• вируса гриппа A/California/7/2009 (H1N1) пандемии 2009 года;
• вируса гриппа A/Texas/50/2012 (H3N2);
• вируса гриппа B/Massachusets/2/2012.
Номенклатура, информативная для специалистов по гриппу, является, мягко сказать, туманной, и мы не станем уделять ей большого внимания, чтобы не отвлекаться от сути. Случайное наблюдение, однако, показывает, что существует два изолированных штамма вируса гриппа A: один представляет штаммы “H11”, которые были выявлены во время пандемии 2009 года, второй – недавний образец (2012 года) штаммов “H3N2”, – а также третий, который является совокупностью штаммов B. По своему антигенному составу эти вирусы представляют собой те штаммы вируса гриппа, которые доминируют в современных сезонных эпидемиях, и ученые ожидают, что они станут доминирующими штаммами, которые начнут циркулировать среди населения США в ранние зимние месяцы. Эта догадка основана на сложных расчетах, но это всего лишь догадка, которая может оказаться ошибочной. В следующем сезоне 2014–2015 года было обнаружено, что вакцина не соответствует антигенам доминирующих вирусов. По большей части инфекцию вызывали вирусы гриппа A(H3N2), но по генетическому составу и по антигенам они сильно отличались от штамма A/Texas/50/2012(H3N2), который использовали для создания вакцины. Следствием этой ошибки стала необычная тяжесть сезонной эпидемии того года.
Для того чтобы понять, что именно делает вирус гриппа таким талантливым новатором, важно отчетливо представлять, как он устроен и каковы его особенности как инфекционного агента, поражающего человека. Существуют три вида вирусов гриппа (A, B и C), но мы сосредоточим наше внимание только на вирусах гриппа A. Пока именно они являются наиболее важной группой вирусов, так как определяют ежегодную заболеваемость гриппом, а кроме того, они демонстрируют весь набор трюков, которые делают вирус гриппа столь успешным патогеном.
Подобно человеческим риновирусам, вирус гриппа кодирует свою генетическую информацию в РНК; однако в отличие от риновируса его геном состоит из негативной цепи РНК. После инфицирования гены вируса должны транскрибироваться на комплементарную цепь позитивной РНК, которая уже распознается рибосомами клетки-хозяина, осуществляющими трансляцию вирусных белков. Больше того, геном вируса состоит из восьми различных сегментов РНК, упакованных в рибонуклеопротеиновые комплексы, которые все вместе содержатся в общей вирусной оболочке. Эта оболочка, представляющая собой липидную мембрану, пронизана тремя вирусными белками, которые выступают на поверхности вирусной частицы. Эти белки представляют собой вирусные оболочечные гликопротеины, гемагглютинин (ГА) и нейраминидазу (НА), а также матриксный белок (М2). Белки ГА и НА являются белками, определяющими антигены вируса, и именно они служат мишенью иммунной системы хозяина. ГА – это белок, отвечающий за связывание с рецепторами эпителиальных клеток верхних дыхательных путей и опосредующий проникновение вируса в клетку (в главе 11 подробно обсуждаются белки ГА с различными рецепторными предпочтениями, которые влияют на эпидемиологические особенности вирусов гриппа). Вирус гриппа располагает своим оригинальным механизмом овладения клеточными системами синтеза белка с целью репликации генома и сборки вирусных частиц, которые затем отпочковываются от клетки сквозь двойной липидный слой, из которого состоит стенка клетки. За этот процесс отвечает нейраминидаза – она обеспечивает отделение вирусных частиц от клеточной поверхности. На мембране клеток-хозяев находятся рецепторы, опосредующие вход вируса в клетку. Связывание вируса с рецепторами клетки является необходимым условием инфицирования, но при высвобождении вирусных частиц это становится помехой. Дочерние вирусные частицы прочно связываются с поверхностью клетки, и их надо освободить от этой связи. Здесь в игру вступает НА, которая отщепляет вирус от клетки и дает ему возможность связаться с новыми клетками или поменять хозяина. Примечательно, что вирусные частицы отпочковываются только от свободной поверхности эпителиальных клеток и высвобождаются в просвет дыхательных путей. Следовательно, вирусы, образованные в инфицированных клетках, выходят непосредственно в свой носитель, в секрет слизистой оболочки дыхательного тракта. В типичных случаях заболевание у человека ограничено дыхательными путями.
Начало заболевания гриппом в целом напоминает заболевание простудой, но отличается быстротой развития симптомов и их значительной тяжестью. Так же как при простуде, признаком начала болезни является заложенность носа и боль в горле. Дело в том, что инфекция, как правило, проникает в организм через нос, откуда попадает в носовые пазухи или глотку. Очень скоро вирус начинает реплицироваться в трахее, а в более тяжелых случаях в бронхиолах легких, где он может стать причиной гриппозной пневмонии. Лихорадка, кашель, общее недомогание и ломота в теле, сопровождающие грипп, являются симптомами сопротивления иммунной системы, вступившей в борьбу с вирусом гриппа, так как иммунная система атакует клетки, зараженные вирусом. Поражение вирусом клеток верхних и нижних дыхательных путей приводит к образованию нагруженного вирусными частицами экссудата, который отхаркивается из дыхательных путей при кашле и чихании, и это определяет основной путь передачи вируса от больного человека здоровому. Вирус распространяется по воздуху внутри капель экссудата, а в других случаях заражение происходит при контакте с поверхностями, зараженными вирусом. Беспощадность передачи вирусов между людьми проявляется тем фактом, что во время типичной сезонной эпидемии вирус может инфицировать каждого десятого жителя планеты (Nelson, Holmes, 2007). Инфекция протекает остро и разрешается самопроизвольно, но могут возникать осложнения, чаще у восприимчивых пациентов, например у пожилых больных или у людей с сопутствующими заболеваниями. Самыми частыми осложнениями являются пневмония, бронхит или гайморит. Очень легко недооценить тяжесть гриппа у человека. Каждый год от гриппа в мире умирают от четверти до половины миллиона человек, несмотря на применение вакцины (ВОЗ, 2014).
Мастер по смене антигенов
В основе успешности вируса гриппа A как эпидемического патогена лежит его способность создания генетических вариантов, что позволяет избежать удара иммунной системы в популяции хозяев: вирусы гриппа – подлинные мастера по смене своих антигенов. Иногда это удается сделать так удачно, что разражаются всемирные эпидемии – пандемии. В прошлом столетии мы пережили четыре такие пандемии, самая последняя была в 2009 году (Salomon, Webster, 2009; Kilbourne, 2006). Вирус гриппа, циркулирующий в популяции во время сезонных эпидемий, как правило, имеет небольшие антигенные отличия от штаммов, вызвавших эпидемию предыдущего года. Напротив, пандемические штаммы очень сильно отличаются своим антигенным составом от прочих штаммов, и у людей отсутствует иммунологическая память на эти новые антигены. Возможность такой генетической вариабельности обеспечивается мутациями и генетическими обменами. Быстрота циклов репликации вируса в организме хозяина и устойчивая цепь передачи вирусов между многочисленными хозяевами являются условием возникновения множества мутаций. Подобно другим РНК-содержащим вирусам, вирусная РНК-полимераза делает приблизительно одну ошибку на 1000–10 000 включенных в цепь рибонуклеотидов (Nelson, Holmes, 2007). Следовательно, мы должны полагать, что вирус гриппа также существует в образе квазивида. Сложность состава квазивида преходяще ограничивается «бутылочным горлышком» при передаче вируса от одного хозяина другому, она быстро восстанавливается после инфицирования нового хозяина. Это важный и устойчивый источник генетической вариабельности, которая может быть объектом как очищающего, так и положительного отбора, в зависимости от природы и активности селективного давления иммунитета. Вторым источником вариабельности вируса гриппа A является обмен генетическим материалом между вирусами, инфицирующими одну и ту же клетку. Сегментированная природа РНК-генома вируса гриппа допускает замену сегментов в геноме, что приводит к возникновению новых химерических вирусов с радикально измененными патогенными и антигенными свойствами. Набор сегментов в геноме вируса гриппа A можно сравнить с колодой на руках сдающего в покере. Карты можно брать, и набор их у игрока может измениться как в лучшую, так и в худшую сторону. Так же как в покере, естественный отбор заботится о том, чтобы неудачные расклады исчезали, а оставались только жизнеспособные, которыми и продолжают игру. Этот феномен генетической перетасовки является формой горизонтального переноса генов и напоминает приобретение бактериями новых признаков в результате конверсии фагов. В данном случае вновь созданный вирус обладает одним или более вирусными генами, обеспечивающими преимущество. Такие перемещения, которые приводят к получению новых сегментов для ГА или НА из вирусов других подтипов, являются главным источником возникновения новых, потенциально пандемических штаммов, снабженных антигенными новшествами. Это, пожалуй, самое мощное и непредсказуемое оружие в арсенале вируса гриппа. До изобретения секвенирования нуклеотидных последовательностей разнообразие вирусов гриппа описывали исключительно на основании серологических критериев, и обнаруживаемое разнообразие ограничивалось антигенными различиями вирусных штаммов с разными подтипами ГА и НА на их поверхности. Так как реакция антител на вирус гриппа определяется гликопротеинами ГА и НА на поверхности вирусного капсида, описание вирусов гриппа опиралось на их антигенные свойства. То же самое остается и сегодня, поскольку это самый обильный источник антигенного разнообразия, которое определяет патогенный потенциал вирусов гриппа. Тем не менее сегодня мы можем дополнить анализ отдельных групп вирусов знанием нуклеотидных последовательностей в генах ГА и НА, а также последовательностей в шести других генных сегментах вирусного генома.
