Вирусы будущего как называются
Обновлено: 19.04.2024
Вирусы
Относительный плюс пандемии COVID-19 в том, что она поражает людей старшего возраста. Если бы этот вирус поражал людей в возрасте от 20 до 50 лет, которые составляют основную часть рабочей силы, он мог бы стать началом конца западной цивилизации.
А теперь мы получили пандемию коронавируса, которая вызвала общемировой карантин и на сентябрь 2020 года уже официально дала 32 миллиона зараженных и 975 тысяч умерших. Неофициально число жертв больше, поскольку ряд правительств, например, Беларуси, сознательно занижают смертность.
Вирусы — самая распространенная форма биологических молекул. Все живые организмы, включая людей, постоянно атакуются вирусами из внешней среды. О большинстве из них мы даже не догадываемся, поскольку они направлены против бактерий или растений. Не все вирусы млекопитающих могут заражать человека, а те, которые могут, обычно отражаются иммунной системой.
Однако на смену тем вирусам, которые удалось условно победить с помощью вакцинации (оспа, вирус полиомиелита, свинка) или перевести в хроническое заболевание с помощью лекарств (ВИЧ), приходят новые. О них знают эпидемиологи и ученые, которые еще несколько лет назад предсказывали, что коронавирусы, циркулирующие в летучих мышах, могут стать причиной пандемии.
Разберем пять вирусов, которые могут вызвать пандемию в ближайшие годы.
Xенипавирусы
Цветная трансмиссионная электронная микрофотография вириона Хендры
Хендра
Симптомы заражения людей вирусом Хендра могут быть респираторными, включая кровотечение и отек легких или, в некоторых случаях, вирусное воспаление мозговой оболочки.
Путь заражения Хендрой начинается с летучих лисиц. Вирус содержится в их слюне, испражнениях и моче. Уничтожение лесов, в которых летучие лисицы живут, заставляет их мигрировать ближе к фермам. Там они заражают лошадей, а они, в свою очередь, — людей.
В 1999 году родственный Хендре вирус был обнаружен в Малайзии. Он был выделен после крупной вспышки респираторного заболевания у свиней и неврологического заболевания у людей, находившихся в тесном контакте с ними. Более 100 человек умерли. Для предотвращения распространения эпидемии было убито 1,1 миллиона свиней. Возбудитель вируса был выделен из умершего человека, который жил в деревне Нипа Ривер (Nipah River), поэтому хенипавирус был назван вирусом Нипа (Нипах).
В случае Нипа снова не обошлось без летучих лисиц. Эти летучие мыши распространены в Юго-Восточной Азии, Камбодже, Индонезии, Филиппинах, Таиланде, и в Африке, например, в Гане.
Сероголовые летучие лисицы переносят Nipah henipavirus
Флавивирусы
Еще одна группа, которая постоянно выдвигает новые патогены человека, это флавивирусы. Если коронавирусы и хенипавирусы уже живут в млекопитающих, хозяева флавивирусов — членистоногие, к которым относятся комары и клещи. При их укусе вирус попадает в кровь человека, вызывая симптомы от лихорадки до менингита.
К флавивирусам принадлежит вирус желтой лихорадки, которые вызывал эпидемии в Новое время по всему миру, от молодых США до Закавказья. И хотя против некоторых известных флавивирусов есть вакцины, они могут вызывать антителозависимое усиление инфекции, когда предварительная вакцинация не облегчает, а утяжеляет течение заболевания.
Если хенипавирусы толкает к человеку уничтожение естественных мест обитания его носителей, атаки флавивирусов вызваны изменением климата. Потепление заселенных умеренных широт вызывает распространение носителей вирусов там, где они вымерзали зимой.
Фото: Mike Blake / Reuters
Вирус лихорадки Западного Нила (ЛЗН)
Природным резервуаром вируса ЛЗН служат множество видов птиц, включая вездесущего воробья. Комары, которые пьют кровь зараженных птиц, переносят вирус около 30 видам млекопитающих, включая лошадей, котов и собак, а также человека.
Примерно у 80 процентов людей, инфицированных ЛЗН, симптомы незначительны, но у 20 процентов людей появляются лихорадка, головная боль, рвота или сыпь, и у 1 процента развиваются тяжелые симптомы — энцефалит или менингит с ригидностью шеи, спутанностью сознания, судорогами. Риск смерти среди пациентов с симптомами, касающимися нервной системы, составляет около 10 процентов. Восстановление может занять от нескольких недель до месяцев.
Исследования вируса показывают, что он появился в Африке около тысячи лет назад. Впервые он был выделен в 1937 году в Уганде и до конца ХХ века был распространен в Африке и Азии. В XXI веке ЛЗН стал распространяться в северных широтах.
В России вирус вызывал заболевания на юге европейской части страны и на территории Омской области. Например, в период с 1999 по 2012 год в Волгоградской области был зафиксирован 1001 случай заражения, 59 из них закончились смертью.
Вакцины против вируса лихорадки Западного Нила нет.
Заболевшие лихорадкой денге в Бангладеш
Денге
Заболевание вирусом приводит к лихорадке, боли в мышцах и суставах, сыпи и увеличению лимфатических узлов. При повторном заболевании развивается геморрагический синдром. В небольшом количестве случаев заболевание перерастает в синдром шока денге, при котором кровяное давление падает до опасно низких значений. Смертность от шока может достигать 50 процентов.
После Второй мировой войны лихорадка денге распространилась более чем в 120 странах, в основном в Азии и Южной Америке. Импорт из Кореи в США автомобильных шин, содержавших воду с личинками комаров, привел к появлению болезни в Северной Америке. Ежегодно от вируса денге умирают 10-20 тысяч человек. Учитывая развитие торговли между Южной Америкой, Африкой и Европой, появление денге в России — дело времени.
Ни специфического лечения симптомов, ни вакцины против денге не разработано.
Атеровирусы
Вирусы этой группы вызывают болезни домашних и диких животных, в том числе эпидемии (зоонотии), но их угроза человеку изучена плохо. К группе относятся вирус артериита лошадей, вирус репродуктивного и респираторного синдрома свиней (РИРС) и вирус геморрагической лихорадки обезьян.
Подобно всем перечисленным выше вирусам, геном атеровируса основан на РНК, он быстро мутирует, а значит, эволюционирует. Подобно ВИЧ, атеровирусы подавляют иммунную систему. Симптомы болезней варьируются от лихорадки до выкидышей.
Например, особо вирулентный штамм РИРС появился в Китае в 2006 году и распространился по Азии. У свиней, инфицированных этим высоковирулентным вирусом, развилась длительная высокая температура (41–42°C), тяжелые респираторные симптомы, покраснение кожи и цианоз ушей. Смертность среди пораженных животных составила 20–50 процентов. Кроме того, зараженные во время беременности свиноматки рожали мертвых или сильно ослабленных поросят.
Фото: Bogdan Criste/ Reuters
Вирус передавался через контакт с инфицированными выделениями. Заболевания человека не зафиксированы, но, учитывая сходную физиологию и многочисленные примеры передачи вирусов между свиньями и людьми, передача этого или сходного вируса — тоже дело времени.
В случае атеровирусов против людей работает интенсивно развивающееся сельское хозяйство, где десятки и сотни тысяч животных содержатся в плохих санитарных условиях и в близком контакте с людьми.
Все упомянутые вирусы могут вызвать пандемию, сравнимую или даже превышающую масштабы коронавирусной. Остается только надеяться, что в следующий раз государства и отдельные граждане будут лучше готовы к глобальному распространению болезни.
Виктория Доронина,
микробиолог, научный сотрудник Manchester Metropolitan University
Прусс: Практически это главное, что мы про него знаем. Недавно вышли очень интересные британские данные про спектр симптомов заболевания, насколько они изменились в сравнении с дельтой. Я должен сказать, что изменились они, по-видимому, не настолько сильно. Да, британцы видят больше больных с больным горлом, их с омикроном около половины, но и с дельтой был каждый третий. Также они видят меньше зараженных с потерей обоняния. Это фиксировалось у трети пациентов с дельтой и осталось у каждого восьмого с омикроном.
То есть для пациентов, которые не испытывают серьезных последствий от ковида, разница симптомов не такая большая.
А вот при тяжелом течении болезни уже есть существенные отличия. Для омикрона больше характерен бронхиолит средних дыхательных путей. А для дельты — более глубинное поражение самих легких, альвеол.
Ясно ли, какая длительность иммунитета после омикрона? Он действует против дельты?
До недавнего времени я рассказывал, что это будет понятно не раньше чем через три месяца. Традиционно считалось, что в первые месяцы после заболевания не всегда просто определить новое это заражение или вспышка старого. Чтобы не ошибиться, отсчитывали 90 дней и только потом выясняли, заразились люди снова или нет.
Сегодня я с большим удовлетворением вижу, что британцы начали смотреть повторное заражение начиная уже с 30-дневного срока. Они, конечно, пока не получили информацию о том, через какое время после омикрона можно заразиться, потому что большинство пациентов еще только-только выздоровели. Но британцы анализируют, насколько у болевших дельтой в осеннюю волну на 30-й день после выздоровления ослабла чувствительность к омикрону.
Теоретически можно предположить, что первые месяц-два, чем бы человек ни переболел, у него сохраняется значительная устойчивость ко всем штаммам, которыми можно заразиться. Иммунная система еще очень активная, в ней много всех активизированных компонентов: и Т-клетки циркулируют, и концентрация антител большая. Реально риски начинаются где-то после третьего месяца после выздоровления, а где-то и больше. Точнее мы об этом узнаем скорее всего в мае.
Омикрон сам по себе менее патогенен или вызывает более легкое течение болезни только у вакцинированных?
И то, и другое — правда. Поначалу это было очень трудно различить, потому что большинство жителей тех стран, по которым омикрон прокатился первым, были или вакцинированы, при этом хорошо, с ревакцинацией, как в Британии, или относительно недавно переболели, как в Южной Африке. По небольшим прослойкам населения, которые все-таки не вакцинированы в Дании и Великобритании
ученые делают вывод, что тяжесть заболевания заметно меньше и для тех, кто ни разу не был вакцинирован. Заметно — это, конечно, не в разы. В зависимости от того, что мы измеряем, — на 30-50 процентов
Хотя статистически установлено, что при омикроне ковид протекает легче, не стоит успокаиваться, это палка о двух концах. Даже уменьшенная в полтора-два раза в группах риска опасность, где она изначально была очень высокой, остается огромной.
В России уровень вакцинации меньше, чем в Европе. Но, мне кажется, найти непереболевших и непривитых уже очень трудно. Многие болели неофициально, поэтому не попали в статистику.
Так случилось в Англии, где трудно было до конца провести анализ, потому что значительная часть населения переболела без официального статуса. В расчетах они пытались применить условные поправочные факторы. Смотрели, у скольких людей нашли антитела к вирусу, больше ли их, чем официально болевших. Но это трудно верно рассчитать.
Фото: Maxim Shemetov / Reuters
Мне все-таки кажется, что именно среди людей пожилых, именно среди тех, кто склонен тяжело переносить ковид, доля болевших, но не имевших подтвержденного диагноза, небольшая. Потому что это гораздо чаще происходит с перенесшими болезнь легко, без дискомфорта, то есть с молодыми.
За счет чего снизились патогенные свойства вируса?
Люди часто думают, что вирусы становятся менее патогенными потому, что они не смогут существовать, убив всех своих носителей. Но никакие штаммы коронавируса не убивали так много людей. С точки зрения общества смертность от ковида очень большая, однако с точки зрения вируса — это не так много, чтобы помешать ему распространяться.
Как вирус изменяет свои свойства? Иммунная система наших организмов учится все лучше и лучше бороться против него. Вирус должен постоянно изменяться, чтобы противостоять давлению иммунитета. Не все изменения проходят вирусу даром. Иногда что-то меняется в белках, это позволяет избежать ему защитной реакции иммунной системы. Но для вируса это тоже вредно, может сделать его менее активным. Именно так произошло с омикроном.
Главное, почему он не проходит в глубину легких, а остается в верхних и средних дыхательных путях, это потому, что в процессе мутирования, чтобы избежать нашей иммунной системы, он утратил один из сайтов расщепления шиповидного белка на поверхности. И в результате больше не может войти в клетки так, как раньше
Но это не сам вирус стал менее патогенен, потому что ему захотелось оставить в живых человечество. Просто наша иммунная система загнала его в такой угол, что у него не осталось другого выхода.
На самом деле и дельта на начальной стадии первых волн резко молодела — гораздо больше заражала людей, которые были младше, чем болевшие до того. К концу волн эта динамика поменялась на противоположную — болело больше пожилых людей. Это связано скорее не с биологией вируса, а с социальными навыками тех, кто первыми или последними подхватывают инфекцию.
Первыми подхватывают вирус те, кто ходит в школу, на всякие гулянки, концерты. Пенсионеры как бы немножко более изолированы, их круг общения уже. А иногда они осторожничают и вообще сокращают его до полного минимума, поэтому к ним поздно приходит инфекция.
Биологический эффект трудно даже оценить, учитывая, что это проявляется на фоне социального аспекта. Перемены наблюдаются в такой стране, как Дания. Там волна омикрона дошла до пика и, возможно, начала спадать. За четыре недели до пика среди зараженных наблюдалось значительное преобладание молодых, особенно 20-24-летних. Но к последней неделе этот эффект начал сходить на нет. Теперь доля омикрона среди пожилых — практически такая же.
Дети стали чаще болеть?
В Дании дети попадали в статистику немного меньше, чем при дельте. Связано ли это с более легким течением болезни, честно говоря, не знаю. Дело в том, что детей тестируют не совсем по тем правилам, по которым тестируют взрослых. Очень многие страны делают программы тестирования в зависимости от уровня инфекции в школах. И получается, что дети охвачены тестированием гораздо шире. Взрослые, чтобы им сделали анализ, должны реально заболеть. А дети — всего лишь находиться в школе, где довольно много заболевших, в этом случае они сразу попадают под обязательное тестирование. Такая программа была и у нас в штате Юта. Сегодня ее отменили по причине того, что болеет столько детей, что тестов уже не хватает на всех.
Фото: Pavel Golovkin / AP
Есть ли вероятность, что омикрон к весне тоже уйдет, как и другие штаммы?
Дельту и омикрон от всех предыдущих штаммов отличает ускоренный жизненный цикл. Это делает более трудным прогноз, исчезнут эти штаммы напрочь или будут возвращаться периодически.
После волн высокой заболеваемости тем или иным штаммом два-три месяца, а то и больше у населения остается нейтрализующий иммунитет. Но постепенно его уровень спадает, и его уже недостаточно, чтобы предохранить людей.
Но буквально за считаные дни после новой инфекции иммунная система вспоминает, что она умеет бороться с этой угрозой, берется за дело и очень быстро останавливает вирус. Однако достаточно ли быстро, чтобы предотвратить новую волну?
Допустим, для альфы или для гаммы реально люди становились заразными на четвертый или на пятый день после инфицирования. К этому сроку иммунная система уже набирала обороты, вирус во внеклеточном пространстве весь инактивировался. И люди, переболевшие даже давно, все равно становились неспособными эффективно распространять эту заразу.
С дельтой было не так. Дельта уже парой волн прокатывалась по России. Хотя организм помнит, как с ней бороться, имеет иммунные клетки памяти, Т-клетки, В-клетки, но те 3-4-5 дней, которые требуются, чтобы на полную скорость раскрутить иммунную реакцию, недостаточны для предотвращения передачи дельты дальше. Жизненный цикл этого вируса быстрее, уже на третьи сутки после инфицирования зараженный человек способен заразить других.
Возможно, то же самое будет характерно и для омикрона. Предполагается, что у него тоже более быстрый жизненный цикл, но точных данных по этому поводу нет.
Пока эпидемия развивается при доминировании какого-то одного штамма. Есть ли опасность, что появятся разные виды вируса, которые будут параллельно ходить в популяции?
В принципе, новой волне подняться на фоне старой волны довольно сложно потому, что у недавно переболевших какое-то время сохраняется иммунитет. Омикрон в какой-то мере является исключением, так как он слишком несхож в иммунологическом плане с другими штаммами, иммунный ответ на него более узок.
Как правило, люди, которые переболели старыми штаммами или вакцинированы, формируют свой иммунный ответ против омикрона из того разнообразия антител, которые у них сформированы. Но в случае омикрона имеющиеся антитела в основном не подходят для решения новой задачи.
Такого биохимического, иммунологического механизма раньше не было. Поэтому есть некоторая вероятность, что будущие варианты вируса смогут изначально избегать нейтрализации. Так что, возможно, прямо на хвосте омикрона придет что-то еще.
Я сейчас внимательно наблюдаю за очень необычной разновидностью омикрона. Формально она считается омикроном, но на практике очень далека от него. Это штамм, который имеет международную номенклатуру ВА.2. Он сейчас очень распространен в Индии, на Филиппинах, в Дании, Швеции
И буквально в ближайшую неделю мы должны узнать, способен ли он распространяться как дополнительная волна на хвосте волны омикрона.
Фото: Kirill Braga / Reuters
Я правильно понимаю, что это преобразованный омикрон?
Месяц или чуть больше назад у них с обычным омикроном (обозначаемым BA.1) были общие предки. Но затем эти две ветки начали развиваться разными эволюционными путями. Штамм ВА.2 отличается от омикрона 20 мутациями. Можно решить, что это омикрон набрал дополнительные 20 мутаций. Но это не так. На самом деле у него нет десяти из мутаций, которые есть у омикрона, зато есть десять других.
Эта новость больше научная или на практике новый омикрон может оказать существенное влияние на пандемию?
Обычный омикрон (BA.1) начал завоевывать целые страны два месяца назад, и постепенно эпидемиологи и иммунологи разобрались в особенностях вызванного им ковида. Массовое распространение BA.2 началось только в последние дни, ясности с этим штаммом меньше.
Однако иммунологи уже предсказывают, что иммунитет у привитых сможет эффективно предотвращать тяжелое течение болезни у зараженных BA.2. И действительно, в Дании, где BA.2 уже преобладает, нагрузка на больницы стабилизировалась. Однако это совсем не означает безоблачную перспективу. Ведь большинство из нас рассчитывают, что волна омикрона закончится спустя считаные недели, и все снова откроется. А BA.2, возможно, удлинит волну, приведет к повторным заболеваниям и существенно замедлит возврат к норме.
С биологической точки зрения возможно ли создать универсальную вакцину от всех штаммов, которая бы обеспечивала длительный иммунитет?
Думаю, что можно. Но опыт показывает, что просто полагаться на широкий иммунитет против шиповидного S-белка вируса, видимо, невозможно. У меня есть своя неподтвержденная гипотеза. Неспроста иммунитет, вызываемый вакцинами или природной заболеваемостью, уходит довольно быстро, количество антител после непродолжительного времени снижается.
Поэтому иммунный ответ, который вызывается одной специфической разновидностью коронавируса, от природы не должен быть слишком долгим. Ведь наш организм ожидает, что придет другая разновидность вируса, против которого предыдущая версия ответа может быть не только неполезна, но даже вредна. Это, конечно, моя гипотеза, и она пока ничем не подтверждена. Но коронавирусы в истории человечества существуют давно, десятки тысяч лет. Ученые находят разнообразные следы эволюции в иммунной системе человека, которые примерно связаны с переселением людей в Восточную Азию, где коронавирусы были эндемичны. Так что не исключено.
Но если для вакцины выбрать другую мишень, не шиповидный белок, то, возможно, удастся найти универсальный ответ. Или выбрать какую-то более узкоспецифическую мишень. То есть такое место в геноме, которое вирус изменить принципиально не может, и оно у всех штаммов единое.
Такие разработки ведутся?
Пока мы идем по линии использования того, что есть. Это, конечно, эффективно, но не идеально. Вряд ли люди будут считать должным ревакцинироваться каждые несколько месяцев. Поэтому на повестке дня будет создание долгосрочных, более универсальных решений. Они точно разрабатываются, но в ближайший год мы этого не увидим.
Фото: Natacha Pisarenko / AP
Частая ревакцинация — с точки зрения биологии, есть ли вред для человека?
Вряд ли это вредно. При очередном столкновении с антигеном у нас не только увеличивается количество антител, но и улучшается их качество, улучшается их сродство, то есть сила связывания с вирусом, которая называется авидностью. Антитела немножко меняются. В Т-клетках, В-клетках происходят небольшие мутации, которые позволяют новым поколениям этих клеток узнавать не только те антигены, которые уже были им знакомы, но даже и родственные.
Определенная польза от этого есть. Но, конечно, эффективность может сходить на нет. Увеличивая количество доз, мы все меньше и меньше будем получать дополнительного эффекта. Особенно это касается векторных вакцин. По мере повторного их применения организм приучается бороться с вектором, на основе которого они сделаны. И тем самым аденовирусу, который используется как вектор, все труднее и труднее будет донести свой груз в виде коронавирусного гена в человеческие клетки, где он будет работать.
До сих пор все самые опасные штаммы коронавируса развивались параллельно — от одного уханьского предка. Почему не было постепенного перехода — от альфы к бете, а потом к дельте? Может быть, постепенная эволюция одного и того же штамма была бы лучше для человечества?
Главный упор в эволюции вируса был сделан на уход от иммунных реакций. Для этого вирусу нужны десятки мутаций. Создать их методом ступенчатой эволюции, одну за другой очень трудно. Поэтому реально оказывалось, что новые важные штаммы, которые вызывали озабоченность ВОЗ, возникали разом из глубинных корней.
Реально не было больших успехов, которые бы опасные штаммы смогли достичь методом постепенной эволюции. Возьмем ту же дельту, которой заболели сотни миллионов людей. В русле дельты постепенно возникли дополнительные, выгодные вирусу мутации, которые, возможно, позволяли ему распространяться быстрее. Но это было очень слабое, инкрементальное, как говорят у нас, изменение степени жизнеспособности вируса. Может быть, это давало пять-десять процентов дополнительной заразности по сравнению с двукратным перевесом, который дельта имела над альфой в самом начале.
Конечно, вирусы эволюционировали, когда было очень много переходов от одного больного к другому, при этом они чуть-чуть продолжали усовершенствоваться.
В свое время я уже был готов поставить точку на коронавирусе. Готов был сказать, что на основе наблюдений за дельтой, за тем, как она приходит круг за кругом, но меняется очень слабо, ступенчато приобретенные мутации дают ей очень копеечный выигрыш, виден конец эволюции вируса
Но с омикроном природа решила поставить нас на место.
Глядя на омикрон, уже нельзя увидеть конец эволюции вируса?
Думаю, что через пару-тройку месяцев мы увидим, насколько у переболевших омикроном сильна остаточная иммунная реакция, насколько долго она тянется, хватит ли ее, чтобы предотвратить новую волну омикрона. Я не берусь судить в долгосрочном плане, но есть надежда, что эффект иммунного обучения нашего организма при встрече с омикроном останется достаточно долгим. Это поможет предотвратить будущие волны, но стопроцентной гарантии нет.
У омикрона есть кое-какие качества, которые заставляют усомниться в таком ответе. Примерно известно, где омикрон выигрывает. Он может входить в клетки некоторых тканей организма через пузырьки эндосом. Считалось, что вирусам трудно так делать. Там очень опасная для вируса среда, там всякие ферменты, которые раскусывают, разгрызают вирусы. Но каким-то образом омикрон научился подавлять эти антивирусные процессы и выходить целехоньким из эндосом. То, что это происходит, достоверно известно, а вот как омикрон это делает — пока непонятно.
От изучения этого специфического процесса будет зависеть наше понимание, что вирусы смогут делать дальше, насколько легко им получить такие необычные изменения, позволяющие эффективно заражать клетки нашего организма. Ведь из-за стремления избежать антител, вся поверхность SARS-CoV-2 уже испорчена. Вирус может себя изменить, чтобы его не узнали, но ему от этого чаще больше вреда, чем пользы. Могу вспомнить русскую пословицу про то, что выбью себе глаз, чтобы у тещи был зять кривой. Наверное, так вирус борется с иммунной системой — что-нибудь портит себе на поверхности, иммунная система из-за этого его не узнает.
Вряд ли вирус умрет, скорее всего станет слабопатогенным. Такое происходит с коронавирусами обычной простуды.
Не может ли на место омикрона прийти еще более опасный новый штамм?
В октябре я бы сказал: да нет, мы уже столько прождали, и ничего опасного не приходило. Но омикрон, конечно, всех удивил, делать прогнозы побаиваюсь. Хотя считаю, что у вируса не должно быть слишком много эффективных решений задачи, как изменить свою поверхность, чтобы она не распознавалась иммунной системой, но при этом хорошо работала.
Когда и чем закончится пандемия COVID-19, нам еще предстоит узнать. Какова вероятность, что в ближайшем будущем может произойти новая крупная эпидемия? Откуда может прийти угроза? И можно ли это предотвратить?
Уже сейчас многие эксперты уверены: вирус, который стал причиной вспышки новой болезни, навсегда войдет в историю человечества. SARS-Cov-2 сделал то, чего за последние 100 лет не удавалась ни одному другому вирусу или бактерии: запер большую часть населения планеты по домам, парализовал не только социальную, но и экономическую жизнь многих государств. Он стал научной загадкой для мирового академического сообщества. Патогенез смертельно-опасной болезни COVID-19, которую он вызывает, до сих пор не разгадан. Но не менее значимо, что SARS-Cov-2 помог всем осознать: угроза нового заражения сейчас также актуальна для человечества, как и 100, 200 или 300 лет назад.
Новая эпидемия — это возможно?
Такое событие может произойти и совершенно внезапно, причем в самых разных частях мира. Вот сейчас мы все озабочены COVID-19, но до этого была вспышка, например, вируса Эбола в Африке. Тоже, кстати, вирус, связанный с летучими мышами. А до этого была лихорадка Зика, и все были сильно озабочены ей. Причем было совершенно непонятно, почему вдруг этот вирус, в общем-то, давно известный, стал с такой скоростью распространяться в новые ареалы и вызывать такие последствия. А до этого, в 2009 году, был новый пандемический вирус свиного гриппа H1N1. Еще раньше в Азии постоянно появлялись новые варианты птичьего гриппа, которые становились патогенными для человека. Кстати, современный штамм птичьего гриппа не может пока передаваться от человека к человеку. Но вполне вероятно, что такой штамм появится и будет распространиться в человеческой популяции. Поэтому новые вспышки возможны. И чтобы понимать, откуда и с какой вероятностью новые инфекции могут прийти, современная вирусология должна решить очень серьезную задачу — необходимо описать полностью все зоонозы в природных резервуарах, которые обладают вот таким опасным потенциалом.
Зоонозы (зоонозные инфекции) — группа инфекционных и паразитарных заболеваний, возбудители которых паразитируют в организме определенных видов животных, и для которых животные являются естественным резервуаром.
Это очень амбициозная задача. Но это необходимо сделать, поскольку все известные вирусы человека происходят от вирусов животных. А самое главное — этот процесс продолжается и в настоящее время.
Вирусы от животных продолжают передаваться людям — например, появляются новые коронавирусы или новые варианты вируса гриппа. Все это события одного и тоже же порядка.
И чтобы иметь хоть какую-то возможность прогнозировать будущие угрозы заражений, необходимо полностью изучить эти природные очаги. Конечно, это делалось и раньше. Но, к сожалению, раньше было очень сложно изолировать вирус из природного очага и идентифицировать его — даже хотя бы увидеть его в микроскоп.
Приведу простой пример: вот вы берете, например, какую-то пробу от больного. Как вы поймете, есть там вирус или нет? К тому же, вы не знаете, что это за вирус. Очень долго вирусологи занималась тем, что собирали разные материалы, в том числе и от реальных больных, и пытались найти некую модельную систему, которую можно было бы заразить и увидеть — пошел оттуда вирус или нет. В самом простом случае такой модельной системой становились лабораторные животные. Например, мыши. Если вы успешно заразили мышь, и она действительно заболела — то вы можете сказать, что изолировали штамм вируса. А если она не заболела? Значит ли это, что там нет вируса? Или это значит, что просто вирус не может расти вот на этой модели?
Только сейчас мы получили возможность открывать вирусы с действительно большой скоростью — десятки и сотни новых вирусов в год. С появлением новых технологий и возможностей в сфере биоинформатики, в сфере обработки больших данных — задача описать все зоонозные вирусы кажется уже вполне решаемой. Это, конечно, очень дорого, но такие работы уже ведутся.
Какие природные очаги вирусов беспокоят ученых?
Здесь ситуация немного проще, чем кажется. Дело в том, что речь идет не обо всех природных очагах, которые есть на планете, а о тех природных резервуарах, с которыми человек постоянно контактирует. Вот к ним относятся, например, грызуны. В частности, у нас в России очень широко распространены мыши полевки, которые переносят вирусы геморрагической лихорадки с почечным синдромом.
Геморрагическая лихорадка с почечным синдромом (ГЛПС) — острое вирусное природно-очаговое заболевание, характеризующееся системным поражением мелких сосудов, геморрагическим диатезом, гемодинамическими расстройствами. А также своеобразным поражением почек по типу острого интерстициального нефрита с развитием острой почечной недостаточности. Возбудитель ГЛПС относится к семейству буньявирусов (Bunyaviridae) и принадлежит к самостоятельному роду — Hantavirus. Репликация его осуществляется в цитоплазме инфицированных клеток. Хантавирусы политропны, они способны инфицировать моноциты, клетки легких, почек, печени, слюнных желез. Сегодня известно более 30 серологически и генетически отличающихся друг от друга хантавирусов.
Каждый год в России фиксируется десять с лишним тысяч случаев этого заболевания. А вирусы, которые вызывают такую опасную болезнь, переносят мыши-полевки. Они приходит в наши дома из полей на зимовку, спокойно с нами соседствуют до весны, и все это время вирус выделяется с их фекалиями. Так он и попадает к человеку. То есть мы постоянно контактируем с этим природным резервуаром очень опасной инфекции.
С летучими мышами тоже очень интересно. Это вообще очень необычные животные в плане их экологии, иммунологии — у них много интересных особенностей. Это млекопитающие, которые ведут себя как птицы. Они живут большими колониями и могут перелетать на большие расстояния. Эти колонии могут быть, в свою очередь, очень скученными. Причем внутри одной такой колонии может быть много разных видов летучих мышей. Это значит, что они постоянно обмениваются друг с другом своими вирусами. Плюс у них свои особенности иммунитета: провоспалительная реакция на разного рода вирусы, по всей видимости, у них выражена намного слабее, чем у человека. Эта тема еще не очень хорошо изучена, кстати. И, тем не менее, летучие мыши — это еще один большой и потенциально опасный для нас природный резервуар с неизвестными возбудителями инфекций. С которым, кстати, человек тоже часто контактирует. В теплых регионах летучие мыши живут на чердаках в жилых домах или на крышах различных жилых построек. А их вирусы также распространяются с фекалиями.
Еще один резервуар — комары с клещами. Когда вы идете в лес и вас кусает комар или клещ, то, соответственно, все вирусы, которые в них находятся — переносятся вам.
Конечно, мы не сможем отловить всех таких животных и насекомых и изучить. Но мы уже знаем определенные природные резервуары инфекций, с которыми мы постоянно контактируем. Начать изучение можно с тех же самых летучих мышей. Учитывая, что мы уже знаем, что это один из основных источников, откуда в ближайшем будущем мы ожидаем новые угрозы.
Но важно понимать, что существует ряд уже известных инфекций, которые также вызывают у ученых озабоченность. Например, есть множество различных вирусов оспы: мышей, коров, других животных. В Африке постоянно регистрируются случаи инфицирования человека вирусом оспы обезьян. К этому сегодня тоже должно быть приковано серьезное внимание.
Есть список известных инфекций, которые уже наносят человеку очень серьезный урон и подвергают постоянной опасности. Существует группа так называемых арбовирусов. Это вирусы, которые передаются комарами. Они тоже имеют потенциал приобрести новые патогенные свойства. Мы все слышали о лихорадке Денге, желтой лихорадке. Не так давно была вспышка лихорадки Зика в человеческой популяции. А ведь эти насекомые постоянно расширяют ареал своего обитания, чему способствует изменение климата. У нас на юге России, на северном побережье Краснодарского края, а также в Италии, во Франции, в ряде восточноевропейских стран, появляются инвазивные виды тропических комаров, переносчиков инфекций. В случае с арбовирусами крайне важно учитывать климат, потому что для их накопления в достаточном количестве, для успешного инфицирования, необходимо определенное количество теплых дней. Соответственно, если стоит жара, возникают все предпосылки для того, чтобы вирус накапливался в количествах, достаточных для заражения человека.
Почему вирус меняет хозяина?
Вирус, как и любое другое живое существо, постоянно пытается расширить ареал своего обитания. Конечно, ошибочно думать, что вирус что-то решает или не решает, он не обладают мышлением. Вирусы — это автономные геномы, которые способны упаковываться в капсид. Этим определением сразу подчеркивается их отличие от клеточных организмов, чей геном находится внутри клетки. Вирусы же — это отдельная ветвь жизни на Земле, их геном упаковывается не в клетку, а в капсид.
Капсид — внешняя оболочка вируса, состоящая из белков. Капсид выполняет несколько функций: защита генетического материала (ДНК или РНК) вируса от механических, физических и химических повреждений.
Вирусы еще называют облигатными клеточными паразитами, поскольку их геном, упакованный в капсид, может размножаться, только попадая в какую-то чужую клетку. Поэтому переход вируса от одного хозяину к другому — это не какая-то осмысленная миссия. Это просто эволюционный процесс. Вирусы делают это, чтобы расширять свое жизненное пространство, увеличивать свою популяцию и выживать.
Если говорить про сезонные коронавирусы, которые уже давно в нашей популяции и не вызывают серьезных заболеваний, то мы не знаем точно, от каких конкретно вирусов животных они произошли. Когда-то они передались нам от своего хозяина-предшественника и путем длительной эволюции стали совершенно другим видом. Но филогенетически мы понимаем, что они происходят от одного и того же общего предка. Это результат эволюции. И такая ситуация со всеми вирусами человека, все они — это бывшие зоонозы, здесь нет никаких сомнений.
Какую-то часть вирусов мы пронесли в процессе эволюции от приматов, и они с нами таким образом остались. А все остальные болезнетворные вирусы, которые мы знаем сегодня, были приобретены с точки зрения эволюции не так давно.
В случае с некоторыми вирусами мы уже более-менее точно знаем, кто был изначальным хозяином. Например, считается, что вирус оспы пришел к нам от верблюдов. Когда человек одомашнил этих животных и начал с ними плотно контактировать, этот вирус перешел на человека и вот, опять же, начал свою собственную эволюцию, как новый вид — вирус оспы человека.
Подписывайтесь также на Telegram-канал РБК Тренды и будьте в курсе актуальных тенденций и прогнозов о будущем технологий, эко-номики, образования и инноваций.
Коронавирус становится поводом пошутить над незнакомцем, ему посвящают мемы, о нем слагают песни. Вирус проникает не только в организмы живых существ, но и в поп-культуру. Однако пройдет время, и о нем все забудут, как когда-то перестали говорить о вирусе Эбола, атипичной пневмонии и оспе.
Север Туркмении, 1980-е годы. В Средней Азии возникла вспышка ранее неизвестного вируса. Обстановка сложная и напряженная. Вирус передается через зараженную воду. Из-за ее употребления количество заболевших резко растет. В большинстве случаев болезнь протекает относительно благополучно, но ужас в том, что умирают в основном женщины в третьем триместре беременности.
Михаил Фаворов,
эпидемиолог, доктор медицинских наук
Сегодня Михаил Фаворов живет в США, занимает пост президента компании DiaPrep System Inc и продолжает активно работать в области диагностики, контроля и профилактики инфекционных заболеваний.
Вирус — простейшая форма жизни. Принято считать, что если он находится внутри человека или животного, то становится живым существом — размножается и обменивается информацией. Но когда вирус находится вне организма, он считается неживым. О вирусах мы узнали сравнительно недавно, около 100 лет назад. М икробиолог Дмитрий Ивановский опубликовал исследование о существовании некой субстанции, которая проходит через фильтры, задерживающие бактерии, и назвал ее вирусом. В то время как чума человечеству известна многие тысячелетия, у нее другая природа — она вызывается бактериями, которые являются более сложным и крупным организмом. Ее распространение было связано с низким уровнем жизни и плохой гигиеной. Процент летальности достигал 25%, то есть при легочной форме погибал каждый четвертый.
Среди вирусных инфекций самой страшной была оспа, которая затронула все страны мира. Вызывалась она вирусом натуральной оспы. Вакцину удалось изобрести благодаря случайному знакомству с коровьей оспой. Вирус животных, которые выступали переносчиками, вводили в организм человека, но вакцинированные не заболевали человеческой формой болезни: организм защищали антитела введенного вируса. Уникальность натуральной оспы в том, что это антропонозный вирус — им болели только люди. Поэтому, когда произвели вакцину, оспу удалось искоренить. В 1950-х годах в Африке были вакцинированы последние контактировавшие с больными, а с 1978 года вирус был полностью ликвидирован. Оспа исчезает, когда у последнего заболевшего появляются антитела, — он выздоравливает и перестает быть переносчиком.
Рецепты с летучей мышью
Тепло наших тел
По уровню плотности населения Китай и Индия превосходят все остальные регионы планеты, а разнообразие видов животных в Африке настолько велико, что большинство из нас вряд ли догадываются о существовании некоторых из них, например окапи, виверр, руконожек. Как редкие животные, так и плотность населения становятся дополнительными стимулами высокой скорости распространения заражения. Вирусы не поражают отдельно китайцев или представителей других наций, вирусы аполитичны и не имеют вероисповедания. Они умеют приспосабливаться к любым изменениям среды не хуже человека. Все, что им нужно, — тепло наших тел и, возможно, определенные рецепторы.
Вспышка эпидемий — это не просто случайность, а стечение обстоятельств.
Все закрыто: рынки, магазины, метро. Остановки общественного транспорта абсолютно пусты. По тротуарам проплывает только мусор, гонимый ветром, исчезающий в желтоватой дымке. Странно, если учесть, что в городе проживают миллионы человек. Изредка на улице появляются люди в респираторных масках, некоторые сделаны из подручных средств. Однажды увидев такую картину, вряд ли возможно спутать с чем-то эпицентр распространения респираторного заболевания, и защищаться надо незамедлительно.
Чтобы обезопасить себя и свою семью во время респираторной эпидемии, главное — находиться на расстоянии не ближе 2 м от заболевшего, чихающего или кашляющего человека, мыть руки каждые два часа, проветривать помещения, минимально контактировать с людьми.
Респираторная маска вполне может защитить, но проблема в том, что надежна она всего 20 минут.
На уроках биологии нам говорили, что жизнь — это способ существования нуклеиновых кислот. Один из вариантов существования нуклеиновых кислот — это вирусы, которые живут на других организмах. Они совершенно не заботятся о нашем благополучии, они пытаются приспособиться, как и все живые существа на планете. Единственное, за что стоит их благодарить, — эволюционное совершенство иммунной системы человека. Веками, когда появлялось какое-либо заражение, организм человека вырабатывал антитела и формировал клеточный иммунитет. Все знают, что если держать человека в стерильной среде, а потом выпустить на улицу, он вскоре умрет, потому что у него не будет механизма выработки защиты. Но это не цель существования вирусов, скорее побочный эффект.
Прогнозировать возникновение вспышек вирусов еще сложнее, чем рассуждать о высших смыслах. Это всегда уникальная ситуация, которая происходит в результате изменения состояния окружающей среды, при которой человек попадает в новые условия взаимодействия с другими видами животных. А сегодня антропогенное воздействие на окружающую среду достигло абсолютно несопоставимых масштабов по сравнению с предыдущими поколениями, к тому же человек как вид постоянно растет. У ученых есть возможность наблюдать за попытками вирусов совершить кроссвидовой переход благодаря лабораторным методам слежения. Врачи ликвидировали оспу и почти победили вирус полиомиелита — это внушает надежду, что с новым вирусом можно будет хотя бы договориться. Как бы ни сложились эти взаимоотношения, стоит помнить: пока человек будет существовать как вид, всегда найдутся те, кто захочет на нем паразитировать.
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.
Читайте также: