В Соединенных Штатах каждый год публикуются сообщения о нескольких случаях инфицирования людей вирусами свиного гриппа (обычно сельскохозяйственных рабочих). Работники свиноводческих хозяйств и птицефабрик подвержены высокому риску заражения зоонозными вирусами свиного и птичьего гриппа. В недавно проведенном обследовании сельского населения восточного Китая антитела, направленные против вируса свиного гриппа, были обнаружены более чем у 10 % обследованных, что говорит о сравнительно высокой частоте зоонозной передачи вирусов (Yin, Yin, Rao, Xie, Zhang, Qi et al., 2014). С другой стороны, дальнейшая передача инфекции от человека к человеку и риск возникновения пандемии гриппа возникают исключительно редко. Малая, но тупиковая эпидемия свиного гриппа (вероятно, родственного испанке 1918 года) возникла в Форт-Диксе (штат Нью-Джерси) в 1976 году среди армейских новобранцев. Вирус убил одного человека и инфицировал еще 230, но затем исчез и больше никогда не появлялся (Kilbourne, 2006). Эти примеры, будь то связанные с зоонозными переносами лентивирусов приматов или вирусов свиного гриппа, служат наглядной иллюстрацией массы возможностей для возникновения зоонозов. Однако даже если происходит успешная межвидовая передача вируса, вызывающая заболевание у нового хозяина, то существует целый спектр возможных исходов. Случайность служит весьма важным фактором (она всегда играет определенную роль, особенно в связи с тем, что такая передача является относительно редким событием в сравнении с заражениями естественных хозяев). Тем не менее вариабельность по большей части определяется генетикой: генетикой появившегося вируса-основателя, генетикой организмов новых хозяев и, главное, генетикой индивидуального нулевого хозяина. Некоторые вирусы, инфицирующие новых хозяев, обладают особым вариантным генотипом, который позволяет закрепить инфицирование и адаптироваться к новому хозяину, – эти вирусы, в отличие от других, обладают средствами достижения успеха.
Фотогалерея преступных вирусов
Откуда придет к нам новая пандемия? Самым вероятным кандидатом на роль возбудителя является какой-нибудь вирус. Из шести классов патогенов, вызывающих болезни у человека (бактерии, грибы, простейшие, гельминты, вирусы и прионы), вирусы составляют неоспоримое большинство среди недавно идентифицированных новых патогенов (Jones et al., 2008). В последние несколько десятилетий и в первые годы двадцать первого века число портретов вирусов в этой галерее преступников растет с устрашающей быстротой. ВИЧ-1 и гепатит С всплыли на поверхность в двадцатом веке и вызвали пандемии; хантавирус легочного синдрома появился в США и продолжает вызывать отдельные изолированные вспышки заболевания; лихорадки Эбола, Марбург и Ласса продолжают бушевать в африканских джунглях. Совсем недавно у человека была диагностирована атипичная вирусная пневмония. Эпидемия тяжелого атипичного респираторного синдрома в 2003 году едва не достигла масштабов пандемии, но была остановлена энергичными профилактическими мерами. Сегодня ближневосточный респираторный синдром тлеет на Аравийском полуострове, но вспышку этого вирусного заболевания наблюдали уже в Южной Корее. Трансмиссивные арбовирусы, такие как западно-нильский вирус и вирус чикунгунья, проникли в Северную Америку, а лихорадка долины Рифт вылилась в крупную эпидемию. Недавно открытые парамиксовирусы Нипах и Хендра угрожают жизни людей, убивая половину инфицированных. Этот список продолжает пополняться.
Некоторые из этих вирусов являются новооткрытыми генетическими единицами, другие – знакомыми вирусами, претерпевшими эволюционные изменения и ставшими более трансмиссивными, а иногда и более вирулентными. Некоторые в высшей степени контагиозны и представляют реальную угрозу здоровью мира, в то время как другие (по крайней мере, в своих современных инкарнациях) большой опасности не представляют. Тем не менее тревожная регулярность, с какой все новые и новые болезни угрожают человечеству, служит напоминанием о том, насколько ограниченными являются наши знания о разнообразии вирусов, способных поражать человека. Почти ежедневно СМИ рисуют мрачную картину; например, в марте 2014 года журнал «Science» вышел с заголовком: «Новый китайский вирус-убийца?». Речь в статье шла об одной публикации в Китае (Wu et al., 2014). После смерти двух шахтеров, работавших в заброшенной медной шахте в провинции Юннань, ученые решили найти убившую их инфекцию. Был обнаружен новый парамиксовирус, родственный вирусу Хендра, известному зоонозному вирусу человека. Новый вирус в природе инфицирует летучих мышей и грызунов, обитающих в пещерах. Это ли был источник таинственной болезни? Кажется, куда ни кинь взгляд, всюду найдешь кандидатов на роль вирусных патогенов. Сколько существует невыявленных вирусов, сколько зоонозных заболеваний остаются недиагностированными и незамеченными?
Мы живем в эпоху невиданных ранее глобальных изменений. Население всех континентов растет, занимая территории, бывшие ранее ареалами обитания лишь диких животных. Крупные мегаполисы, вобравшие в себя людей со всего мира, связаны друг с другом авиалиниями. Все мы находимся друг от друга на расстоянии менее чем однодневного пути. Промышленное разведение сельскохозяйственных животных, птиц и рыб усиливает потенциал возникновения и сохранения эпидемических вирусов, создавая возможность для межвидовой передачи этих вирусов от животных нам с вами. Это напоминает ситуацию, когда на заре цивилизации были созданы условия передачи вируса кори от крупного рогатого скота людям, но теперь такие события происходят в куда более впечатляющем масштабе. К настоящему времени только одна вирусная инфекция – натуральная оспа – была успешно искоренена с помощью поголовной вакцинации, и это стало величайшим достижением медицины. Несмотря на наличие эффективных вакцин, многие другие вирусы до сих пор процветают, сохраняясь среди людей, живущих в глухих изолятах, где невозможна поголовная вакцинация (примерами являются вирусы кори и полиомиелита). Для некоторых вирусных инфекций не существует ни вакцин, ни лекарств, и многие такие вирусы беспрепятственно распространяются по всему миру. Переносимые комарами вирусы проложили себе путь в Северную Америку: в 2012 году Центры по контролю заболеваемости сообщили о 2000 случаев чикунгунья в США, пустяковое число в сравнении с 2 миллионами случаев в Южной Америке, но это тем не менее тревожная тенденция. Вирус Денге, а недавно и вирус Зика тоже укрепились в США, а западно-нильский вирус стал эндемичным. Каждый из этих вирусов воспользовался климатическими изменениями и маршрутами миграции насекомых для того, чтобы вторгнуться в нетронутые человеческие популяции, готовые к распространению эпидемий.
Я проявлю недобросовестность, если не упомяну и о других изменениях, которые имеют место в нашем мире, если не скажу о нашей способности быстро распознавать и диагностировать возникающие инфекции. Мы не можем сбросить со счетов тот факт, что многие из таких вирусных инфекций в прошлом протекали просто незамеченными. Тем не менее накапливающиеся данные свидетельствуют, что вирусная угроза на самом деле нарастает, спровоцированная глобальными социальными и климатическими изменениями. Никогда прежде не были возможности вирусов так велики. Но что можно сказать о средствах?
Адаптивная эволюция зооноза
Беглый обзор зоонозных вирусных инфекций сразу показывает, что РНК-содержащие вирусы вызывают подавляющую часть всех зоонозов; эти вирусы обладают невероятной эволюционной подвижностью. Склонная к ошибкам репликация геномов требует, чтобы эти вирусы существовали в форме квазивидов, облаков генотипических вариантов, которые плотно занимают генетическое пространство, ассоциированное с оптимальной приспособленностью. Средства зооноза двоякого рода и отличаются фундаментальностью; вирус должен обладать способностью достичь клетки нового хозяина. Для того чтобы это стало возможным, на клетке-хозяине должен присутствовать работающий рецептор. Вирус должен, помимо этого, обладать способностью к адекватной репликации внутри клетки-хозяина для того, чтобы иметь возможность распространяться на новых хозяев. В некоторых случаях простых генетических изменений оказывается достаточно для того, чтобы посеять инфекцию в популяции новых хозяев, но в других случаях необходимые генетические изменения могут быть сложными и таинственными. Вероятность преодоления этих препятствий, очевидно, выше, когда эволюционный водораздел между естественным и новым хозяином узок. Тем не менее каждый вирус проходит существенную коэволюцию с естественным хозяином, что создает высокий межвидовой барьер, который вирусу предстоит преодолеть. Мощное давление положительного отбора на индивидов, переживающих вирусную инфекцию, приводит к высокоспециализированным адаптивным генетическим изменениям в геноме хозяина, что быстро делает высокоспециализированными и отношения вируса и хозяина. Эта коадаптация хозяина не распространяется на близкородственные виды, которые не имели контакта с вирусом. Сам вирус тоже претерпевает реципрокный отбор генетических вариантов, специфически адаптивных для существования в организме естественного хозяина. Эти изменения могут быть не адаптивными для существования в других хозяевах, даже если они принадлежат к видам, филогенетически родственным виду естественного хозяина. Коэволюция сосуществования вируса и его естественного хозяина укрепляет надежность «союза», и перескок от одного вида в другой становится нетривиальным событием. Человечество должно быть благодарным судьбе за это свойство вирусов.
