Какие мутации вызывают вирусы

Вирусы — неклеточная форма жизни, которая может воспроизводиться только внутри живых клеток (внутриклеточный паразит). Они вызывают острые и хронические вирусные заболевания. Некоторые из вирусов способны встраивать свою ДНК в хромосомы клетки-хозяина, тем самым вызывая мутации.

Виды хронических вирусных заболеваний

Вирусы способны поражать различные органы и системы человеческого тела. Острые и хронические вирусные заболевания делят на:

• кишечные (ротавирусы);
• респираторные (грипп);
• поражающие ЦНС (энцефалит);
• приводящие к болезням внутренних органов (гепатиты);
• вызывающие болезни кожи и слизистых оболочек (ветряная оспа);
• поражающие сосудистую систему (геморрагические лихорадки);
• нарушающих работу иммунной системы (ВИЧ).

Хроническими вирусными заболеваниями называют патологии, которые часто рецидивируют, вызывая тяжелые поражения центральной нервной системы и внутренних органов, а также подавляют защитные функции иммунной системы.

В зависимости от генетического материала вирусы бывают:

• ДНК-содержащими, состоящими из 1 или 2 спиралей ДНК (аденовирус, герпесвирус, папилломавирус, гепаднавирус);
• РНК-содержащими, которые включают в себя только РНК (ортомиксовирус, флавивирус, ретровирус, полиовирус).

К распространенным острым и хроническим вирусным заболеваниям относятся:

• герпетическая инфекция (поражает все органы и системы, вызывает генитальный герпес, ветряную оспу, герпес губ и т. д.);
• гепатиты (гепатит B, вызывающий цирроз и рак печени);
• ВИЧ (приводит к развитию СПИДа);
• клещевой энцефалит (поражает центральную и периферическую нервную систему);
• краснуха (сопровождается воспалением дыхательных путей, характерной сыпью на коже и интоксикацией);
• ВПЧ (хроническое вирусное заболевание вызывает кожные наросты и может индуцировать онкологические процессы);
• паротит (поражение слюнных и околоушных желез);
• корь (поражает слизистую рта и дыхательных путей, сопровождается сыпью на коже и слизистой);
• инфекционный мононуклеоз (проявляется лимфаденопатией, тонзиллитом, гепатоспленомегалией, лихорадкой);
• грипп (поражение верхних и нижних дыхательных путей с выраженной интоксикацией);
• аденовирусная инфекция (ОРВИ) и т. д.

Стадии развития вирусных заболеваний (острых и хронических)

Жизненный цикл вируса включает в себя такие этапы:

1. Адсорбция на клеточной мембране и проникновение в клетку.
2. Экспрессия и репликация вирусного генома.
3. Сборка вирусов и выход из клетки.

Особенности лечения хронических вирусных заболеваний

Сложность терапии заключается в том, что вирусы являются внутриклеточными паразитами.

Лечение хронических вирусных заболеваний включает в себя:

• этиотропную терапию. Она направлена на уничтожение возбудителей хронических вирусных заболеваний, находящихся внутри клеток, и включает в себя применение препаратов, нарушающих репликацию вируса.
• иммуномодулирующую терапию. Призвана усилить иммунитет организма для борьбы с вирусом.

Хронические вирусные заболевания и иммунитет

Когда вирус проникает внутрь клетки, то функции местного иммунитета выполняют интерфероны и другие цитокины. Вирусные белки в комплексе с антигенами HLA становятся мишенями для несущих соответствующие рецепторы Т-лимфоцитов.

К началу второй недели после заражения активируется гуморальный и клеточный иммунитет. Вырабатываются антитела к вирусу и накапливаются специфичные к нему лимфоциты. Интенсивность иммунного ответа нарастает в течение второй-третьей недели. Выработка антител и накопление лимфоцитов продолжаются еще в течение нескольких месяцев.

В ответ на инфекцию клетки тела также вырабатывают интерфероны α или β. Они подавляют репродукцию вирусов, оказывая воздействие на транскрипцию вирусных геномов.

Одна из самых страшных инфекций — это самый обычный грипп. Ежегодно он уносит около 250 тысяч жизней, а в отдельные годы гораздо больше. Самая масштабная из известных эпидемий гриппа — знаменитая испанка 1918 года, погубившая несколько процентов населения Земли.

Из-за накапливающихся мутаций свойства вируса гриппа постепенно изменяются. Самый заметный для нас результат мутаций — это изменения антигенных свойств вируса, то есть способности клеток нашей иммунной системы узнавать данный штамм. Такие постепенные изменения называются антигенным дрейфом. Сейчас считается, что бо́льшая часть антигенного дрейфа идет в тропических широтах, где у гриппа нет выраженных сезонных эпидемий и он держится на одном уровне в популяции человека круглый год. А вот в Северном и Южном полушариях — соответственно, в декабре–марте и в июне–октябре — каждый год возникают новые эпидемии. Обычно ВОЗ рекомендует новый состав вакцины за полгода до того, как эта вакцина реально начинает использоваться — по той причине, что ее производственный цикл довольно длинный.

Помимо постепенного антигенного дрейфа, эволюция вируса гриппа характеризуется также антигенными сдвигами — радикальными изменениями свойств вируса, которые обычно связаны с реассортацией. У вируса гриппа геном записан на восьми отдельных сегментах, немного напоминающих человеческие хромосомы. Когда клетка хозяина заражается одновременно двумя вирусными частицами двух разных штаммов, эти сегменты могут перемешаться, и может возникнуть новая вирусная частица с новыми свойствами, состоящая отчасти из сегментов одного родительского штамма и отчасти — другого. Такие реассортантные штаммы часто отличаются по свойствам от родительских штаммов и иногда приводят к большим эпидемиям. Все крупнейшие пандемии ХХ века, о которых мы знаем, — пандемии 50–70-х годов, а также, скорее всего, испанка 1918 года — вызывались, видимо, такими реассортациями, когда штаммы, приходящие из разных видов организмов, например из птиц, свиней, лошадей, перемешивались и давали что-то новое, с чем человеческая иммунная система раньше не сталкивалась.

Предсказуема ли эволюция гриппа? В краткосрочной перспективе — да. Недавние научные работы показывают, что можно отчасти предсказать будущую эволюцию вируса, если знаешь о его предыдущей эволюции. Можно, как любят эволюционисты, построить эволюционное дерево. Причем у обычного вируса гриппа А оно имеет очень характерную форму: это отдельный ствол, от которого отходят коротенькие веточки. Когда вы видите дерево такой формы, вы почти всегда можете быть уверены, что имеете дело с патогеном. Есть одна-единственная линия, которая оказывается эволюционно успешной, и она характеризуется быстрыми изменениями, так что коллективной иммунной системе человечества приходится все время стрелять по движущейся мишени. От нее ответвляются другие линии, которые в конце концов вымирают. Тем не менее некое разнообразие существует постоянно.

Эпидемии могут вызывать штаммы, присутствовавшие в популяции раньше. Например, текущая эпидемия 2016 года вызвана вирусом гриппа, впервые замеченным у людей в 2009 году. Однако обычно самые серьезные эпидемии вызываются штаммами, новыми для человека. Чтобы случилась такая эпидемия, должно произойти несколько событий. В каком-то виде животных, с которыми взаимодействует человек, должен возникнуть вариант патогена, способный заражать людей; этот вариант должен передаться человеку; наконец, как правило, он должен приобрести дополнительные мутации, позволяющие ему заражать людей эффективно. Вероятность каждого из этих событий оценить очень сложно, поэтому заранее предсказывать эпидемии мы не умеем.

От гриппа существует довольно эффективная вакцина. Но проблема в том, что она все время устаревает, поскольку каждый год вирус эволюционирует, изменяя свои антигенные свойства и становясь снова незнакомым для нашей иммунной системы. Вакцину в результате приходится постоянно обновлять. Каждый год специалисты из Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) рекомендуют всем производителям новый состав так называемой трехвалентной вакцины, перечисляя те три штамма, которые должны быть в нее заложены. Лучше всего трехвалентная вакцина защищает именно от них. Хотя, конечно, существует перекрестный иммунитет, и от штаммов, похожих по антигенным свойствам на эти три штамма, она будет защищать тоже неплохо. Тем не менее прививаться от гриппа нам рекомендуют каждый год, и это правильно. Трехвалентная вакцина этого года включает в себя H1N1/09, так что те, кто прививался осенью, сейчас, скорее всего, в выигрыше. Прививка не гарантирует, что вы не заболеете, но снижает вероятность этого.

МУТАЦИИ ВИРУСОВ

Роль хромосомы вирусов играет ДНК и РНК. При фрагментированном геноме каждый фрагмент представляет собой один ген. Число генов в геноме зависит от таксономической принадлежности вируса. Ген не является неделимым. У него имеются более мелкие участки – мутоны (наименьшая частица гена, способная давать внешне проявляющуюся мутацию) и реконы (наименьшая единица цитрона, между которыми может происходить перекрест) (рекомбинации)).

Вирусы способны изменять свои свойства, как в естественных условиях, так и в результате экспериментального воздействия. В основе наследственных изменений свойств вирусов лежат два процесса – мутация и рекомбинация.

Мутация, мутационная изменчивость – наследуемые изменения гена или генов, контролирующих определенные наследственные признаки. Рекомбинация – это обмен генетическим материалом между двумя близкими, но отличающимися по наследственным свойствам вирусам [2].

Подобного рода исследования природы антигенной изменчивости проводились с вирусами гриппа. Антигенную изменчивость этих вирусов принято делить на два типа: антигенный дрейф и антигенный шифт [1].

Долгое время дискутировались два механизма возникновения шифтовых изменений, приводящих, по существу, к возникновению новых вирусов. В. М. Жданов и др. (1978), Д. К. Львов (1983), Д. К. Львов, В. М. Жданов (1983) полагали, что новые вирусы образуются в результате рекомбинации (пересортировки генов) между штаммами вирусов человека и животных. А. А. Смородинцев (1975), А. А. Смородинцев и др. (1981), Д. Б. Голубев (1980, 1984) доказали возможность длительной циркуляции вируса гриппа в человеческой популяции, который находится в разной степени биологической активности. Р. Вебстер и др. (1986) допускают и тот, и другой механизм возникновения шифт вариантов [1].

Уязвимое место у вируса – беспредельное размножение, и как следствие этого – разрыв оболочки (мембраны) клетки. После полной гибели клетки, нафаршированной миллионами вирусов, клеточная мембрана рвётся, и вирусы в массовом количестве выбрасываются в межклеточное пространство и в русло крови.

Смогут ли патогенные вирусы-мутанты уничтожить человечество в будущем? Несмотря на то, что до сих пор не существует эффективных медикаментов, которые могли бы уничтожить вирусы, которые паразитируют внутри клеток человеческого организма, человек в большинстве случаев выздоравливает, его иммунитет (его иммуноглобулины) побеждает вирус. Вирусные заболевания не вызывают высокой смертности и практически не влияют на рост населения планеты, которое увеличивается в год на 80 миллионов человек. Пока иммунная система человека побеждает многие грозные вирусные инфекции, но не все. Высокая смертность людей остаётся при заболевании натуральной оспой (если человек не сделал прививку), тифе, геморрагической лихорадке, СПИДе, атипичной пневмонии и так далее. поэтому следует подумать о том, как важен вопрос о мутации вирусных заболевай [4].

Ахматуллина, Н. Б. Генетика вирусов человека и животных [Текст] / Н. Б. Ахматуллина; Ред. И. А. Рапорт. - Алма-Ата : Наука, 1990. - С.155-167. - ISBN 5-628-00485-6.

Кудачева, Н. А. Общая ветеринарная вирусология [Текст] : учебное пособие / Н. А. Кудачева ; МСХ РФ, Самарская ГСХА. - Самара : РИЦ СГСХА, 2010. - С. 289. - ISBN 978-5-88575-253-4.

Мюнтцинг, А. Генетика. Общая и прикладная [Текст]/А.Мюнтцинг; под ред. В.Н. Столетова, перевод со 2-го англ.изд. Ю.С.Бочарова[и др.].- М.: Мир, 1967. - 610 с.

Опасения, что новый коронавирус может мутировать и стать куда более заразным и смертоносным, вполне объяснимы. Но при этом они совершенно необоснованны.

Действительно, вирусы имеют склонность к мутации, поскольку распространяются по всему миру и приспосабливаются к разным температурным и климатическим условиям. Способность мимикрировать дает шанс инфекции приобрести во время мутации новые вредоносные качества. Однако, как доказано наукой, вероятность такого поворота событий крайне мала. Стоит ли бояться мутации коронавируса, разбирался научный портал Elemental.

БЕССМЫСЛЕННЫЕ ПРОГНОЗЫ

- На самом деле мутация является обычным делом для РНК-вируса, - поясняет доцент кафедры эпидемиологии Йельского Института здравоохранения Нейтан Грубау в своем материале, опубликованном в журнале Nature Microbiology. - SARS-CoV-2 является РНК-вирусом, потому что его генетический материал - это РНК, а не ДНК .

Поэтому специалист призывает общественность и своих коллег ученых не тратить время на размышления и прогнозы по поводу потенциальных последствий мутаций COVID-2019.

- Скорее всего, эти прогнозы окажутся бессмысленны, и к тому времени, когда мы сможем проверить, произошла ли мутация на самом деле, эпидемия уже закончится, - добавляет Грубау.

НЕЙТРАЛЬНЫЕ МУТАЦИИ

Так почему все-таки не стоит беспокоиться о мутации коронавируса? Перед тем, как вирус самовоспроизводится, он всякий раз делает копию своего генома. Для этого используется фермент, который называется РНК-полимеразой. Но он довольно часто допускает ошибки при копировании. И вот эти случайные ошибки в геноме вируса-копии и называются мутациями. Но далеко не все мутации оказывают значимое влияние на сам вирус и на ход эпидемии в целом.

Некоторые мутации вообще не оказывают никакого эффекта на качества вируса. Их называют нейтральными мутациями. Они могут передаваться из поколения в поколение и не вызывать никаких изменений в способности вируса выживать или заражать здоровые клетки. Большинство мутаций, грубо говоря, даже вредны для вируса, так как способны ослабить и даже убить его прежде, чем он снова сможет себя скопировать.

ОДИН НА МИЛЛИОН

Конечно, есть мутации, благодаря которым вирус становится более передаваемым. Но для того, чтобы такая мутация в одной частице смогла оказать влияние на всю популяцию вируса (то есть мы могли бы заявить о возникновении нового штамма), то она должна передаться и будущим копиям вируса. А чтобы это произошло, мутация должна также улучшить способность вируса к выживанию и размножению.

За те качества вируса, которые больше всего пугают людей - это заразность вируса и его способность вызывать осложнения (например, COVID-2019 приводит к вирусной пневмонии), отвечает множество генов. А это означает, что изменение этих признаков требует множества случайных, избирательно выгодных мутаций, которые должны происходить в одном и том же геноме вируса. И вероятность того, что это произойдёт за короткий промежуток времени, чрезвычайно мала.

ОТ 4 ДО 10 РАЗЛИЧИЙ

Карантин - это НЕ каникулы.В Москве ввели карантин. Но жители столицы решили, что это каникулы Такая безответственность поставила под удар не только самих нарушителей, но и всех окружающих. Поэтому c 30 марта власти запретили москвичам выходить из дома без веских причин

Поскольку вирус атипичной пневмонии, который бушевал в 2002-2003 годах, не отличался повышенной склонностью к мутации, то все вакцины, которые сейчас создаются, защищают людей довольно долго. Так как вирус SARS схож с COVID-2019, то есть вероятность, что ему также характерна медленная мутация. Пока эти предположения подтверждаются. Молекулярный генетик из Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса Питер Тилен, который изучал штаммы SARS-CoV-2, заявил, что существует от 4 до 10 генетических различий между штаммами COVID-2019, бушующими в китайском городе Ухань и на территории США . А это довольно небольшое количество.

Медленная мутация вируса может сыграть на руку всем разработчикам вакцины. Не исключено, что долгожданное лекарство будет защищать организм человека на протяжении длительного времени, точно так же, как это делает вакцина против атипичной пневмонии. В этом случае не потребуется регулярно изобретать все новую вакцину, как это происходит ежегодно перед эпидемией гриппа. Вирус гриппа обладает уникальной способностью перестраивать свой собственный геном, и это никак не связано с мутацией.

Конечно, вероятность, что новый коронавирус мутирует и превратится в куда более смертоносную инфекцию, остается. Но этот шанс мизерный.

- Даже если мутация, влияющая на заразность или тяжесть заболевания, произойдет, то это все равно ничего не изменит, - констатирует Нейтан Грубау. - К тому времени, когда мы сможем установить это, пандемия, скорее всего, уже закончится. На самом деле, мы ничего не можем сделать, кроме того, как пропагандировать социальное дистанцирование, соблюдать строгий санитарно-эпидемиологический надзор, поддерживать работу больниц, отслеживать контакты с зараженными и разрабатывать вакцину.

— Несмотря на многочисленные опровержения учёных и представителей властей, в сети бытует мнение, что новый коронавирус мог быть создан искусственно.

— Эта распространенная гипотеза появилась ещё после возникновения предыдущих коронавирусов SARS-CoV и MERS-CoV. Уже тогда целый ряд исследователей начали поиск и оценку всевозможных коронавирусов в природе. Однако и тогда, и сейчас версии искусственного создания коронавирусов учёные признали маловероятными.

— Как вирусы преодолевают межвидовой барьер? Ещё вчера они поражали определённые виды животных, а сегодня способны инфицировать человека.

— Обычно вирус оказывается способным поражать нового хозяина только после определённых изменений в генах. Далее он должен размножаться внутри клетки, а это не всегда возможно. Для этого тоже нужны определённые условия. Например, если вирус поражает птиц, у которых температура тела выше, чем у человека, то, чтобы адаптироваться к температуре нового носителя, человека, ему нужна соответствующая мутация. Так, некоторые вирусы гриппа птиц выбрали подобный способ и смогли инфицировать человека.

— А что заставляет вирус изменяться? Почему он вдруг решает сменить один вид носителя на другой? Какие факторы на это влияют? И как часто вообще это происходит в природе?

— Любой вирус имеет геном. Он изменяется постоянно. Даже без влияния внешних факторов мутации происходят редко, но с постоянной скоростью. Внешние факторы могут повлиять на скорость и характер мутаций.

Вирусы не принимают решения о смене носителя. Просто их так много, и они так быстро размножаются и изменяются, что появляется много разных версий одного вируса. И какая-то из них в результате случайной мутации может преодолеть межвидовой барьер и поразить другого хозяина. Дальше вирус очень быстро размножается и уже эволюционирует в другом хозяине. Такой процесс постоянно происходит в природе.

Человек сталкивается с громадным числом вирусов животных, растений, грибов, бактерий. Обычно после такой встречи ничего не происходит, поскольку для преодоления вирусами межвидового барьера требуется сочетание множества факторов. На эволюцию вирусов, их мутации и преодоление барьера между видами влияют температура, влажность, иммунитет животного.

— Изменение климата тоже влияет на мутации вирусов?

— Сам климат как таковой на вирус никак не влияет, а вот на его хозяев, на миграции, образ жизни и питание может повлиять существенно. Есть интересная гипотеза, что с оттаиванием льдов и вечной мерзлоты оттаивают и древние вирусы.

— Можно ли повлиять на все эти факторы, чтобы предотвратить появление опасных возбудителей заболеваний или это человеку не подвластно?

— Не думаю, что можно как-то повлиять на эти факторы. Но можно снизить риски. К примеру, правильно применять препараты и проходить вакцинацию, чтобы избежать распространения устойчивых штаммов вирусов и бактерий.

— Способен ли коронавирус переходить от одних животных к другим?

— Теоретически способен. Такие механизмы сейчас изучаются, однако вряд ли это как-то значимо повлияет на эпидемиологию среди людей.

— В начале XXI века уже три коронавируса вызывали вспышки тяжёлых заболеваний у людей: SARS-CoV, MERS-CoV и SARS-CoV-2. А в прошлом веке сообщалось только про один такой вирус.

— Я предполагаю, их было много. В XX веке был хорошо изучен один известный постоянный коронавирус — респираторный человеческий вирус HCoV, Human Coronavirus. Это обычный вирус в структуре сезонного ОРВИ. Например, наши десятилетние исследования сезонных респираторных эпидемий выявили его в среднем у 2% пациентов с ОРВИ.

Могу предположить, что небольшие вспышки различных коронавирусов от животных могли происходить и ранее, но диагностика и методы исследований были не на таком уровне, как сегодня.

Не надо забывать, что коронавирусы окружают нас постоянно, они часто поражают домашних животных. Например, коронавирус кур, вызывающий у них инфекционный бронхит, приводит к большим потерям в сельском хозяйстве, но, к счастью, неопасен для людей.

— Какие вирусы, переходящие от животных к людям, могут представлять для человечества опасность в будущем?

— Наибольшую опасность представляют респираторные вирусы животных, которые вызывают острые воспалительные заболевания органов дыхания. Меньшую опасность представляют такие угрозы, как бешенство и клещевой энцефалит. Для заражения ими необходим укус животного или насекомого-переносчика, к тому же от подобных заболеваний разработаны вакцины.

Сейчас более актуальными становятся инфекции, переносимые насекомыми, которые вслед за изменением климата и потеплением проникают всё севернее и могут вызывать бактериальные и вирусные инфекции у человека. Например, вирус лихорадки Западного Нила, различные виды малярии, которые проникают в наши широты с распространением комаров.

— Может ли новый коронавирус мутировать и стать ещё опаснее для человека?

— Это маловероятно. Стратегия вируса заставляет его снижать вирулентность со временем, это показано для большинства актуальных вирусов. В целом высокая летальность — это эволюционный тупик для вируса.

— И он станет сезонным относительно безвредным явлением?

— Уже можно сказать, как этот SARS-CoV-2 поведёт себя в ближайшее время?

— Рискну предположить, что в начале лета распространение утихнет. Но в умеренной форме повторится в октябре — ноябре.

, PhD, Wadsworth Center, NYSDOH

Last full review/revision February 2018 by Laura D Kramer, PhD

Вирусы – это мельчайшие паразиты, обычно величиной от 0,02 до 0,3 μ м, хотя недавно были обнаружены несколько очень крупных вирусов длиной до 1 μ м (megavirus, pandoravirus). Размножение вирусов находится в полной зависимости от клеток (бактериальных, растительных или животных). Вирусы имеют внешнюю белковую, а иногда и липидную, оболочку, ядро РНК или ДНК и иногда ферменты, необходимые для первых этапов репликации вируса.

Вирусы классифицируются преимущественно в соответствии с природой и структурой их генома и способом их репликации, а не в зависимости от заболеваний, которые они вызывают. Таким образом, существуют ДНК-вирусы и РНК-вирусы; каждый тип может иметь одинарные или двойные цепи генетического материала. Одноцепочечные РНК-вирусы в свою очередь подразделяются на РНК с положительной полярностью и РНК с отрицательной полярностью. Как правило, ДНК-вирусы реплицируются в ядре клетки-хозяина, а РНК-вирусы обычно реплицируются в цитоплазме. В то же время, некоторые одноцепочечные РНК-вирусы с положительной полярностью, называемые ретровирусами, используют совершенно другой способ репликации.

Ретровирусы используют обратную транскрипцию для создания двухцепочечной ДНК-копии (провируса) их генома РНК, которая встраивается в геном клетки-хозяина. Обратная транскрипция осуществляется с помощью фермента обратной транскриптазы, который вирус несет с собой внутри своей оболочки. Примерами ретровирусов являются вирусы иммунодефицита человека и вирусы Т-клеточного лейкоза человека. После того, как провирус интегрируется в ДНК клетки-хозяина, он транскрибируется с использованием обычных клеточных механизмов для воспроизведения вирусных белков и генетического материала. Если инфицированная клетка относится к зародышевой линии, интегрированный провирус может укорениться как эндогенный ретровирус, который передаётся потомству.

Секвенирование генома человека выявило, что как минимум, 1% генома человека состоит из эндогенных ретровирусных последовательностей, представляющие собой предыдущие контакты с ретровирусами в процессе эволюции человека. Немногие эндогенные ретровирусы человека остаются транскрипционно активными и вырабатывают функциональные белки (например, синтицины, которые участвуют в образовании структуры человеческой плаценты). Ряд экспертов полагает, что некоторые заболевания неясной этиологии, такие как рассеянный склероз, определенные аутоиммунные нарушения, а также различные злокачественные опухоли, могут быть вызваны эндогенными ретровирусами.

Поскольку транскрипция РНК не использует те же самые механизмы для контроля ошибок, что и транскрипция ДНК, РНК-вирусы – в частности, ретровирусы – особенно склонны к мутации.

Для того, чтобы произошло инфицирование, вирус в первую очередь прикрепляется к одиночной или к одной из нескольких рецепторных молекул на поверхности клетки-хозяина. Затем вирусная ДНК или РНК проникает в клетку-хозяин и отделяется от внешней оболочки (декапсуляция вируса) и воспроизводится в клетке-хозяине с участием определенных ферментов. Вновь синтезированные компоненты вируса затем собираются в полноценные вирусные частицы. Клетка–хозяин, как правило, погибает, выделяя новые вирусы, которые заражают другие клетки хозяина. Каждый этап вирусной репликации задействует различные ферменты и субстраты и дает возможность для противодействия процессу инфицирования.

Последствия вирусного инфицирования в значительной степени варьируются. Многие инфекции вызывают острое заболевание после непродолжительного инкубационного периода, а некоторые являются бессимптомными или вызывают несущественные симптомы, которые никак нельзя распознать, кроме как ретроспективно. Многие вирусные инфекции устраняются защитными силами организма, но некоторые переходят в латентную форму, а некоторые становятся причиной хронического заболевания.

При скрытой инфекции вирусная РНК или ДНК остается в клетках-хозяина, но не реплицируется и не вызывает заболеваний в течение долгого времени, иногда в течение многих лет. Латентные вирусные инфекции могут передаваться в течение бессимптомного периода, что облегчает распространение от человека к человеку. Иногда реактивацию вызывает инициирующий фактор (в частности, иммуносупрессия).

К распространённым вирусам, которые переходят в латентную форму, относятся

Нашествие коронавируса застало науку врасплох? Виноват ли сам человек в появлении новых вирусов? Почему не удается создать эффективные лекарства против подобных напастей? Правда ли, что человечество всего в одной мутации от катастрофической пандемии? Об этом корреспондент "РГ" беседует с микробиологом, профессором Сколково и Университета Ратгерса Константином Севериновым.

Глядя на все, что происходит вокруг этого вируса, у многих складывается мнение, что наука оказалась не готова к его появлению. Он выпрыгнул как черт из табакерки. В многочисленных телепередачах, в интернете звучат самые разные противоречивые мнения о его природе, опасности, распространении. Ваш комментарий?

Профессор Сколтеха Константин Северинов. Фото: Sk.ru

Константин Северинов: Я бы не согласился с утверждением, что наука оказалась не готова. Эпидемия еще только набирала силу, а учеными уже был выявлен агент, который вызывает эту болезнь. На основании РНК вируса разработаны тесты для его выявления. Мы имеем дело с новым агентом, поэтому нужно время, чтобы его изучить, понять, как он взаимодействуют со своим хозяином, с человеком, как мы отвечаем на него. Для этого требуются серьезные исследования, многочисленные эксперименты. Наивно думать, что можно управиться за месяц. У нас есть пример - вирус СПИДА, который был выявлен в 1984 году. Понадобилось четыре года, чтобы появились первые лекарства. И только в начале этого века болезнь стала контролируемой.

В условиях пандемии, когда ей всего несколько месяцев, мы знаем о коронавирусе недостаточно. Во всем мире идет научный поиск, выдвигаются различные гипотезы, почти всегда неправильные, но постепенно появляется свет в конце туннеля. И это в науке нормальная ситуация. Есть уверенность, что только наука путем проб и ошибок сможет победить эпидемию или взять ее под контроль.

Как известно, за многие вирусы мы должны "благодарить" животных, в том числе и нынешний с большой вероятностью получен от летучих мышей. Но вот ученые из США заявили, что в появлении новых вирусов виноваты вовсе не животные, а сам человек, который нещадно эксплуатирует природу. Резко сокращается, а главное меняется ареал существования диких животных. Это может вызывать у них появление новых вирусов. А человек активно внедряется в природу, у него все больше контактов с фауной, а значит, растет вероятность передачи ему вирусов. Словом, что посеешь, то и пожнешь.

Константин Северинов: С этим утверждением трудно спорить. Вопрос в том, основан ли этот вывод на каких-то серьезных исследованиях или это общее соображение. Ведь давно известно, что многие вирусы переданы нам животными. Это происходило, уже когда древний человек их одомашнивал, когда стал заниматься охотой. Число его контактов с фауной из века в век росло, и вирусы передавались людям. Но принципиально важно, что эти болезни человека были локальными, не распространялись дальше небольшого региона, где жили заразившиеся. Там развивалась микроэпидемия, но потом она затухала. Сейчас картина принципиально иная. За какие-то сто лет мир кардинально изменился. Глобализация, гигантские перетоки людей, резкий рост числа контактов. Можно сказать, что вирусы сегодня получили почти идеальные условия для распространения.

Какой урок вынесет человечество из сложившейся в мире экстремальной ситуации? Как изменятся общество и экономика? И что делать науке? Как отвечать на такие страшные для всех нас вызовы? Есть мнение, что главная ее задача - уже сейчас готовиться к новым вирусам. Выявлять и оценивать их патогенность. И такой метод в портфеле науки, к счастью, уже есть - высокопроизводительное секвенирование. В чем суть этого "спасителя"?

Константин Северинов: Мы говорили о том, была ли готова наука к встрече с коронавирусом. Так вот он выявлен с помощью именно этой технологии. В чем ее суть? На исследование берется кровь человека, в ней изучаются последовательности ДНК или РНК. Ожидается, что они будут принадлежать только данному человеку. Но если он чем-то болен, могут попадаться и другие ДНК, "чужие". Высокопроизводительное секвенирование делает такой анализ очень быстро, что позволяет в краткие сроки выявлять неизвестные ДНК и делать предположения об агенте, вызвавшем заболевание.

Но можно ли было таким способом заранее выявить коронавирус COVID-19? Вообще искать неизвестные вирусы, чтобы подготовиться к встрече с ними? Предположим, вы выявили у человека какую-то неизвестную ДНК, но кому она принадлежит? Опасному вирусу или нет? Никто не скажет заранее. Поэтому надо вначале иметь много пациентов, страдающих каким-то заболеванием, а уже потом диагноз ассоциировать с неизвестной ДНК. По-другому вряд ли получится.

Но говорят, что существует около 300 тысяч вирусов, из них науке пока известен один процент. Среди этого вирусного океана предлагается искать аналоги уже известных вирусов и таким способом пытаться предсказывать новые возбудители. А высокопроизводительное секвенирование позволит во много раз ускорить этот перебор.

Константин Северинов: Не получится. Например, в геноме COVID-19 по последовательности ДНК невозможно заранее предсказать, что этот вирус будет опасным. Тем более что вызовет эпидемию. Можно вспомнить "испанку", которая унесла миллионы жизней. Когда сравнили тысячи последовательностей ДНК этого вируса и нашего гриппа, оказалось, что в них произошло всего 3-4 замены. Кто может заранее сказать, что именно эти 3-4 замены способны привести к миллионам жертв?

Ученые МГУ объявили, что намерены заняться поиском лекарств прямого действия, моделируя их на суперкомпьютере "Ломоносов". Но такие попытки делались давно, скажем, в 2003 году, когда люди стали умирать от атипичной пневмонии, но лекарство так и не появилось. Может, это невозможно в принципе?

Константин Северинов: Хотя суперкомпьютеры серьезно облегчают и ускоряют поиск, но все равно на разработку и внедрение в медицину новых препаратов нужно около десяти лет, многие миллиарды долларов и удача. Ведь суперкомпьютер ищет среди уже известных веществ, но это малая доля из существующих на планете. Многие лекарства растительного происхождения, их нашли случайно. Кстати, недавно ученый из Китая получила Нобелевскую премию за создание лекарства от малярии, которое она открыла во многом благодаря случаю. Так что удача здесь необходима, и даже суперкомпьютеру. А почему до сих пор не создано лекарство против атипичной пневмонии? Его никто особенно и не пытался создавать. Ведь болезнь появилась в 2003 году, а в 2004 году сама по себе исчезла. В такой ситуации никто на разработку миллиардов не даст.

Наш известный врач, который не сходит с экрана телевизора, неоднократно заявлял, что коронавирус COVID-19 не так опасен, что на самом деле мы всего в одной мутации от действительно страшной эпидемии, которая, как "испанка", унесет миллионы жизней. Речь о птичьем гриппе, летальность которого во много раз выше, чем у коронавируса. К счастью, пока этот вирус передается только от животного к человеку, поэтому широко не распространяется и не грозит эпидемиями. Но достаточно одной мутации, которая откроет возможность для передачи возбудителя от человека к человеку, и картина кардинально изменится. Неужели действительно мы в одном шаге от глобальной катастрофы?

Константин Северинов: Мягко говоря, эти слухи сильно преувеличены. Мир вирусов очень сложен. Здесь свои законы и отношения, жесточайшая конкуренция. Что такое эффективность вируса? С одной стороны - это летальность, с другой - скорость передачи от одного к другому. Эти два свойства совсем необязательно связаны между собой. Можно иметь высокую летальность, но плохо передаваться. Более того, как правило, если вирус эффективно убивает, он плохо передается. Этот врач говорит об одной "страшной" мутации или комбинации мутаций. Но никто не знает, какая должна быть эта комбинация, чтобы она повысила эффективность вируса. Вариантов множество. И, наконец, не понятно, почему этот "убийца", даже если он все же появится, должен победить в конкуренции с другими вирусами, менее летальными.

15 ведущих академий мира, в частности России, Франции, Германии, Великобритании, США, Японии, заявили о критической необходимости сотрудничества в борьбе с коронавирусом. Ученые подчеркнули, что в нынешней ситуации сохраняется неопределенность и многое еще предстоит сделать. В этот критический момент есть необходимость международного сотрудничества по нескольким направлениям. В частности, ученые должны быстро сообщать о развертывающейся эпидемиологии заболевания, включая способы передачи, инкубационный период и летальность, а также эффективность различных методов вмешательства, делиться информацией о происхождении вируса, генетике и мутациях, об исследованиях в области медицинских препаратов для борьбы с этим заболеванием. Человечество неоднократно подвергалось опасности инфекционных заболеваний и каждый раз преодолевало кризис. В заявлении говорится: "Нынешняя трагедия должна побудить нас резко активизировать наши усилия по профилактике инфекционных заболеваний и борьбе с ними, с тем чтобы усовершенствовать уровень готовности человечества и повысить устойчивость к бедствиям, связанным с инфекционными заболеваниями".

"Ломоносов" ищет лекарства от коронавируса

Сотрудники Вычислительного центра МГУ начали расчеты на суперкомпьютере "Ломоносов", которые помогут найти лекарство прямого действия от коронавируса. Воздействуя такими препаратами на белки-мишени коронавируса SARS-CoV-2, есть шанс победить инфекцию.

Сегодня во всем мире подбор молекул для будущих лекарств ведется с помощью суперкомпьютеров, что в разы ускоряет поиск. Ученые применяют уникальные методы моделирования молекул (докинг), предсказывающие наиболее эффективные варианты препаратов. Но даже для суперкомпьютеров это очень трудная задача. Скажем, ее пытаются решить для других коронавирусов этого же семейства с 2003 года, когда появились первые коронавирусы SARS-CoV. За это время многое стало понятно в функционировании этих вирусов и структуре их белков, но эффективные противовирусные препараты прямого действия для этого семейства вирусов так пока и не созданы. По мнению ученых, чтобы достичь успеха, необходимо сформировать непрерывный научный конвейер: поиск с помощью докинга в больших базах молекул, их дизайн и суперкомпьютерный докинг, экспериментальное тестирование активности, синтез новых молекул. Даже когда новые соединения перейдут на доклинические испытания на животных и далее на клинические испытания на людях, этот конвейер не должен останавливаться, так как из-за токсичности даже на последнем этапе клинических испытаний могут выявиться опасные побочные эффекты и новое соединение сойдет с дистанции.

Кстати, американские ученые, изучая структуру нового коронавируса, нашли его слабое место - белковые шипы. Дело в том, что при инфицировании такой шип на поверхности вируса SARS-CoV-2 прикрепляется к белку-рецептору на поверхности клеток человека - в частности, клеток легких. Примерно так ключ попадает в замочную скважину. Изучая особенности этих шипов и рецепторов человеческих клеток, ученые впервые обнаружили, что всего лишь несколько мутаций сделали шип более компактным, чем аналогичная структура у вируса SARS, который в 2002-2003 годах вызвал эпидемию атипичной пневмонии. Такие мутации помогли SARS-CoV-2 надежнее прикрепляться к рецепторами и быстрее распространяться. Зная свойства этих белков, позволяющие им устанавливать прочные связи с клетками человека, ученые рассчитывают найти способы блокировать вирус, не дать войти в контакт и распространять инфекцию.