Позвольте мне заложить основу дискуссии о будущем наших взаимоотношений с вирусами, расширив для этого проведенный нами анализ вируса гриппа. Угроза пандемии гриппа существует всегда. Наши знания о поведении вирусов подобны знаниям о землетрясениях: мы точно знаем, что они произойдут, но не можем предсказать, когда это будет и насколько разрушительными будут последствия; об этом мы можем только гадать. В течение двадцатого века пандемии гриппа случались с интервалами от двадцати до сорока лет. К категории известного об известном относятся знания о неизбежных землетрясениях и пандемиях гриппа в будущем. Форма, какую примет эта пандемия, тяжесть заболевания, которое она причинит, а также угроза, которую она будет представлять для состояния здоровья мира, – все это целиком и полностью относится к категории известного о неизвестном. Вирусы, вызывающие сезонные эпидемии, и вирусы прошлых пандемий приобретали свою антигенную идентичность из небольшого набора генетического разнообразия генов, кодирующих гемагглютинин и нейраминидазу. Только эти гены доступны для модификаций в вирусах гриппа. Существуют три подтипа ГА (H1, 2, 3) и два подтипа НА (N1, 2). Комбинации этих оболочечных белков, используемые вирусом, порождают великое разнообразие антигенных свойств. Каждый из подтипов ГА и НА сам по себе обладает значительным разнообразием, будучи производным индивидуальной и неповторимой эволюционной истории. Циркулирующие вирусы человеческого гриппа используют гены ГА и НА, приобретенные в результате перетасовки между вирусами, которые циркулировали в прошлом между людьми, дикими и домашними птицами, и часто свиньями, а следовательно, подвергались разнообразному давлению отбора. Больше того, эта горстка подтипов ГА и НА представляет собой лишь ничтожную долю генетического разнообразия подтипов ГА и НА, циркулирующих в птичьих популяциях. Очень важно не упустить из виду тот факт, что каждое конкретное сочетание восьми сегментов вирусных генов, составляющих «генную команду» вируса, определяет свойства вируса и его пандемический потенциал. Будет разумно принять, что этот потенциал метагенома вируса гриппа продолжает эволюционировать; вирусы пока не до конца исчерпали возможности изменений генома, ни за счет перетасовки генных сегментов, ни за счет эволюции в результате мутаций и естественного отбора.
Реально существующая опасность
В обзоре, опубликованном в журнале «Science», Ричард Уэбби и Роберт Уэбстер размышляли о событиях начала 2003 года. Вспышка тяжелого респираторного заболевания в Гонконге была вызвана инфицированием людей вирусом птичьего гриппа типа А с подтипами H5N1. Эта ситуация побудила ВОЗ немедленно объявить о готовности к пандемии. Вскоре после этого по материковому Китаю быстро распространилось напоминавшее грипп респираторное заболевание, появились опасения, что болезнь была вызвана тем же вирусом H5N1. Однако это было не так. Эта инфекция ознаменовала возникновение эпидемии тяжелого острого респираторного синдрома, вызванного вирусом, не имевшим никакого отношения к вирусу гриппа, а значит, неизвестным вирусом. Это уже была ситуация неизвестного о неизвестном. Это должно напомнить нам о том, что наиболее вероятной страшной угрозой для здоровья мира является высокопатогенный и быстро распространяющийся вирус. Более того, несмотря на то что время от времени нас непременно будут посещать новые зоонозные вирусы (например, такие как в случае тяжелого острого респираторного синдрома), главная забота всемирного здравоохранения – возможное возникновение новой пандемии гриппа. За последние два десятилетия мы выявили высокопатогенные вирусы птичьего гриппа, которые с большой вероятностью могут стать виновниками будущей пандемии. Возникший в 1997 году в китайской провинции Гуандун вирус птичьего гриппа H5N1 вызывал тяжелейшую вирусную пневмонию, от которой умерли 30 % заболевших (Xu et al., 1999). Вирус H5N1 снова появлялся в 2003 и 2004 годах, вызывая вспышки заболеваний у домашних птиц во всей Восточной Азии и поражая людей в нескольких странах. В тот момент стало ясно, что вирус распространяли мигрирующие дикие птицы и что он является эндемичным для домашних птиц этого региона (Li et al., 2004). Таким образом, вирус захватил важный плацдарм, с которого он может, приобретя соответствующие генетические изменения, потенциально угрожать человечеству пандемией. H5N1 в полной мере воспользовался своим талантом в деле формирования генной команды: этот вирус циркулирует в популяциях птиц совместно с вирусами гриппа различного генетического состава и приобрел множество внутренних генных сегментов вируса H7N9, циркулирующего в популяциях перепелов (Guan et al., 1999). Еще более тревожен тот факт, что человеческий вирус H3N2 стал эндемичным для свиней по всему Китаю; реально поднимает голову призрак смешения H5N1 с этими вирусами, если он поразит свиную популяцию. На самом деле поводов для беспокойства еще больше. Другие новые генетические комбинации вирусов гриппа – самые частые H7N9, H9N2 и H10N8 – инфицируют домашнюю птицу и свиней (а спорадически и людей) по всей Азии и в некоторых других регионах мира.
Главный путь передачи птичьего гриппа человеку – заражение от инфицированных домашних птиц. Введение определенных мер контроля и такие меры, как ежемесячные «дни чистоты» на китайских рынках живой продукции, в какой-то мере помогли снизить опасность пандемической вспышки птичьего гриппа. Тем не менее главное препятствие на пути распространения гриппа находится в области генетики.
Вирус птичьего гриппа H5N1, поразивший людей в 1997 году, не был результатом рекомбинаций между человеческим и птичьим вирусом. Это был вирус чисто птичьего происхождения, оказавшийся чрезвычайно вирулентным для человека. Значительная часть заболевших страдала от классических симптомов тяжелого гриппа, но у некоторых пациентов поражение было более системным и выходило за пределы дыхательной системы, которой обычно ограничивается место проникновения вируса гриппа (Horimoto, Kawaoka, 2001). Уже давно установлено, что вирусы птичьего гриппа проявляют неодинаковую патогенность у птиц. В самом деле, у индеек – вида, который поражается чаще других, – вирулентные вирусы вызывают птичью чуму, молниеносно развивающееся заболевание, поражающее все органы и системы. Невирулентные штаммы птичьего гриппа, однако, приводят к легко протекающей или бессимптомной инфекции, ограниченной поражением пищеварительного и дыхательного тракта. В значительном числе исследований было показано, что высокопатогенные вирусы птичьего гриппа несут различные варианты генов ГА. Эта вариабельность основана, однако, не на различиях в антигенности белков, которые могут говорить об этих вирусах как о потенциальной причине пандемии. Это функциональная разница, определяющая разный тропизм вирусов и роль ГА в способности вируса проникать в клетку хозяина.
Белки ГА синтезируются вначале в виде единственного полипептида, HA0, который в ходе посттрансляционной модификации претерпевает протеолитическое расщепление на две субъединицы, HA1 и HA2, которые, в свою очередь, подвергаются конформационным изменениям, но остаются связанными между собой. В результате расщепления освобождается концевая аминогруппа HA2, за которой следует гидрофобная цепь аминокислот, которую называют пептидом слияния. Свободный пептид слияния проникает в эндосомную мембрану, в полости которой вирус транспортируется в клетку, обеспечивая слияние вирусной оболочки с мембраной и проникновение всего вирусного нуклеокапсида в цитоплазму клетки-хозяина. Расщепление ГА протеазами клетки-хозяина является решающим фактором успешного инфицирования, и считается, что необходимые для этого протеазы находятся у человека и птиц только в клетках дыхательной системы и пищеварительного тракта. Этим объясняется тот факт, что невирулентные штаммы вируса птичьего гриппа в типичных случаях поражают именно эти ткани. Но что можно сказать о высокопатогенных вирусах, которые могут поражать другие ткани и вызывать системные поражения? Объяснение было найдено в аминокислотной последовательности фрагмента, соединяющего ГА1 и ГА2. Невирулентные штаммы вируса птичьего гриппа имеют единственный остаток основной аминокислоты в качестве концевой аминогруппы ГА2 – аргинин или лизин. Этот сайт распознается и расщепляется сериновыми протеазами, секретируемыми клетками дыхательного и пищеварительного трактов (Horimoto, Kawaoka, 2005, 2001). У высокопатогенных штаммов вирусов птичьего гриппа сайты расщепления состоят из множества основных аминокислотных остатков, и эти сайты расщепляются протеазами, которые присутствуют практически во всех клетках организма. Часто вирусы человеческого и птичьего гриппа культивируют в клетках собачьих почек. Как правило, в среду добавляют протеазу, чаще всего трипсин, для того чтобы завершить процессинг ГА и реализовать инфекционный потенциал вирусных частиц. Эти «неестественные» клетки-хозяева не продуцируют протеазу, необходимую для инфицирования. Высокопатогенные варианты вирусов птичьего гриппа с длинной цепью основных аминокислот в сайте расщепления прекрасно растут на любых клеточных средах без искусственного добавления протеаз. Белки H5 и H7 располагают сайтами расщепления, которые распознаются вездесущими протеазами, что и сообщает этим вариантам чрезвычайно высокую патогенность. Суарес и его коллеги проанализировали нуклеотидные последовательности вирусов H5N1, выделенных во время вспышки гриппа в Китае в 1997 году. Вирусы, вызывавшие спектр тяжелых респираторных и системных поражений, действительно, обладали длинной последовательностью основных аминокислот в сайте расщепления пептидов HA1-HA2, что является надежным признаком высокой патогенности вирусов птичьего гриппа (Suarez et al., 1998).
