм и через слизистую глаз. Лучше, если это специальные очки типа маски для плавания, но и обычные могут быть хорошим барьером. Кроме того, побывав в местах скопления людей и вернувшись домой, необходимо тщательно вымыть руки, умыться, промыть нос, как при любой респираторной вспышке. Хотя по прогнозам наших немецких коллег риск встречи с вирусом даже в аэропорту Шереметьево, куда по-прежнему прилетают авиарейсы из КНР, равен 0,005 процента. А в целом для России он и того меньше.
А есть ли смысл принимать какие-то лекарства или витамины для профилактики вируса?
Александр Горелов: Если мы выполняем требования индивидуальной профилактики, то риск и без того снижается. Но будем отдавать себе отчет, что в настоящий момент ни ВОЗ, ни центры по контролю за инфекциями - никто не знает, что с позиции доказательной медицины какое-то одно средство лучше другого. Для этого нужно набрать опыт, статистику. Минздрав РФ утвердил временные рекомендации, но они тоже будут обновляться. Сейчас это все - открытая система.
А как же рекламные советы о том, что в период эпидемии надо "поддерживать иммунитет", принимать различные "индукторы", "адаптогены" и т.п.?
Александр Горелов: Объективных научных данных о том, что они защищают, нет. Если ты здоров, нужно сохранять здоровье. Если заболел, то все средства, которые перечислены в рекомендациях минздрава, являются рецептурными, их должен назначить врач. И это касается не только нынешней ситуации. Когда у нас в 2009-2010 годах появился "свиной" грипп, мы знали, что эффективны два препарата. Но от профилактического их приема отказались, чтобы не формировать у людей резистентность, то есть устойчивость к ним. Чтобы в случае реального заражения человек их принимал и поправился. А если их принимать с профилактической целью, вирусы к ним приспосабливаются, и когда действительно нужно лечить заболевшего, помочь уже нельзя. Эта тактика у нашего здравоохранения с 2010 года абсолютная четкая. Неразумное применение лекарств может только навредить.
В недавнем журнале Nature была статья о том, что в тяжелых случаях коронавирус вызывает аутоиммунную реакцию - этим и объясняется тяжесть состояния?
Александр Горелов: Так работают практически все вирусы. В первые три недели после заражения иммунитет как бы раскручивается, а на четвертой неделе должно наступить торможение. Но если этого не происходит, развивается аутоиммунное заболевание - организм начинает борьбу с самим собой. Подавить этот процесс можно, только воздействуя непосредственно на вирус противовирусным препаратом.
Китайцы высказали гипотезу, что в подобных случаях может быть эффективен один из противомалярийных препаратов, который подавляет иммунитет…
А имеет ли смысл бороться с опасными вирусами, которые живут в природе? Например, добиться элиминации, то есть полного уничтожения коронавируса?
Александо Горелов: Это что же, перебить всех летучих мышей?
Ну, не перебить, а вытеснить этот штамм другим, менее опасным?
Александр Горелов: Зачем же нам вмешиваться в природу? Мы можем запустить процесс, который вообще остановить невозможно. Ведь и вирусы, и бактерии были на планете задолго до появления человека, и вирусов больше, чем растений и животных, вместе взятых. Причем вопреки общему мнению, индигенных, то есть полезных, вирусов намного больше, чем патогенных. И в нас с вами живут наши родные вирусы, которые вместе составляют виром человека. А в целом наш микробиом состоит из бактерий, вирусов, простейших и тех, кого мы пока еще не знаем. В совокупности все они обеспечивают нашу защиту. Если "наши" вирусы позволяют чужим проникнуть в нас, тогда и возникает инфекционный процесс. Жить без микроорганизмов невозможно. Я всегда говорю: если вы боитесь микробов, вы ошиблись с планетой, вам на Земле делать нечего. Только микробиота нашего кишечника содержит столько генетической информации, сколько вмещают 10 самых больших компьютеров на планете. Сейчас мы больше говорим о сердечно-сосудистых и онкологических заболеваниях, видим в них основные угрозы. Но ученые посчитали, что к 2050 году главной проблемой человечества станут именно инфекции, вызванные антибиотико-резистентными микробами. И пока мы не поймем, что с инфекциями шутить нельзя, опасность будет только расти.
А причина - в несоблюдении правил гигиены?
Александр Горелов: Конечно! Мы пренебрегаем элементарными правилами, даже руки лишний раз не моем. Вот людям говорят, что превышен эпидемический порог по гриппу, а они едут в супермаркет с грудными детьми закупать продукты. В пространство, где скученность, плохая вентиляция, пыль и наверняка есть больные или носители вирусов! Нам говорят, что грипп будет серьезный, опасный. Что, все мы дружно кинулись прививаться?
Вернемся к коронавирусу - нужно ли создавать вакцину от него?
Александр Горелов: Масштабы заболевания покажут. Пока это не та ситуация, как с гриппом, когда болеет треть населения Земли. В Ухане с населением в 16 миллионов при капельной инфекции на 17 февраля заболело всего 70,5 тысячи человек - это меньше 0,5 процента. Матрица вакцины есть. Но чтобы не просто галочку поставить, вакцина должна быть а) эффективной и б) безопасной. Поэтому нужны опыты на разных животных, проверки на эмбриотоксичность, аллергенность, массу других параметров. Разработка хорошей вакцины требует не менее 3-8 8 месяцев и огромных затрат. Это не значит, что работа не ведется, над созданием вакцины трудятся несколько научных учреждения нашей страны, в том числе два института Роспотребнадзора.
Но если инфекция не будет распространяться, уже к концу февраля интерес к коронавирусной инфекции пропадет. К тому же вакцина - не панацея. Прививки абсолютно необходимы при жизнеугрожающих ситуациях - столбняк неизлечим, бешенство неизлечимо, да та же дифтерия - при вспышке в Москве было 20 тысяч смертей, когда перестали прививать от нее детей. Вот сейчас распространяется корь среди тех, кто не привит или не провел ревакцинацию. А этот возбудитель ничуть не менее опасен коронавируса.
Меры, которые предприняты в связи с коронавирусом в Китае, в других странах, и у нас в том числе, потребовали немалых затрат. Результат их оправдывает?
Александр Горелов: Если их не предприняли бы, последствия были бы намного дороже: весь Китай полыхнул бы, а не только Ухань и вокруг него. Сколько потребовалось бы стационарных коек, лекарственных препаратов и какими были бы последствия для здоровья миллионов людей? К тому же мы еще до конца не знаем, как поведет себя инфекция. Так что все было сделано очень правильно.
Можно ли прогнозировать развитие ситуации?
Обзор
Авторы
Редакторы
Генеральный партнер конкурса — ежегодная биотехнологическая конференция BiotechClub, организованная международной инновационной биотехнологической компанией BIOCAD.
Спонсор конкурса — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.
Чтобы защитить нас от опасных заблуждений, давайте разберемся:
- как устроен вирус ;
- зачем вирусу попадать в организм человека;
- как иммунитет реагирует на вирусы;
- как медицина может помочь иммунитету, если сам он не справляется.
В статье речь идет в основном о новом коронавирусе. — Ред.
Видео. Вирусы и иммунитет: кто кого?
Как устроен вирус
Человек состоит из клеток, в которых очень важную роль играют белки. В ядре клетки хранится ДНК: все вы, наверное, видели картинки с этими переплетенными нитями из разноцветных кусочков.
Кусочки эти одинаковые у всех: и у людей, и у животных, и у растений, и у вирусов. Именно последовательность кусочков ДНК определяет особенности белков в нашем организме, а значит, влияет на наш внешний вид, работу органов и состояние здоровья.
Чтобы разобраться, как клетки производят белки, давайте представим следующее.
Допустим, вы производите посуду. Суперценный образец хранится в сейфе, и вы не готовы вынимать свой эталон из сейфа, даже чтобы сделать новый экземпляр. Поэтому специальный человек прямо в сейфе делает слепок кружки и приносит этот слепок рабочим, которые изготовят новую кружку по форме, получая от курьеров необходимые кусочки материала.
В ядре клетки, как в сейфе, хранится ДНК. С помощью белков-ферментов с ДНК снимается копия — информационная РНК. РНК попадает в рибосому, где начинается сборка белка. А транспортная РНК подносит фрагменты, из которых и собираются белки .
Так работает производство белка не только у человека, но и у многих других живых существ.
Все они адаптируются к среде, как могут, чтобы выжить и дать потомство. Человек тоже приспособился, и в этом ему сильно помог головной мозг. Он позволил ему придумывать приспособления для выживания и передавать информацию другим людям. Благодаря обмену знаниями и их накоплению человек может жить очень долго, потому что поселился в прочных зданиях, изобрел множество приспособлений и научился справляться с болезнями [1].
Раньше людям с рождения угрожали хищники, погодные катаклизмы, огромное количество вирусов и бактерий. Оспа, чума, грипп, малярия, бешенство, энцефалит, столбняк — люди умирали сотнями и тысячами и от эпидемий, и от банальных царапин. Но благодаря достижениям медицины мы научились лечить и предотвращать многие из них [2], [3].
Сейчас может показаться, что этих угроз вообще никогда не существовало. А если окажется, что они существуют до сих пор, очень хочется обвинить кого-нибудь в их создании, как будто они сами не могли появиться из природы. Но вообще-то могли.
Зачем вирусу попадать в организм человека
Вирус отличается от других живых организмов, потому что не питается, не выдает отходы жизнедеятельности, не стареет (вокруг вирусов до сих пор идет дискуссия, стоит ли их вообще считать формой жизни). Но, как и мы, вирус размножается и может умереть. Вирус похож на флешку: снаружи оболочка с шипиками-разъемами для подключения, а внутри информация (ДНК или РНК).
С помощью шипиков вирус пытается попасть внутрь клетки организма, как флешка пытается подключиться к компьютеру. Если все получилось, вирус забирается внутрь, раздевается и начинает диверсию [4].
Если у вируса внутри ДНК, он контрабандой доставляет ее в ядро, запускает копирование этой ДНК, создание РНК и далее по порядку. Если это РНК, он просто подменяет родную РНК клетки на свою [5].
В обоих случаях клетка делает белки не для себя, а для новеньких вирусов.
Когда клетка изжила весь свой ресурс, она лопается. Оттуда прут детки-вирусы, которые с помощью своих шипиков проникают в другие клетки, и процесс повторяется [6], [7].
Как иммунитет реагирует на вирусы
Итак, в организм ворвался чужак, использует наши клетки. Организм должен как-то отреагировать.
Иммунная система как раз отвечает за способность человека противостоять внешним угрозам. Как происходит иммунная реакция именно на вирусы?
Ключевые иммунные клетки — это фагоциты, B-лимфоциты , T-хелперы и T-киллеры.
Латинская буква B происходит от латинского названия bursa fabricii — иммунного органа птиц, в котором их впервые обнаружили.
Когда вирус попадает в клетку, та выставляет на поверхности сигнал о том, что она болеет. На этот сигнал тревоги приходят T-киллеры и фагоциты и пытаются уничтожить зараженные клетки и вирусы.
По пути фагоциты хватают сигнальную метку и передают ее T-хелперам. Это клетки-курьеры, которые отправляют полученный материал на изучение B-лимфоцитам. Они разрабатывают специальное оружие против вирусов и зараженных клеток — антитела. Антитела, как черная метка, цепляются за пораженную клетку, и T-киллеры могут быстрее ее обнаружить.
Если метка зацепилась за вирус, на сигнал приходит еще одно оружие — система комплемента, похожая на гранату, которая срабатывает, если два кусочка гранаты соединить вместе.
То есть антитела — это ускоритель иммунной реакции, который обращает внимание T-киллеров на зараженные клетки и подключает систему комплемента. Таким образом организм справляется гораздо быстрее и теряет меньше здоровых клеток.
Часть B-лимфоцитов, изучив вирус, вместо того чтобы создавать антитела прямо сейчас, остается с новыми знаниями про запас, на случай повторного заражения, и превращаются в клетки памяти. Если организм столкнется с вирусом еще раз, то просто активирует клетки памяти. И мы получим моментальные точные выстрелы снайперов и гранатометчиков [8], [9].
Пока вся эта канитель происходит, человеку может стать так плохо, что потребуется госпитализация или даже реанимация. Но накопленный опыт, технологии и медицина как-то должны помогать таким пациентам.
Как медицина может помочь иммунитету, если сам он не справляется
На каком этапе иммунной реакции человек может вмешаться?
Начнем с этапа, когда вирус пытается взломать клетку. У коронавируса есть ключики от слизистых: можно потрогать зараженный объект руками и перенести заразу себе, прикоснувшись к лицу. Носители могут чихнуть или кашлянуть на вас. Капельки слюны распыляются, когда вы разговариваете или смеетесь [10].
С руками все просто: можно смыть верхний слой кожного жира, на котором остаются вирусные частицы. А вот клетки слизистых надо как-то отгородить, например, маской . Но она не защищает глаза. Вирусы, попадая на маску, никуда не исчезают — они там копятся. Важно не занести их, когда вы будете поправлять или снимать маску. А самодельные тканевые маски могут быть бесполезны, если у них широкие поры.
Кардинальный метод защиты (и пока лучший) — уйти на карантин. Но в таком случае плохо становится не здоровью людей, а экономике.
Поможет ли молитва? Нет, клетки устроены одинаково и у церковнослужителя, и у бабули, и у знаменитости.
Поможет ли водка от вируса? Нет. Когда вы пьете алкоголь, вы не дезинфицируете организм, а ослабляете его. Так иммунным клеткам придется даже сложнее [12].
Чеснок, имбирь и другие чудеса народной медицины не работают антисептиком [11]. Чтобы разрушить вирусную частицу, нужен раствор с содержанием спирта не менее 60%, например, специальный антисептик для рук. Им логично протирать руки, поручни, дверные ручки и мобильные телефоны.
Допустим, попадание вируса в организм предотвратить не удалось. Начинается месиво: фагоциты и T-киллеры не справляются, B-лимфоциты стараются делать антитела и клетки памяти, пока вирус вовсю использует наши клетки. За это время человеку может стать очень плохо.
Можно ли помочь B-лимфоцитам? Да, можно еще до заражения ввести мертвый вирус, кусок вируса или подобие вируса, чтобы B-лимфоциты потренировались и заранее сделали антитела. Такой метод называется прививкой [13–16].
Создание лекарств занимает годы. Нужно найти действующее вещество, способ доставлять его в клетки, сделать из него препарат, который не испортится при хранении и не убьет побочными эффектами .
Сайт-агрегатор отчетов по клиническим исследованиям — ClinicalTrials.gov.
Если человеку стало очень плохо, нужно поддержать его организм, чтобы он выжил, пока побеждает вирус. Для этого людям нужны койки в больницах, аппараты ИВЛ и врачи. Но если инфекция быстро распространяется, много людей одновременно нуждаются в помощи.
Напомним, что ивазивная ИВЛ травматична и сама по себе опасна: например, тем, что может повлечь за собой заражение пациента дополнительной внутрибольничной инфекцией. — Ред.
Чтобы люди не умирали без помощи медиков, нужно искусственно замедлить скорость распространения вируса — сидеть дома. Чем больше людей игнорируют карантин, тем больше тех, кому не хватит медицинской помощи, а значит, будет больше смертей [18].
Если организм справился с инфекцией, у него появляются клетки памяти, поэтому он не будет носителем и не заразит других людей. Если клетки памяти будут у большинства, появится коллективный иммунитет. В таких условиях человек из группы риска вряд ли встретит носителя. Когда все носители переболеют, вирус среди людей не будет встречаться.
Некоторые страны уже снимают карантин. Но еще не понятно, есть ли коллективный иммунитет и не вызовет ли это новую волну заражений. В случае с коронавирусом пока неизвестно, сколько живут клетки памяти [19].
В России все еще каждый день заболевает по 8–10 тысяч человек. Возможно, в вашем регионе пандемия только набирает обороты . А значит, любой человек на улице может оказаться носителем.
В наших силах если не остановить, то хотя бы замедлить темпы, чтобы люди не умирали без помощи медиков.
Что же делать людям в борьбе с вирусом?
Защищаться мытьем рук и антисептиками? Искать вакцину или лекарство? Ждать, когда появится коллективный иммунитет? Или замедлять социальную активность, чтобы одновременно не заболело много людей? Сейчас мы делаем всё сразу.
Большинство стран мира следуют рекомендациям ВОЗ. Сайт этой организации переведен на русский язык. Там можно найти комментарии к мифам о коронавирусе и официальные рекомендации как для медиков, так и для населения. Если кто-то предлагает вам чудесное лекарство от болезни, проверьте, написали ли о нем эксперты ВОЗ.
Обзор
Автор
Редакторы
Обратите внимание!
Спонсоры конкурса: Лаборатория биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions и Студия научной графики, анимации и моделирования Visual Science.
Эволюция и происхождение вирусов
В 2007 году сотрудники биологического факультета МГУ Л. Нефедова и А. Ким описали, как мог появиться один из видов вирусов — ретровирусы. Они провели сравнительный анализ геномов дрозофилы D. melanogaster и ее эндосимбионта (микроорганизма, живущего внутри дрозофилы) — бактерии Wolbachia pipientis. Полученные данные показали, что эндогенные ретровирусы группы gypsy могли произойти от мобильных элементов генома — ретротранспозонов. Причиной этому стало появление у ретротранспозонов одного нового гена — env, — который и превратил их в вирусы. Этот ген позволяет вирусам передаваться горизонтально, от клетки к клетке и от носителя к носителю, чего ретротранспозоны делать не могли. Именно так, как показал анализ, ретровирус gypsy передался из генома дрозофилы ее симбионту — вольбахии [7]. Это открытие упомянуто здесь не случайно. Оно нам понадобится для того, чтобы понять, чем вызваны трудности борьбы с вирусами.
Из давних письменных источников, оставленных историком Фукидидом и знахарем Галеном, нам известно о первых вирусных эпидемиях, возникших в Древней Греции в 430 году до н.э. и в Риме в 166 году. Часть вирусологов предполагает, что в Риме могла произойти первая зафиксированная в источниках эпидемия оспы. Тогда от неизвестного смертоносного вируса по всей Римской империи погибло несколько миллионов человек [8]. И с того времени европейский континент уже регулярно подвергался опустошающим нашествиям всевозможных эпидемий — в первую очередь, чумы, холеры и натуральной оспы. Эпидемии внезапно приходили одна за другой вместе с перемещавшимися на дальние расстояния людьми и опустошали целые города. И так же внезапно прекращались, ничем не проявляя себя сотни лет.
Вирус натуральной оспы стал первым инфекционным носителем, который представлял действительную угрозу для человечества и от которого погибало большое количество людей. Свирепствовавшая в средние века оспа буквально выкашивала целые города, оставляя после себя огромные кладбища погибших. В 2007 году в журнале Национальной академии наук США (PNAS) вышла работа группы американских ученых — И. Дэймона и его коллег, — которым на основе геномного анализа удалось установить предположительное время возникновения вируса натуральной оспы: более 16 тысяч лет назад. Интересно, что в этой же статье ученые недоумевают по поводу своего открытия: как так случилось, что, несмотря на древний возраст вируса, эпидемии оспы не упоминаются в Библии, а также в книгах древних римлян и греков [9]?
Строение вирусов и иммунный ответ организма
Рисунок 1. Первооткрыватель вирусов Д.И. Ивановский (1864–1920) (слева) и английский врач Эдвард Дженнер (справа).
Почти все известные науке вирусы имеют свою специфическую мишень в живом организме — определенный рецептор на поверхности клетки, к которому и прикрепляется вирус. Этот вирусный механизм и предопределяет, какие именно клетки пострадают от инфекции. К примеру, вирус полиомиелита может прикрепляться лишь к нейронам и потому поражает именно их, в то время как вирусы гепатита поражают только клетки печени. Некоторые вирусы — например, вирус гриппа А-типа и риновирус — прикрепляются к рецепторам гликофорин А и ICAM-1, которые характерны для нескольких видов клеток. Вирус иммунодефицита избирает в качестве мишеней целый ряд клеток: в первую очередь, клетки иммунной системы (Т-хелперы, макрофаги), а также эозинофилы, тимоциты, дендритные клетки, астроциты и другие, несущие на своей мембране специфический рецептор СD-4 и CXCR4-корецептор [13–15].
Одновременно с этим в организме реализуется еще один, молекулярный, защитный механизм: пораженные вирусом клетки начинают производить специальные белки — интерфероны, — о которых многие слышали в связи с гриппозной инфекцией. Существует три основных вида интерферонов. Синтез интерферона-альфа (ИФ-α) стимулируют лейкоциты. Он участвует в борьбе с вирусами и обладает противоопухолевым действием. Интерферон-бета (ИФ-β) производят клетки соединительной ткани, фибробласты. Он обладает таким же действием, как и ИФ-α, только с уклоном в противоопухолевый эффект. Интерферон-гамма (ИФ-γ) синтезируют Т-клетки (Т-хелперы и (СD8+) Т-лимфоциты), что придает ему свойства иммуномодулятора, усиливающего или ослабляющего иммунитет. Как именно интерфероны борются с вирусами? Они могут, в частности, блокировать работу чужеродных нуклеиновых кислот, не давая вирусу возможности реплицироваться (размножаться).
Причины поражений в борьбе с ВИЧ
Тем не менее нельзя сказать, что ничего не делается в борьбе с ВИЧ и нет никаких подвижек в этом вопросе. Сегодня уже определены перспективные направления в исследованиях, главные из которых: использование антисмысловых молекул (антисмысловых РНК), РНК-интерференция, аптамерная и химерная технологии [12]. Но пока эти антивирусные методы — дело научных институтов, а не широкой клинической практики*. И потому более миллиона человек, по официальным данным ВОЗ, погибают ежегодно от причин, связанных с ВИЧ и СПИДом.
Подобный вирусный механизм характерен не только для ВИЧ. Он описан и при инфицировании некоторыми другими опасными вирусами: такими, как вирусы Денге и Эбола. Но при ВИЧ антителозависимое усиление инфекции сопровождается еще несколькими факторами, делая его опасным и почти неуязвимым. Так, в 1991 году американские клеточные биологи из Мэриленда (Дж. Гудсмит с коллегами), изучая иммунный ответ на ВИЧ-вакцину, обнаружили так называемый феномен антигенного импринтинга [23]. Он был описан еще в далеком 1953 году при изучении вируса гриппа. Оказалось, что иммунная система запоминает самый первый вариант вируса ВИЧ и вырабатывает к нему специфические антитела. Когда вирус видоизменяется в результате точечных мутаций, а это происходит часто и быстро, иммунная система почему-то не реагирует на эти изменения, продолжая производить антитела к самому первому варианту вируса. Именно этот феномен, как считает ряд ученых, стоит препятствием перед созданием эффективной вакцины против ВИЧ.
Открытие биологов из МГУ — Нефёдовой и Кима, — о котором упоминалось в самом начале, также говорит в пользу этой, эволюционной, версии.
Сегодня не только ВИЧ представляет опасность для человечества, хотя он, конечно, самый главный наш вирусный враг. Так сложилось, что СМИ уделяют внимание, в основном, молниеносным инфекциям, вроде атипичной пневмонии или МЕRS, которыми быстро заражается сравнительно большое количество людей (и немало гибнет). Из-за этого в тени остаются медленно текущие инфекции, которые сегодня гораздо опаснее и коварнее коронавирусов* и даже вируса Эбола. К примеру, мало кто знает о мировой эпидемии гепатита С, вирус которого был открыт в 1989 году**. А ведь по всему миру сейчас насчитывается 150 млн человек — носителей вируса гепатита С! И, по данным ВОЗ, каждый год от этой инфекции умирает 350-500 тысяч человек [33]. Для сравнения — от лихорадки Эбола в 2014-2015 гг. (на состояние по июнь 2015 г.) погибли 11 184 человека [34].
* — Коронавирусы — РНК-содержащие вирусы, поверхность которых покрыта булавовидными отростками, придающими им форму короны. Коронавирусы поражают альвеолярный эпителий (выстилку легочных альвеол), повышая проницаемость клеток, что приводит к нарушению водно-электролитного баланса и развитию пневмонии.
Рисунок 8. Электронная микрофотография воссозданного вируса H1N1, вызвавшего эпидемию в 1918 г. Рисунок с сайта phil.cdc.gov.
Почему же вдруг сложилась такая ситуация, что буквально каждый год появляются новые, всё более опасные формы вирусов? По мнению ученых, главные причины — это сомкнутость популяции, когда происходит тесный контакт людей при их большом количестве, и снижение иммунитета вследствие загрязнения среды обитания и стрессов. Научный и технический прогресс создал такие возможности и средства передвижения, что носитель опасной инфекции уже через несколько суток может добраться с одного континента на другой, преодолев тысячи километров.
Обзор
Автор
Редакторы
Генеральный партнер конкурса — международная инновационная биотехнологическая компания BIOCAD.
Теплая погода в конце мая и ощущение приближающихся летних каникул могут заставить ликовать любого школьника, и я не была исключением. По вечерам мы обсуждали планы на лето, планировали поездки на дачу и путешествие на море. Но затем все это оказалось под угрозой. Сначала моя мама заболела коронавирусом. Следом за ней, моя сестра заболела ротавирусом. А потом, когда все уже поправились, заболела я. Во время осмотра врач сообщил, что у меня мононуклеоз, вызванный вирусом Эпштейна—Барр. Вирусы, вирусы, вирусы. На улице светило солнышко, за окном слышались веселые крики ребят, а я лежала в постели и мечтала, чтобы все вирусы на свете в один миг исчезли. И в тот самый момент я задумалась, неужели все без исключения вирусы приносят лишь вред? Ведь все на свете бывает вредным или полезным. Есть съедобные и несъедобные грибы, есть полезные и опасные растения. Неужели с вирусами иначе?
После своего выздоровления в попытке ответить на этот вопрос я погрузилась в новый удивительный микромир, мир настолько малый, что даже самые сильные микроскопы порой бывают бесполезны. Оказывается, существует огромное количество различных видов вирусов, которые могут поразить клетки организмов всех существующих видов жизни на нашей планете (от простейших одноклеточных до млекопитающих). По последним оценкам существует более 100 миллионов различных видов вирусов, и это не считая тех, что поражают бактерии и другие вирусы [1]. Количество видов вирусов не просто превышает по численности количество видов всех живых организмов на нашей планете, но и генетически вирусы в некотором смысле разнообразнее. Например, клеточные организмы имеют только двунитевые ДНК-геномы линейной или кольцевой формы. А геном вируса может быть как однонитевой, так и двунитевой молекулой РНК или ДНК, линейной или кольцевой формы. Также существуют вирусы с обратной транскрипцией [2]. Все многообразие вирусов смог сгруппировать в 6 групп Дэвид Балтимор [3]. Данную классификацию чуть позже дополнил русский ученый Вадим Агол.
Рисунок 1. Разнообразие вирусов
Что же происходит с нашим организмом, когда вирусы попадают в нас? Вирус это не живой организм, а только белковая оболочка (капсид) с геномом внутри, который никому не мешает, пока не встретит необходимую клетку. Встретив ее, вирус прикрепляется к клетке с помощью рецепторов и проникает внутрь. Далее генетический материал вируса высвобождается из оболочки и попадает в ядро клетки. С этого момента она перепрограммируется и начинает копировать вирусный геном, создавая большое количество вирусных белков для сборки новых вирусных частиц. Затем вирусный геном и вирусные белки собираются в новые вирусы. Новые вирусы покидают клетку, а клетка чаще всего погибает [4], [5].
Рисунок 2. Схема жизненного цикла вируса
Также вирусы играют огромную роль в контроле численности различных видов живых существ [11]. Если число представителей какого-либо вида начинает быстро расти, неизбежно возникают вспышки вирусных инфекций внутри популяции, что заставляет численность снижаться, высвобождая ресурсы для остальных видов. Таким образом, жизнь всех организмов, будь то растения, животные, грибы или бактерии, находится в постоянной гармонии [12].
Рисунок 3. Опасные и полезные вирусы
Поразительно, но, несмотря на то, что вирусы вызывают у нас болезни, люди не смогут существовать без вирусов, и наше дальнейшее выживание зависит от них. Теперь я вижу, как важны вирусы для жизни живых существ на нашей планете. Я ошибалась, когда думала, что мир станет лучше без них. Человек должен изучать вирусы, чтобы подружиться с ними и использовать их во благо всего живого. Конечно, вирус — это паразит, но иногда этот паразитизм больше похож на симбиоз, взаимную зависимость, которая приносит пользу всем. Тем не менее люди должны быть готовы к встрече с малой частью опасных вирусов. А для этого всем нам нужно заботиться о своем здоровье и всеми способами укреплять иммунную систему.
Пандемия коронавируса заставила миллионы людей задуматься о том, что наука на самом деле знает про мир вирусов. Может ли она защитить людей? Предсказать следующую атаку вирусов?
Об этом "РГ" беседует с молекулярным вирусологом, и.о. директора Института биомедицинских систем и биотехнологий Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, доктором биологических наук Андреем Васиным.
Андрей Владимирович, пандемия COVID-19 открыла нам глаза на то, что мир вирусов способен преподнести людям немало сюрпризов, хотя мы сталкиваемся с ними постоянно. Почему, на ваш взгляд, новый вирус оказался таким шоком для человечества?
Андрей Васин: Подавляющее большинство людей просто недооценивало опасность, которую представляют вирусы. Почти все слышали такие слова, как "Эбола", "птичий грипп", "вирус Зика", "атипичная пневмония". Но все это было в заголовках новостей и где-то далеко - в Африке, Юго-Восточной Азии, Южной Америке - и не касалось непосредственно нас. Не случайно, наверное, что страны Юго-Восточной Азии, которые сталкивались с некоторыми из перечисленных вирусов, оказались более подготовленными к реагированию на COVID-19, чем, например, страны Европы.
Охвативший весь мир "свиной грипп" (т.е. вирус гриппа A/H1N1), объявленный пандемией, воспринимался просто как осложненный грипп. Плюс к этому было много разговоров про то, что это все обман с целью отвлечения внимания людей от каких-то более важных проблем, "заговор фармкомпаний, чтобы продавать больше препаратов", и т.п. А сейчас оказалось, что угроза пандемии реальна и может затронуть всех. К такому повороту событий общество многих стран, мне кажется, не было готово.
Известно, что вирусы крайне изменчивы. Чем объясняется эта их способность?
Андрей Васин: В основе всей жизни на земле лежит процесс репликации, то есть копирования генома, который у всех клеточных форм жизни представлен молекулой ДНК. За этот процесс в клетках отвечают специальные ферменты, которые называются полимеразы. В процессе репликации ДНК (у человека размер генома, например, составляет 10 в девятой степени!) неизбежно возникают ошибки. Поэтому в процессе эволюции появились специальные ферменты, которые отвечают за репарацию, то есть за устранение этих ошибок. У вирусов геном может быть представлен молекулой как ДНК, так и РНК. При этом РНК-содержащие вирусы являются более изменчивыми и патогенными, чем ДНК-содержащие. В частности, к РНК-содержащим вирусам человека относятся ВИЧ, вирус Эбола, вирус Зика, вирусы гриппа и коронавирусы, в том числе COVID-19. Изменчивость РНК-содержащих вирусов связана с тем, что у них, как правило, нет систем репарации. В результате вирусная полимераза совершает ошибки довольно часто. Размер генома вируса гораздо меньше, поэтому у них на каждый цикл репликации приходится в среднем одна мутация. С учетом скорости размножения вируса и скорости его распространения в популяции число мутаций будет довольно велико, что и объясняет такую изменчивость.
А помимо постепенного накопления мутаций в геноме РНК-содержащих вирусов возможны и более резкие изменения, например, в процессе реассортации и рекомбинации. Реассортация - это перемешивание сегментов генома разных вирусов. Если эти сегменты были от вирусов разных хозяев (например, человека и птицы), такой новый вирус чаще всего бывает нежизнеспособным. Однако в редких случаях он все же получает возможность эффективно размножаться и передаваться от человека к человеку. Именно таким образом возникали все известные пандемии гриппа. Для некоторых вирусов с монолитным геномом возможна рекомбинация, то есть обмен фрагментами генома между разными штаммами.
В частности, такие механизмы встречаются у коронавирусов. Реассортация и рекомбинация приводят не к плавным, а к резким изменениям биологических свойств вируса. Такая изменчивость и является одним из ключевых факторов их способности ускользнуть от иммунитета человека.
Способность коронавирусов быстро меняться помогает им обойти иммунитет человека. Фото: Сергей Карпухин / ТАСС
В состоянии ли наука предсказать появление более опасных штаммов тех вирусов, которые давно циркулируют среди людей?
Андрей Васин: Наука в состоянии предположить, что может сделать уже известные вирусы более опасными, изучая их молекулярно-генетические механизмы. Мы можем предполагать, на какие вирусы стоит обратить особое внимание с точки зрения их пандемического потенциала. Но сказать, какое именно событие усилит патогенность вируса в реальности и тем более когда оно произойдет, к сожалению, пока невозможно.
Известно, что существует около 250 вирусов, вызывающих ОРВИ. Однако для них не создано ни тест-систем, ни вакцин. С чем это связано? И оправдано ли такое спокойствие человечества?
Андрей Васин: Сложно дать однозначный ответ. С одной стороны, обычные люди и даже многие медики считают, что вызванные вирусами респираторные заболевания в целом схожи друг с другом, и подход к их лечению примерно одинаковый. Единственное исключение составляет грипп, при этом многие люди гриппом называют все ОРВИ. Зачем тогда тратить время и деньги на их дифференциальную диагностику? Считается, что важно определить, вирус или бактерия вызвали заболевание, а если вирус, то грипп это или нет, а остальное неважно. Ведь специфических противовирусных препаратов для других респираторных вирусов нет - в отличие от множества антибиотиков против бактериальных инфекций. Но каждый вирус имеет свою собственную программу репликации в организме, поэтому и течение инфекции тоже будет отличаться, а значит, и схема лечения тоже должна иметь отличия. Как молекулярный вирусолог, я считаю, что ставить диагноз ОРВИ и не обращать внимания на то, какой вирус ее вызвал, неправильно. Возможно, медицинские вирусологи и инфекционисты не будут столь категоричны. Но я уверен, что по мере изучения респираторных вирусов нас ждет еще много сюрпризов, в том числе в механизмах их патогенеза и развития осложнений.
Но тест-системы на определение ОРВИ есть, они широко используются в системе надзора за гриппом и другими ОРВИ, осуществляемой, в частности, Национальным центром ВОЗ на базе НИИ гриппа им. Смородинцева Минздрава России. Что касается вакцин, то ОРВИ преимущественно вызваны РНК-содержащими, то есть сильно изменчивыми вирусами, и создать эффективную вакцину от них не так просто. Мы это видим на примере вакцины от гриппа, состав которой меняется ежегодно, и прививаемся мы ею не единожды в жизни, а практически каждый год. Попытки создать вакцины и против других ОРВИ предпринимались в 1960-е годы, но они оказались безуспешными. Ярким примером является респираторно-синцитиальная инфекция, вызывающая тяжелые заболевания нижних дыхательных путей, особенно у младенцев и детей младшего возраста. Была получена инактивированная вакцина, но на стадии клинических испытаний она не только не позволила защитить от инфекции, но и существенно утяжелила заболевание. После этого работы по вакцине против РС-инфекции были надолго закрыты. Только в наше время вновь вернулись к активной разработке этих вакцин, когда открыли молекулярные механизмы усиления инфекции, возникавшего при использовании вакцины в те годы, но уже с использованием новых технологий. Сейчас на стадии доклинических и клинических исследований находится несколько десятков вакцинных препаратов. Мы также проводим доклинические исследования нашего варианта вакцины против РС-инфекции в НИИ гриппа, работа финансируется Центром стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью Минздрава России.
А были ли попытки создать вакцины от коронавирусов?
Андрей Васин: Среди сезонных респираторных вирусов встречается 4 типа коронавирусов: OC43, HKU1, NL63 и 229E. И если про коронавирусы SARS (атипичной пневмонии) и MERS (ближневосточного респираторного синдрома) люди еще слышали, то про эти четыре коронавируса ничего не знают. Против них не было разработано ни лекарств, ни вакцин. Если бы они были, мы чувствовали бы себя сейчас намного уверенней и смогли бы гораздо быстрее создать вакцину или лекарственный препарат от COVID-19.
На нашей памяти - эпидемия Эбола в Африке, вспышки других опасных вирусных лихорадок. Какие уроки были извлечены из них?
Андрей Васин: Вирус Эбола был хорошо известен специалистам и до эпидемии. Локальные вспышки заболевания фиксировались, но при чрезвычайно высокой летальности число заболевших было невелико. Эпидемия столь опасного вируса особенно в условиях бедных стран Африки - это событие чрезвычайное, требующее неотложных мер, что в конечном итоге и было сделано. На момент начала эпидемии различными лабораториями разрабатывался целый ряд препаратов против вируса Эбола, в том числе с использованием новых технологий. Был определенный задел и по вакцинам, который позволил оперативно инициировать их разработку. Эпидемия Эбола позволила апробировать целый ряд новых биотехнологических решений, которые можно применять в дальнейшем для борьбы и с другими вирусными инфекциями.
Как вы полагаете, какие изменения в нашей жизни, в организации санэпиднадзора и системы здравоохранения должны будут произойти после нынешней пандемии?
Андрей Васин: Основные изменения будут связаны скорее всего с экономическими последствиями пандемии. ВОЗ постоянно говорит о необходимости подготовки к пандемиям, разработаны соответствующие "дорожные карты". После пандемии COVID-19 эта работа будет усилена как на глобальном уровне, так и на уровне отдельных стран. А в обычной жизни, надеюсь, люди будут уделять гораздо больше внимания правилам личной гигиены, более ответственно относиться к респираторным заболеваниям и не приходить, например, на работу или в места скопления людей с ОРВИ, заражая окружающих. По крайней мере, хотя бы в первое время.
Многие годы нам рекомендовали в качестве профилактики вирусных инфекций то витамины, то модуляторы интерферонов. Теперь об этом что-то молчат. Установки изменились?
Андрей Васин: Возможно, появилась ответственность за то, что предлагаешь, так как спрос на эти предложения будет действительно серьезный. Надеюсь, что одним из положительных последствий ситуации будет и более серьезное отношение к тому, чем предлагается лечить ОРВИ. А также то, что число сторонников антипрививочного движения сократится. Ведь вакцины - это одно из величайших достижений человечества, позволившее спасти миллиарды человеческих жизней.
Как вы считаете, нужно ли все же выделить средства на изучение вроде бы не очень опасных респираторных вирусов, разработку тест-систем, доступную диагностику, вакцинопрофилактику и терапию?
Андрей Васин: Несомненно! В "мирное" время кажется, что есть более важные задачи, но вирусы - это реальная угроза человечеству. Мы живем в условиях постоянной биологической войны, только не рукотворной, а природной, которая длится миллиарды лет. Мы никогда не сможем полностью исключить вирусную угрозу, но должны быть максимально готовы ее предотвратить. Биологическая наука развивается семимильными шагами. Например, всего за несколько дней после идентификации вируса COVID-19 его геном был секвенирован и депонирован в общедоступные базы данных, что позволило оперативно начать разработку тест-систем и вакцин. В 2009 году, во время пандемии гриппа, вызванного вирусом А/H1N1, этот процесс занял гораздо больше времени. Нам нужно более подробно изучать вирусы человека и животных. Не надо забывать, что основной путь появления новых инфекций - зоонозный, поэтому крайне важно знать, что происходит с вирусами в естественных животных резервуарах. Нужно развивать новые технологии создания вакцин и препаратов. В этом смысле многообещающе выглядят РНК-вакцины, неслучайно им сейчас уделяют столько внимания. Именно это направление мы выбрали в СПбГПУ как основное.
Не знаю, насколько уместно будет такое сравнение, но инвестиции в вирусологию - это как страховой полис на автомобиль. Пока с автомобилем все в порядке, кажется: зачем я заплатил за полис, лучше бы потратил на что-то более насущное. Но если с автомобилем что-то случилось, начинаешь понимать, что без страхового полиса ты остался бы ни с чем. Думаю, что даже небольшой части суммы экономических потерь от нынешней пандемии хватило бы на поддержание и оснащение вирусологических лабораторий по всему миру на многие годы.
Читайте также: