Вирусы приспосабливаются к антибиотикам
Обновлено: 26.04.2024
Анти-что?
Антибиотики с момента начала применения во врачебной практике спасли миллионы человеческих жизней. Им удалось снизить летальность от серьезных инфекций в десятки раз. Если попытаться представить мир без антибактериальных препаратов, то воображение рисует страшные картины эпидемий, охвативших планету. На самом деле все куда сложнее, и дело не в чуме, черной оспе, тифе или холере. Без антибиотиков штатные хирургические операции, небольшие царапины с попавшей инфекцией, банальные пневмонии, пиелонефриты, воспаления легких или туберкулез могут привести к смерти. Не говоря уже о невозможности развития такого направления в медицине как трансплантология или онкология, ежегодно сохраняющая тысячи жизней взрослых и детей.
По ее словам, известно более 100 соединений с разной структурой и свойствами, которые относятся к различным классам (например, пенициллины, макролиды, хинолоны) антибиотиков. Даже внутри одного класса они различаются по своему основному свойству — антибактериальной активности, и в большинстве случаев не являются взаимозаменяемыми.
В народе говорят…
Антибиотики видятся панацеей от всех болезней либо же, напротив, игнорируются пациентами, полагающими, что вред от подобного рода препаратов многократно превосходит пользу. И в том, и в другом случае срабатывают стереотипы. Нет хороших или плохих антибиотиков, есть антибиотики, которые применены правильно или неправильно.
Крайне опасной практикой является самолечение, к которому часто склонны прибегать граждане. Имея в домашней аптечке антибиотики, которые когда-то помогли при схожих симптомах, или приобретая их без рецепта, хотя это запрещено на законодательном уровне, они начинают лечение без участия врача.
Еще одним заблуждением, укоренившимся в сознании россиян, остается мнение, что антибиотики оказывают неблагоприятное влияние на иммунитет человека. Однако, по словам Рачиной, такие лекарства отбраковываются на самых ранних этапах разработки новых препаратов и даже не исследуются для применения человеком. По ее словам, некоторые антибиотики помимо собственно антибактериального обладают иммуномодулирующим и противовоспалительным действием (например, макролиды), что находит отдельное применение в клинической практике.
Когда наступает час Х
По словам экспертов, бактерии быстро приспосабливаются к неблагоприятным условиям внешней среды. Это их естественное биологическое свойство, сформировавшееся за миллиарды лет. Выработка устойчивости (резистентности) к антибиотикам — один из ярких примеров такого приспособления, который дает микроорганизмам определенные преимущества для выживания.
Распространение коронавирусной инфекции усугубило и без того непростую ситуацию с чрезмерным применением антибиотиков. Об этом заявляла ранее глава Роспотребнадзора Анна Попова. По ее словам, количество антибиотиков, которое было использовано в период пандемии, оказалось кратно выше, чем их использование в доковидный период.
Впрочем, проблема антибиотикорезистентности давно вышла за пределы отдельных стран. Бактерии и вирусы не признают границ и, как показывает ситуация с коронавирусной инфекцией, добираются в самые удаленные уголки планеты. С 2000-х годов Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) называет рост инфекций, вызванных устойчивыми микробами, одной из самых серьезных угроз для здоровья человека. По данным ВОЗ, от неизлечимых инфекций ежегодно умирает 700 тысяч человек, а прогноз организации предполагает, что к 2050 году это число может превратиться в 10 миллионов.
По оценкам Европейского медицинского агентства, 33 тысяч человек в странах ЕС умирают от инфекций, вызванных устойчивыми микробами. Для сравнения: 33 тысяч человек умирает в ЕС ежегодно от гриппа, туберкулеза и ВИЧ инфекций вместе взятых.
По словам Светланы Рачиной, если проблема распространения таких устойчивых ко многим антибиотикам супербактерий раньше касалась только крупных больниц и пациентов с тяжелыми инфекциями, то в настоящее время врачи все чаще сталкиваются с неэффективностью антибиотиков у пациентов с нетяжелыми заболеваниями, такими, как мочевые инфекции, отит, инфекции кожи, в том числе на амбулаторном этапе.
Лучший вклад в борьбе с антибиотикорезистентностью заключается в том, чтобы воздерживаться от приема антибиотиков без рецепта врача и не советовать подобные препараты окружающим. Ведь антибиотики — это лекарства, которые мы можем потерять, и человечество будет отброшено в начало прошлого века.
В отличие от ОРВИ COVID – болезнь коварная, и заниматься самолечением, в том числе большим количеством антибиотиков, смертельно опасно.
Мэр предупредил, что при неправильном лечении повышается опасность тяжелейших осложнений COVID-19. При заражении коронавирусом нужно в первую очередь обратиться к врачам и получить рецепт на необходимое лекарство, подчеркнул он. Несмотря на доступность медицинской помощи, многие люди слишком легкомысленно относятся к болезни. Считают её чем-то сродни простуде и, почувствовав недомогание, просто начинают парить ноги в горячей воде, пить чай с малиной и горстями – лекарства. При этом они очень часто забывают о близких и соседях. Ведь заболевший COVID заразен за 2 дня до начала симптомов и ещё около 10 дней после. Увы, мало кто думает не только об окружающих, но и о самих себе.
Неприятной нормой во многих аптеках страны сейчас стало появление покупателей с явными признаками нездоровья и стандартной просьбой: дайте мне что-нибудь противовирусное и антибиотики. Согласно неофициальной статистике фармацевтов, таких клиентов сегодня 30%. Покупают впрок – начитавшись информации в интернете. Но это ещё полбеды. Скорее всего, все эти дорогие таблетки, купленные на чёрный день, просто выбросят, когда у них выйдет срок годности.
Антибиотик – не профилактика
А министр здравоохранения Михаил Мурашко отметил ещё одно опасное заблуждение, которое сейчас бытует не только среди пациентов, но также и в самом медицинском сообществе. Это неумеренная склонность к антибиотикам. Назначение антибиотиков для лечения коронавируса опасно и не нужно, необходимость в них возникает только в случае осложнений, заявил министр здравоохранения.
Козлов отметил, что во многих российских аптеках наблюдается повышенный спрос на противомикробные препараты, которые часто покупают впрок. Нередко антибиотики принимают для профилактики, сказал профессор. Он призвал не приобретать подобные препараты без назначения и попросил фармацевтов и провизоров не отпускать их пациентам без рецептов.
Профессор кафедры госпитальной терапии Сеченовского университета, президент Альянса клинических химиотерапевтов и микробиологов РФ Сергей Яковлев заявил, что возросшее из-за COVID-19 использование антибиотиков приведёт к росту резистентных штаммов микроорганизмов.
Уточняется, что резистентными называются штаммы, устойчивые к лекарственному воздействию.
Яковлев выразил опасение, что бесконтрольное применение антибиотиков и антисептиков во время пандемии коронавируса в ближайшее время приведёт к значимому приросту устойчивости. При этом учёный подчеркнул, что точные цифры появятся позже, так как необходимы подсчёт и анализ.
По словам Яковлева, применение антибиотиков достигло катастрофических масштабов. Их назначают в 90% случаев, однако эти препараты нужны лишь 10% пациентов, у которых развиваются бактериальные осложнения.
Лучшая профилактика не таблетки, а маска
«Изменился наш подход к лечению, – говорит врач-терапевт, пульмонолог Сеченовского университета, к. м. н. Владимир Бекетов. – Накоплены данные по терапии коронавирусной инфекции, которые отражены в серьёзном исследовании RECOVERY (The Randomised Evaluation of Covid-19 Therapy). Статистически показана значимость стероидных гормонов в лечении COVID-19. При определённых показаниях мы продолжаем давать антикоагулянты. Стероидные гормоны назначаются только в стационарах, поскольку приём этих препаратов требует контроля врача. Самолечение ими невозможно. Назначение гормонов приводит к изменению клинической картины в виде снижения интоксикации, уменьшения температуры и т. д. Мы видим, что подобная терапия позволяет перенести заболевание с меньшим риском осложнений.
Однако все эти выкладки врачей вовсе не для того, чтобы дать совет каждому из нас – как и чем лечить болезнь. Нельзя, почувствовав приближение болезни, заниматься самолечением и бежать в аптеку, вместо того чтобы вызвать врача. Каждый человек индивидуален, имеет особенности течения коронавируса, а также различные сопутствующие заболевания. Принимая лекарство, которое помогло соседу или коллеге, можно серьёзнейшим образом навредить себе. Врачи напоминают: идя в аптеку, неплохо бы всё-таки знать свой диагноз. А лучшая профилактика коронавируса – это по-прежнему не таблетки, даже самые дорогие и продвинутые, а прививка, маски, перчатки и социальная дистанция.
Комментарий специалиста
Профессор кафедры госпитальной терапии Сеченовского университета Сергей Яковлев:
– COVID-19, как и грипп, – вирусная инфекция. А антибиотики действуют только на бактерии и не действуют на вирусы. Соответственно, принимать антибиотики без назначения врача при гриппе и COVID-19 по крайней мере бессмысленно. А может быть, и потенциально опасно, потому что антибиотики – это не безобидные лекарства, они могут вызывать ряд побочных эффектов. К тому же сам по себе приём антибиотиков способствует формированию в организме у человека устойчивых к лекарствам микробов. Поэтому антибиотики применяют при вирусных инфекциях только тогда, когда вирусная инфекция осложняется бактериальной. Это бывает через неделю, 10 дней после начала заболевания. Важно понимать, что решать, необходимы уже антибиотики или нет, может только врач. Если он прописал, надо принимать. А вот самолечение и употребление этих средств без назначения врача опасны.
Обзор
Антибиотикорезистентные бактерии одолевают один препарат за другим и неконтролируемо распространяются
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.
Вступление
По данным комиссии, собранной британским министерством здравоохранения в 2014–2016 гг., ежегодно около 700 000 человек по всему миру умирает от бактериальных инфекций, которые вызваны невосприимчивыми к действию антибиотиков патогенами. К 2050-му эта цифра может вырасти до 10 миллионов человек в год [2]. А по данным за 2019 год, только в США и европейских странах суммарно от болезней, вызванных резистентными бактериями, умирает около 68 000 человек в год (рис. 2) [3], [4].
Рисунок 2. Количество смертей от болезней, вызванных резистентными к антибиотикам бактериями, в европейских странах по данным за 2015 год
Если у нас закончатся эффективные противомикробные лекарства , то мы также не сможем безопасно проводить хирургические операции или использовать методы лечения, угнетающие иммунную систему, такие как химиотерапия, которая применяется для лечения онкологических заболеваний. Пострадают в первую очередь развивающиеся страны за счет плохой доступности медицины, проблем с гигиеной и слаборазвитой инфраструктуры [2].
О механизмах резистентности и ее передаче можно подробнее почитать в материалах [5] и [6].
Распространение резистентности: связь с уровнем потребления антибиотиков и влияние окружения
Иногда случается так, что потребление антибиотиков сокращается, а уровень устойчивости наоборот, только растет. Например, так произошло в Исландии 20 лет назад. В 2002 году было опубликовано исследование [8], согласно которому, несмотря на сокращение потребления противомикробных препаратов с 1,5 до 1,1 курса в год на одного ребенка (возрастом от одного года до шести лет), за пять лет распространенность устойчивых к пенициллину пневмококков выросла в двух наиболее удаленных от столицы регионах в четыре и в десять раз. Причем в десять раз она выросла там, где сокращение потребления антибиотиков было самым значительным по стране. Хотя в среднем за этот период уровень резистентности в Исландии действительно сократился: на 5%. Авторы исследования предположили, что из-за слабого коллективного иммунитета жители сельских регионов (рис. 3, 4) оказываются более уязвимыми к новым патогенам, которые сначала распространяются в крупных городах и только спустя время доходят до деревень. Можно было бы предположить, что свою роль сыграли и маленькие дозы лекарства или некорректная длительность терапии, однако, по данным исследования, все дети получали адекватное лечение.
Рисунок 3. Поселение Болунгарвик (исл. Bolungarvík), где зарегистрировали самый значительный рост резистентности при наиболее сильном снижении объема потребления антибиотиков.
Рисунок 4. Маяк Оусхоулавити (исл. Óshólaviti) в Болунгарвике. Фотограф: Герберт Ортнер, Вена (Herbert Ortner, Vienna).
Тем не менее исландский кейс остается скорее частным примером того, как на резистентность могут влиять и другие факторы, помимо объема потребления противомикробных препаратов. В целом же, прием антибиотиков остается одной из главных причин распространения устойчивости в мире [2–4].
К сожалению, даже если человек никогда не злоупотреблял антибиотиками, он может получить резистентную микрофлору от кого-то из своего непосредственного окружения, например, от родственников.
Исследование [9] на основе данных, полученных в 1998 году в двух деревнях штата Юта (рис. 5), показало, что вероятность получить как устойчивые, так и чувствительные штаммы растет с увеличением количества детей в семье. А прием антибиотиков ребенком увеличивает количество именно устойчивых бактерий у братьев и сестер.
В 2019 году израильские ученые показали, что прием матерями фторхинолонов (противомикробных лекарств широкого действия) повышал риск заражения резистентными штаммами не принимавших эти лекарства детей на 50% [10].
Бактерии распространяются не только в семьях, но и в других небольших сообществах, где люди тесно взаимодействуют, например в больницах. Так, в 2001 году другой исследовательский коллектив из Израиля подтвердил, что прием цефалоспоринов и амикацина (полусинтетического антибиотика группы аминогликозидов) в шести отделениях больницы был связан с повышенным риском заражения устойчивыми патогенами в течение последующих месяцев, в том числе и у пациентов, не принимавших эти антибиотики в течение предыдущего года. Причем у принимавших этот риск был выше 1,5–3 раза [11].
Распространение резистентности в больших сообществах
Исследователи рассматривали данные о потреблении антибиотиков и распространенности устойчивости к ним в американских штатах и европейских странах. Они предположили, что чем два штата или две страны теснее взаимодействуют, тем меньше между ними разница в уровне резистентности к антибиотикам, и непосредственное влияние объема потребления антибиотиков на устойчивость будет ниже, чем в идеальной ситуации, когда регион полностью изолирован от других.
Чтобы проверить гипотезу, ученые сначала использовали математические модели, с помощью которых они делали численные предсказания того, насколько спилловер-эффект увеличится от усиления интенсивности взаимодействия сообществ. А затем они обратились к эмпирическим данным и соотнесли разницу в уровне резистентности внутри регионов с интенсивностью их взаимодействия друг с другом. Степень интенсивности определяли по данным о перелетах американскими и европейскими авиалиниями — ученые предположили, что чем меньше рейсов между регионами, тем слабее эти регионы взаимодействуют (рис. 6).
Рисунок 6. Карта авиаперелетов
Источники информации о потреблении антибиотиков и распространении устойчивости внутри регионов ученые распределили по трем группам: первые две включали в себя американские базы данных, а третья — данные по европейским странам.
Но в итоге было сформировано шесть датасетов вместо девяти: два убрали, потому что пришлось исключить данные по устойчивости пневмококков к β-лактамам в США — в предыдущих исследованиях на этих датасетах связь между объемом потребления антибиотиков и уровнем резистентности получила отрицательную точечную оценку. Кроме того, информация по потреблению фторхинолонов для США была только во втором наборе данных, так что для этой комбинации патогена и антибиотика собрали два датасета вместо трех, как у остальных (один европейский и один американский).
После попарного сравнения регионов, связь между интенсивностью взаимодействия и снижением зависимости уровня резистентности от объема потребления антибиотиков оказалась статистически значимой в четырех из шести датасетов. Иными словами, чем активнее люди перемещались между сообществами, тем меньшее влияние на распространенность устойчивости оказывал уровень потребления антибиотиков внутри каждого из них — значительную роль начинали играть соседи.
Ученые также сгруппировали все сообщества по парам и ранжировали список по степени интенсивности взаимодействия. Затем они сравнили первые 10% пар из начала с 10% пар с конца и выяснили, что для пар в начале рейтинга связь между объемом потребления антибиотиков и резистентностью в среднем на 50% слабее, чем для пар, которые взаимодействовали меньше всего.
О чем говорят эти данные? В первую очередь о том, что спилловер-эффект оказывает значимое влияние на распространение устойчивости бактерий к антибиотикам на уровне США и европейских стран. Из этого наблюдения следуют несколько важных выводов. Во-первых, бессмысленно проводить какую бы то ни было политику по сокращению потребления антибиотиков с целью снизить уровень резистентности, не учитывая ситуацию в соседних регионах. Во-вторых, куда эффективнее любые меры принимать не на уровне отдельной страны или штата, а на уровне более крупных регионов: США или Евросоюза целиком. В-третьих, массовые испытания антибиотиков могут привести к росту устойчивости внутри всей контрольной популяции (если она не полностью изолирована от испытуемых) за счет все того же спилловер-эффекта.
Рисунок 7. Разница в уровне доходов у американского населения по штатам. Экономическое неравенство сказывается и на сфере здравоохранения: у людей с высоким и низким доходом разные условия проживания, неравный доступ к медицине и др. Это может быть релевантно при анализе эпидемиологической обстановки региона.
К тому же, чтобы упростить себе задачу, в рамках исследования ученые исходили из того, что связь между объемом потребления антибиотиков и уровнем резистентности неоспорима, а изменения в распространенности устойчивости следуют за изменениями в объеме потребления антибиотиков в течение какого-то относительно небольшого и обозримого отрезка времени, хотя оба эти положения являются предметом активного изучения. Попарное сравнение сообществ также существенно упрощает задачу построения математической модели и обработки данных. Однако надо понимать, что на деле регионы взаимодействуют между собой одновременно, и это взаимодействие может иметь сезонный характер, или его интенсивность может меняться в зависимости от каких-то социальных, политических или экологических процессов. Так что теоретические выкладки, полученные исследователями, довольно грубы и позволяют составить только беглое представление о проблеме.
Борьба с резистентностью: поиск новых решений
Рисунок 8. Инфографика по карбапенем-резистентным энтеробактериям из доклада Департамента здравоохранения и социальных служб США. Согласно ей, в 2017 году насчитывалось 13 100 случаев госпитализации пациентов с инфекциями, вызванными карбапенем-резистентными энтеробактериями, в том числе и 1100 случаев летального исхода, а соответствующие затраты на здравоохранение в Америке составили 130 миллионов долларов США. Карбапанем-резистентные энтеробактерии представляют серьезную проблему для пациентов медицинских учреждений: некоторые штаммы развили устойчивости почти ко всем распространенным антибиотикам, что вынуждает врачей прибегать к более токсичным или менее эффективным препаратам.
Рисунок 9. Как последовательности ДНК, ответственные за резистентность, попадают в клетку бактерии и хранятся в ней? Последовательности ДНК, кодирующие ферменты, которые обеспечивают резистентность, могут находиться в плазмидах — кольцевых ДНК внутри клеток бактерий, — передаваться в составе плазмид потомкам и родственникам при коньюгации. Еще такие последовательности ДНК могут передаваться из ДНК одной бактерии в ДНК другой путем трансдукции — переноса внутри вируса.
Рисунок 10. Разрушение β-лактамного кольца β-лактамазой путем гидролиза связи между атомами углерода (серыми) и азота (голубыми)
Кэйтлин Зулауфа и Джеймс Кирби из Гарвардской медицинской школы нашли подходящие для вмешательства в работу плазмиды препараты среди тех, которые уже используются, но в иных целях, и попробовали объяснить их эффективность в борьбе с резистентными штаммами [22]. Это исследование кажется нам важным, поэтому ниже мы расскажем об экспериментах, проведенных коллегами-учеными, и данных, говорящих в пользу их открытия.
В результате скрининга более 12 000 биоактивных соединений исследователи выделили три, после воздействия которых копии pCRE не распространялись в культуре бактерий при делениях, что делало последующие поколения восприимчивыми к карбапенемам.
Наш первый кандидат — касугамицин — аминогликозидный антибиотик, который, судя по данным исследователей, мешает процессу синтеза белка RepE, играющего ключевую роль в размножении pCRE путем репликации (удвоения) [23]. То есть без RepE плазмида, скорее всего, не передастся новым поколениям бактерий. После воздействия касугамицина в течение 24 часов репликация pCRE случалась реже более чем в 10 раз (рис. 11), по сравнению с необработанными бактериями (более 90% потомков бактерий, резистентных еще сутки назад, утратили защиту). Однако даже во время применения максимальной в этом исследовании дозы касугамицина плазмиды все же размножались (их становилось больше на два порядка). Зафиксируем, что касугамицин не блокирует репликацию полностью, а лишь сильно замедляет ее.
Рисунок 11. Зависимость активности размножения плазмид в растущей бактериальной культуре от воздействия препаратов. По вертикальной шкале — количество плазмид бактерий после инкубирования при разных концентрациях препаратов, выраженное в процентах от количества плазмид в посевах в обычных условиях. Первые два столбца — контрольный эксперимент (без воздействия препаратов): серый столбец — количество в начале контрольного эксперимента; черный — в бактериях после обычных условий культивирования. Зеленые столбики — после культивирования при разных концентрациях касугамицина; красные столбики — после культивирования при разных концентрациях CGS 15943; фиолетовые столбики — после культивирования при разных концентрациях Ro 90-7501.
Таким образом, использование каких-то из этих препаратов может привести нас к победе над опасными карбапенем-резистентными энтеробактериями. Ученым предстоит долгая и кропотливая работа по поиску или синтезу веществ, которые окажутся действенными в устранении описанного нами механизма резистентности.
Расшифровки
WHN model модель распространения резистентности, учитывающая сосуществование в человеке резистентных и чувствительных к антибиотику бактерий и их конкуренцию; предложена в 2019 году [29]. D-types model модель распространения резистентности, учитывающая влияние длительности носительства людьми резистентных бактерий; предложена в 2017 году [30]. CGS 15943 аналог нуклеозидов, из которых построены ДНК и другие нуклеиновые кислоты (триазолохиназолин, точнее, 9-хлор-2-(2-фуранил)-[1,2,4]триазоло[1,5-c]хиназолин-5-амин), сильный антагонист аденозиновых рецепторов A1 и A2A с высокой селективностью [31], [32]. Ro 90-7501 ингибитор образования фибрилл амилоида ß42 (бибензимидазол, точнее, 2′-(4-аминофенил)-[2,5′-би-1H-бензимидазол]-5-амин) [28].
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: