Вирусы несут угрозу благополучию человечества, затрагивая жизнь почти миллиарда людей. В то же время они сыграли важную роль в заметных достижениях биологии прошлого столетия
На микрофотографии показаны частицы вируса гриппа H1N1. Национальный институт аллергии и инфекционных заболеваний (NIAID)
Фото
Wikimedia Commons / National Institutes of Health (NIH)
Нескончаемые перевоплощения гриппа
Инфлюэнца. Если закрыть глаза и произнести это слово вслух, звучит красиво. Такое название подошло бы живописной старинной итальянской деревушке.
И правда, influenza — слово итальянское и означает «влияние».И действительно, оно дрéвнее и восходит к Средним векам. Но на этом симпатичные ассоциации заканчиваются. Болезнь получила свое название из-за убеждения средневековых врачей, будто на здоровье пациентов влияют звезды. Звезды могли наслать изнурительную лихорадку, обширные эпидемии которой вспыхивали каждые несколько десятилетий.
Вирус гриппа: верхняя оболочка и капсид с сегментами РНК внутри
Фото
из книги Карла Циммера «Планета вирусов»
Инфлюэнца, то бишь грипп, не перестает приносить страдания. В 1918 г. особо заразный и опасный штамм гриппа распространился по планете и унес, по разным оценкам, жизни от 50 до 100 млн человек. Даже в обычные годы грипп собирает жестокую дань. По оценкам Всемирной организации здравоохранения, гриппом ежегодно заболевает миллиард человек, из которых от 290 000 до 650 000 умирают.
Современной науке известно, что в гриппе повинны не небеса, а микроскопический вирус. Как и риновирусы, вызывающие простуду, вирусы гриппа умудряются причинять вред, располагая очень малым количеством генетической информации — порядка десяти генов. Они распространяются с капельками, которые разбрызгивают больные, кашляя, чихая и сморкаясь.
Попав в нос или горло, вирус гриппа прикрепляется к клеткам, выстилающим дыхательные пути, и проникает внутрь. Продвигаясь от клетки к клетке, вирусы гриппа оставляют за собой страшные следы. Слизь и клетки эпителия дыхательных путей выкашиваются вирусом, словно газонокосилкой.
У большинства людей эта свистопляска продолжается всего несколько дней. За это нужно сказать спасибо нашей иммунной системе. Точно так же, как она способна научиться вырабатывать антитела против риновирусов, она учится вырабатывать антитела против вирусов гриппа, нацеливаясь на их специфические белки.
Один из самых распространенных способов, которыми антитела защищают нас от гриппа, — это прикрепиться к самым кончикам белковых молекул, выступающим над поверхностью вируса. С помощью этих кончиков вирусы цепляются к клеткам и проникают в них. Антитела мешают вирусам пробраться внутрь — как если бы на конец ключа налепили жвачку, чтобы он больше не мог открывать замок.
Увы, антитело, которое работает для одной разновидности гриппа, может оказаться бессильным против другой. Существует более 130 подтипов гриппа, циркулирующих среди людей, и в каждый гриппозный сезон какие-то из них преобладают в популяции вирусов.
Если у вас уже есть антитела к определенному подтипу, вы им не заболеете или заболеете, но болезнь пройдет в легкой форме. Если же вас атакует другой подтип, вы можете ненадолго заболеть, пока ваш организм не выработает антитела, способные его остановить. А вирус постарается использовать это время для того, чтобы распространиться в легкие и вызвать более тяжелые последствия.
В нормальных условиях верхний слой клеток (эпителий) служит защитой от широкого спектра патогенов. Патогены вязнут в слизи, и клетки захватывают их ресничками, быстро уведомляя иммунную систему о вторжении. Поскольку гриппозная газонокосилка выкашивает этот защитный слой, патогены могут пробраться глубже и вызвать опасные легочные инфекции, порой даже смертельные.
Вакцина от гриппа резко сокращает вероятность подобного трагического исхода. Она состоит из белков, которыми утыкана поверхность вирусов гриппа, и побуждает иммунную систему готовить антитела загодя, прежде чем мы подхватим настоящие вирусы.
Президент Джеральд Форд (Gerald Ford) получает прививку от свиного гриппа, 1976
Фото
Wikimedia Commons / David Hume Kennerly ( Gerald R. Ford Presidential Library)
Минус в том, что для обеспечения наилучшей защиты вакцина должна точно соответствовать подтипу вируса. Из-за того, что подтипы ежегодно устраивают рокировки, приходится всякий раз в начале эпидемического сезона прививаться заново, обновляя защиту.
Чтобы уследить за всей этой чехардой, ученые собирают образцы вирусов у пациентов со всего мира и секвенируют их гены. Они наблюдают за возникновением новых мутаций, из-за которых белки вируса гриппа чуть-чуть меняются. Еще они следят за вирусной версией секса в наших дыхательных путях.
Когда вирус, оседлавший капельку, заражает нового хозяина, иногда он попадает в клетку, уже занятую другим вирусом гриппа. А когда внутри одной клетки размножаются два различных вируса гриппа, все может усложниться.
Гены вируса гриппа хранятся в виде восьми отдельных сегментов. Когда хозяйская клетка начинает производить сегменты одновременно из двух различных вирусов, они порой смешиваются. Получившееся потомство несет генетический материал обоих вирусов. Такое смешение называется рекомбинацией (реассортацией).
Когда у людей рождаются дети, родительские гены смешиваются, создавая новые комбинации из исходных двух наборов ДНК. Рекомбинация позволяет вирусам гриппа смешивать гены в новые самостоятельные комбинации — комбинации, помогающие им обходить нашу иммунную систему и быстрее распространяться от человека к человеку.
Каждые несколько десятилетий обычный калейдоскоп мутаций и рекомбинаций прерывается кое-чем похуже — пандемией. Возникает новый подтип гриппа, который охватывает планету и вызывает волну смертности. Первой в XX в. была пандемия 1918 г., за ней последовали другие — в 1957 г. (от 1 млн до 3 млн смертей), 1968-м (700 000 смертей) и 2009-м (363 000 смертей).
Взаимодействие дикой природы и здоровья человека, а также возможность быстрого распространения таких заболеваний, как птичий грипп, по всему миру ускорили исследования зоонозов — болезней, которые передаются между животными и людьми
Фото
Wikimedia Commons / U.S. Geological Survey (CC0 1.0)
Однако эти новые подтипы гриппа попали к нам не со звезд. Они достались нам от птиц. Более ста различных видов пернатых могут быть инфицированы тем или иным вирусом гриппа. Они являются носителями почти всех известных штаммов человеческого гриппа наряду с огромным разнообразием других вирусов гриппа, не опасных для человека (по крайней мере, пока).
У птиц вирусы гриппа, вместо того чтобы поражать дыхательные пути*, проникают в кишечник, где могут затаиться, не причиняя вреда. С птичьим пометом они выходят наружу и заражают здоровых птиц, заглатывающих вирусы вместе с загрязненной водой.
* Дыхательные пути птиц при заражении вирусами гриппа тоже могут поражаться, плюс есть высокопатогенные разновидности этих вирусов, которые вызывают у птиц серьезную болезнь и летальность до 90%. — Прим. науч. ред.
Но иногда вирус птичьего гриппа оказывается в организме человека. Его можно подхватить на птицеферме или на рынке, где торгуют птицей. Рецепторы, посредством которых вирусы гриппа проникают в клетки птичьего кишечника, по форме напоминают рецепторы в наших дыхательных путях. Иногда вирусам птичьего гриппа удается прикрепиться к ним и проникнуть внутрь.
Птичий грипп, сокращение численности домашней птицы, уничтожение индеек пеной, Израиль
Фото
Wikimedia Commons / Roee Shpernik (CC BY-SA 4.0)
Впрочем, чаще всего такие вторжения заканчиваются неудачей. Гены, необходимые вирусу птичьего гриппа для выживания, отличаются от тех, которые нужны для пребывания в человеческом организме. В частности, человеческое тело холоднее, чем птичье, и эта разница означает, что молекулы для эффективной работы должны быть другой формы.
В результате вирусы птичьего гриппа в нашем организме размножаются медленно, становясь легкой добычей для иммунной системы. Кроме того, они приспособлены к существованию в птичьем кишечнике и распространению через воду, а значит, мало пригодны для передачи воздушно-капельным путем от человека к человеку.
По причине этой нестыковки птичий грипп редко курсирует между людьми. Так, появившийся в 2005 г. штамм птичьего гриппа H5N1 заставил болеть сотни людей в Юго-Восточной Азии. Но хотя для самих зараженных вирус оказался очень опасным, похоже, ему крайне редко удается передаваться от человека к человеку.
Вирион вируса гриппа H5N1
Фото
Wikimedia Commons / Cynthia Goldsmith/ Jackie Katz
Однако время от времени вирусам птичьего гриппа удается приспособиться к нашему организму. Они могут приобрести мутации, позволяющие им оперативно пользоваться нашими клетками для производства новых вирусов. Благодаря реассортации они могут завладеть целыми генами и стать гибридами птичьего гриппа с человеческим.
Новый штамм, возникший из такой комбинации, может обладать способностью легко передаваться от человека к человеку. Но, поскольку прежде он не циркулировал среди людей, ни у кого из нас нет защиты, замедляющей его распространение.
Вирус гриппа Influenza A virus H1N1
Фото
Wikimedia Commons / Yuki999 (CC BY-SA 4.0)
Происхождение каждой из пандемий гриппа остается неясным, но лучше всего изучена последняя, в 2009 г. Ее история восходит еще к великой пандемии 1918 г.
Возникший тогда подтип H1N1 перешел от людей к свиньям и продолжал заражать свиней еще долгое время спустя после окончания человеческой пандемии.
По международным торговым путям свиней завозили в разные страны — так подтип H1N1 проникал в новые стада и заодно мутировал.
В 1990-е гг. свиней из Европы и Северной Америки импортировали в Мексику. В каждой партии животных был собственный штамм H1N1.
В Мексике американский и европейский штаммы гриппа объединились — произошла рекомбинация в организме свиней. Затем этот рекомбинантный вирус H1N1 обменялся генами с другим подтипом, H3N2, вероятно подхваченным от птиц.
Фото
Wikimedia Commons / Lulu Hoeller (CC BY 2.0)
Этот тройной гибрид продолжал циркулировать среди мексиканских свиней еще несколько лет. По оценкам ученых, к человеку он пришел осенью 2008 г. Еще несколько месяцев вирус распространялся среди людей исподволь, пока наконец его не заметили следующей весной.
Появление новой разновидности гриппа, получившей название мексиканского свиного гриппа 2009 H1N1, вызвало панику у работников здравоохранения. Невозможно было заранее вообще предсказать, на что он способен. Вдруг грипп окажется таким же тяжелым, как в 1918 г.?
Если бы грядущая пандемия сулила даже малую толику смертей по сравнению с урожаем предыдущей пандемии, катастрофа была бы неизбежна. Поэтому государственные службы здравоохранения запустили всемирную кампанию по защите людей от инфекции.
На беду, вирус оказался чрезвычайно заразным. Другая беда заключалась в том, что потребовалось несколько месяцев на создание новой вакцины против штамма 2009 H1N1, а защиту она обеспечивала весьма умеренную.
Электронная микрофотография частиц вируса гриппа H1N1 1918 года вблизи клетки
Фото
Wikimedia Commons / NIAID (CC BY 2.0)
В результате вирус 2009 H1N1 сумел распространиться по всем странам и заразить от 10 до 20% всего населения Земли. Впрочем, к удивлению и облегчению ученых, он оказался не слишком опасным. Хотя гибель 363 000 человек нельзя игнорировать, важно понимать, что жертв могло быть намного больше.
Сейчас, в 2021 г., когда я пишу эти строки, мы ожидаем очередной пандемии гриппа. Вирусы гриппа обмениваются генами и эволюционируют в организмах миллиардов птиц — на птицефермах, на морских побережьях, в местах остановок перелетных птиц по всему земному шару.
Однажды с ними прилетит и новый рецепт. Пройдет ли все легко, как в 2009 г., или плачевно, как в 1918 г., наука предсказать не в силах. Но мы не беспомощны в ожидании того, что припасла нам эволюция. Каждый из нас может делать то, что замедляет распространение гриппа, — например, мыть руки.
А ученые постигают способы разрабатывать более эффективные вакцины, прослеживая эволюцию вируса гриппа, чтобы точнее предсказывать, какие штаммы будут наиболее опасны в следующих сезонах. Пусть мы пока не одержали окончательной победы над гриппом, но по крайней мере нам больше не нужно взывать к звездам с мольбой о защите.
Отрывок из книги Карла Циммера «Планета вирусов». М.: Издательство Альпина нон-фикшн, 2023.
Свежие комментарии