ВИЧ-1 представляет благодатное поле для исследователей, которые получили возможность изучать эволюцию вируса в режиме реального времени у его носителей в многочисленной популяции в течение большей части ее истории в клетках человека. В большинстве случаев при изучении вирусов мы вынуждены довольствоваться кончиками тонких веточек их эволюционного дерева. В случае ВИЧ-1 геномные нуклеотидные последовательности доступны у всех вирусов из любого места их генеалогического древа. Ученые могут прослеживать геномные последовательности, начиная с корней, когда ВИЧ-1 впервые дебютировал как вирус человека, а также изучать геномы с тонких веточек, то есть геномы вирусов, циркулирующих в наши дни. Вероятно, самым удивительным аспектом эволюции ВИЧ-1 является то, что эта эволюция осуществляется внутри организма хозяина. В фазе хронического течения заболевания в пробах крови больных в каждом миллилитре содержится до 10 миллионов вирусных РНК-геномов. Массивная виремия создает ежедневно от 10 миллиардов до 1 триллиона новых вирусных частиц. Учитывая, что это происходит изо дня в день в течение десятков лет, мы можем уверенно утверждать, что это очень мощный стимул для генетической вариабельности, которая позволяет ВИЧ распространяться по организму с беспрецедентной скоростью. РНК-геном ВИЧ является продуктом работы РНК-полимеразы, которая в среднем делает одну ошибку на пять геномов. Популяция из триллиона вирусов, образующихся ежедневно, содержит до 200 миллиардов различных вирусных геномных последовательностей; в самом деле, в течение всего лишь одного дня вирус может опробовать каждое нуклеотидное замещение, возможное в данном геноме. Образующиеся в результате квазивиды могут исчерпывающе испытать все доступное пространство последовательностей и обеспечить вирус взрывоподобной способностью к эволюционным изменениям и адаптации, и именно эти качества делают ВИЧ-1 смертельно опасным для человека.
В организме человека ВИЧ-1 находится на крутой кривой эволюционного обучения, так как должен учиться отвечать на наши иммунные реакции и на активность системы противовирусной защиты. Так же как вирусы гриппа в человеческой популяции имеют более высокую скорость эволюции, чем вирусы гриппа, паразитирующие на птицах, так и высокая скорость эволюции ВИЧ-1 характерна для эволюционного конфликта, который всегда возникает при начале новых или недавно возникших отношений вируса и хозяина. По прошествии достаточного времени (при отсутствии всякого медицинского вмешательства) можно рассчитывать на два радикально отличающихся друг от друга исхода современной эпидемии ВИЧ: линии ВИЧ-1 и род человеческий вымрут, или штаммы вируса и генетические линии людей будут сосуществовать на популяционном уровне в результате коадаптации. Цепь передачи ВИЧ-1 в человеческой популяции к настоящему времени установлена прочно; эпидемия, если ее не контролировать, станет самоподдерживающейся – ВИЧ стал эндемичным заболеванием. Гигантское бремя, наложенное ВИЧ на человеческие сообщества, подавляет человеческий потенциал в наиболее пораженных инфекцией странах третьего мира. Невероятно важна задача создания эффективных лекарств и вакцин. Конечно, человеческое общество не может, опустив руки, ждать, когда наконец род человеческий выработает сопротивляемость в отношении вируса. Исход такого самопроизвольного процесса не однозначен, и человечество должно вмешаться, а не позволять Черной Королеве продолжать свой бег на месте. Эволюционный потенциал ВИЧ-1 – вот что представляет самую большую трудность на пути эффективного биомедицинского вмешательства в эту эпидемию.
ВИЧ в процессе сотворения
Каково происхождение ВИЧ? Потребовалось почти двадцать лет для того, чтобы составить полную историю (Sharp, Hahn, 2011). В 1999 году доктор Беатрис Хан и ее коллеги из университета штата Алабама смогли достоверно идентифицировать определенный подвид шимпанзе, который и стал источником инфекции. Перекрестная передача вируса от шимпанзе человеку стала причиной зооноза, который превратился в пандемию. История начала раскрываться еще в 1985 году, хотя значение тех наблюдений в то время не были оценены по достоинству. В региональном центре исследования приматов Новой Англии подопытные азиатские макаки страдали от похожей на СПИД болезни (Daniel et al., 1985), вызванной инфекцией лентивирусом. Это был второй идентифицированный лентивирус приматов. Схожее расположение генов в ретровирусном геноме и гомология нуклеотидных последовательностей этого обезьяньего вируса с последовательностями ВИЧ-1 указывали на отдаленное родство с человеческим вирусом, но тем не менее родство. Вскоре после этого, в 1987 году, «Нью-Йорк Таймс» опубликовала под заголовком «Второй вирус грозит опасностью СПИДа: исследования подтвердили открытие, сделанное в Западной Африке и указывающее на возможность следующей эпидемии» новость о том, что вирус, выделенный за три года до этого в Западной Африке, вызвал похожее на СПИД заболевание у тридцати больных. Этот вирус, названный ВИЧ-2, тоже оказался дальним родственником ВИЧ-1 (Clavel et al., 1986), но более близким по структуре к вирусам, выделенным из организмов больных обезьян, содержавшихся в неволе в центре изучения приматов (Clavel et al., 1986). Охота началась, и очень скоро ученым удалось идентифицировать множество вирусов, которые все вместе были названы вирусами иммунодефицита обезьян (ВИО, SIV). Эти вирусы нашли у разнообразных видов обезьян, обитающих в Западной Африке. Вирус, выделенный из организма дымчатого мангобея, оказался особенно близким к ВИЧ-2 и к вирусу, вызывавшему СПИД у лабораторных обезьян; ареал обитания дымчатого мангабея находился в эпицентре эпидемии ВИЧ-2 (Hirsch et al., 1989).
ВИЧ-2 – это обезьяний вирус, перескочивший через межвидовой барьер и поразивший людей; аналогичным способом ВИО-1 у азиатских макак в Новой Англии возник в результате перекрестной передачи от африканских обезьян, содержавшихся в неволе. Подобно людям, азиатские обезьяны Старого Света заболевают СПИДом, если получают вирус, но африканские обезьяны Старого Света от этого не заболевают. Из этого вывели заключение о том, что ВИО атаковал приматов впервые уже после того, как разошлись линии приматов Африки и Азии. То, что дикие африканские обезьяны, инфицированные преобладающим ВИО-1, не выказывают явных признаков заболевания, говорит о том, что имела место длительная коэволюция вируса и его хозяина. Межвидовое перекрестное инфицирование чужого хозяина, даже близкого филогенетического родственника, такого как азиатские обезьяны, может привести к неожиданно тяжелому заболеванию, что свидетельствует об отсутствии адаптации нового хозяина и вируса друг к другу.
Скоро появились и новые фрагменты цельной мозаики. Было выяснено, что многие содержавшиеся в неволе шимпанзе инфицированы вирусами, весьма схожими с человеческими штаммами ВИЧ-1 (мы будем обозначать эти вирусы сокращением SIVcpz). Среди всех обследованных шимпанзе вирус был обнаружен только у четырех особей, а один из вирусов генетически значительно отличался от других, как и от ВИЧ-1 (Sharp, Hahn, 2010). Теперь Хан и ее коллеги были близки к раскрытию происхождения ВИЧ-1. Они заметили, что различные линии ВИО группируются в сообществе близкородственных подвидов африканских зеленых мартышек. Ученые сочли, что это был результат эволюционной кодивергенции, и решили исследовать вопрос о том, не имела ли место похожая, зависящая от хозяина коэволюция при инфицировании вирусом SIVcpz обезьян шимпанзе подвида Pan troglodytes. Существуют четыре подвида, занимающие различные географические ареалы в области южнее Сахары: Pan troglodytes verus в Западной Африке, Pan troglodytes troglodytes в центральном регионе, Pan troglodytes elliotti в Нигерии и Камеруне и Pan troglodytes schweinfurthii в Восточной Африке. Три из четырех инфицированных вирусом SIVcpz шимпанзе принадлежали виду P.t. troglodytes, четвертая обезьяна – P.t. schweinfurthii. Вирус, выделенный из организма P.t. troglodytes, был наиболее близок к ВИЧ-1; вирус, выделенный из восточноафриканских обезьян, был очень далек от предыдущих по структуре. Ученые предположили, что вирус SIVcpz инфицировал общего предка этих двух подвидов шимпанзе, а затем кодивергировал с каждой из отдельных линий (Gao et al., 1999).
