Наука о вирусах гриппа

Записала кандидат химических наук О. Белоконева.

Наверное, на свете нет человека, никогда в жизни не болевшего инфлюэнцей, которая у нас в стране чаще именуется гриппом. Многие из нас "гриппуют" чуть ли не ежегодно. Впервые симптомы гриппа описаны древнегреческим медиком Гиппократом в 412 году до нашей эры. Первая известная нам всемирная эпидемия гриппа случилась в 1580 году. Однако, несмотря на то что это заболевание широко распространено и давно известно медикам, современная наука пока бессильна перед грядущими эпидемиями и пандемиями опасной болезни. О том, что ученым известно о вирусе гриппа, как возникают эпидемии и что предлагает современная наука для его лечения и профилактики, корреспонденту "Науки и жизни" рассказал один из ведущих вирусологов России член-корреспондент РАМН, доктор медицинских наук, профессор Николай Вениаминович Каверин.

Принято считать, что у переболевшего гриппом иммунитет не вырабатывается. Но это совершенно не так. Если человек заболел гриппом, его иммунная система вырабатывает антитела против некоторых вирусных белков-антигенов. Если впоследствии тот же самый человек снова инфицируется точно таким же вирусом, то присутствующие в плазме крови антитела заблокируют вирус, и человек останется здоровым. Но, к сожалению, вирусы гриппа отличаются высокой изменчивостью - они мутируют случайным образом: в некоторых участках РНК вируса возникают "точечные" замены. "Неправильная" РНК порождает "неправильные" вирусные белки-антигены, против которых не могут бороться антитела, выработанные иммунной системой при предыдущем инфицировании вирусом гриппа с исходной, "правильной" РНК. Вот почему каждый год эпидемия гриппа снова и снова застает нас врасплох. Особенно активны вирусы гриппа осенью и зимой. Типичные симптомы заболевания: высокая температура, боль в горле и мышцах, головная боль, слабость, водянистые выделения из носа, отсутствие аппетита. Даже такой "рядовой" грипп способен вызвать тяжелые осложнения - пневмонию, сердечную недостаточность, которые могут оказаться смертельно опасными для маленьких детей и пожилых людей.

Но все же эпидемия не так страшна, как пандемия - глобальная эпидемия, охватывающая большинство населения мира. Всемирная эпидемия гриппа (который тогда называли "испанкой") в конце 1918 - начале 1919 года за 10 месяцев поразила около 500 млн человек и унесла до 40 млн человеческих жизней. Причем по непонятной до сих пор причине от "испанки" погибали преимущественно молодые люди в возрасте от 20 до 40 лет. Со временем масштабы трагедии стерлись из памяти людей (не медиков), но вероятность ее повторения не уменьшилась. По наблюдениям ученых, пандемии случаются раз в несколько десятков лет. В ХХ веке пандемия гриппа поражала человечество три раза - в 1918, 1957 и 1968 годах.

Чем же отличается пандемия от обычной привычной ежегодной эпидемии гриппа? Вирусы гриппа подразделяются на три группы: А, В и С. Самые тяжелые формы заболевания вызываются вирусом группы А. Вирус группы С - самый безобидный, болезнь протекает легко и без осложнений. Вирус группы В - более опасный, он часто вызывает эпидемии регионального масштаба. Всемирные эпидемии вызываются вирусами группы А. Оказывается, для того чтобы вирус стал пандемическим, он должен нести в себе помимо "человеческих" генов кусочки генома вируса гриппа животных. Вирусы гриппа птиц - это тоже вирусы группы А, поэтому РНК вируса "человеческого" гриппа может меняться участками генома с РНК вируса птичьего гриппа. Иногда пандемический вирус возникает в результате мутаций в вирусе гриппа птиц.

Вирусы гриппа - это РНК содержащие вирусы. Они представляют собой молекулы РНК, заключенные в белковую оболочку. Такой вирус содержит восемь отдельных сегментов РНК, которые кодируют по меньшей мере десять белков. На поверхности вируса группы А находятся два очень важных белка-антигена. Один из них относится к так называемым гемагглютининам (HA), которые отвечают за прикрепление вируса к клеткам человека. Другой представляет собой фермент нейраминидазу (NA). Ученым известно 15 подтипов НА и 9 - NA, все они выделены из генетического материала вирусов гриппа птиц.

Что происходит после того, как вирус попадает в организм человека? Попав в организм хозяина, вирусная частица связывается с клеткой и заключается во внутриклеточный пузырек - эндосому. Потом оболочка вируса сливается с клеточной мембраной, и генетический материал вируса - молекулы вирусной РНК - выходит в цитоплазму клетки, а затем в клеточное ядро, где начинает производить информационную РНК, молекулы которой служат матрицей для синтеза белков новых вирусных частиц.

Роль NA проста, но очень важна: она разрушает в клеточной оболочке и на поверхности вируса те белковые структуры (рецепторы), с которыми связывается вирус, препятствуя таким образом "слипанию" вирусных частиц и обеспечивая перемещение вирусов от клетки к клетке.

"Выключив" фермент нейраминидазу или рецептор, можно остановить размножение вируса гриппа в организме. Именно на этом принципе основано действие некоторых новых антивирусных препаратов.

Пандемические вирусы 1957 и 1968 годов вместе с "человеческими" участками РНК несли в себе участки РНК вируса птиц. Такое скрещивание участков генома - его называют реассортацией - могло произойти, например, в организме свиньи. Ведь свиньи, как и человек, могут заражаться и человеческим и птичьим гриппом. А если эти два вируса встретятся, то возможно появление нового вируса, несущего гены гриппа птиц, но патогенного также и для человека. Так, например, вирус, вызвавший пандемию 1968 года, нес шесть генов, присущих гриппу человека, а два гена - из вируса гриппа птиц. Вирус-"химера" способен размножаться в клетках человека, поскольку в его составе имеются белки вируса гриппа человека. Однако из-за наличия "птичьих" генов и соответственно специфических белков вируса гриппа птиц в оболочке вируса антитела для борьбы с этим вирусом в плазме крови человека отсутствуют. И, кроме того, против него оказываются бессильными все имеющиеся противовирусные вакцины.

Несмотря на то что пандемия 1918 года случилась относительно недавно, в эру научно-технического прогресса, "родословная" того смертоносного вируса до сих пор точно не известна. Для того чтобы добыть штамм вируса "испанки", вирусологам пришлось обрабатывать фрагменты тел умерших, сохранившихся на Аляске и в Норвегии в вечной мерзлоте. Кроме того, нашли фрагменты легких больных в патолого-анатомических препаратах. Анализ фрагментов РНК показал, что вирус "испанки" был тоже птичьего происхождения, но очень близок и к вирусу свиного гриппа. Однако причина феноменальной смертоносной силы этого вируса окончательно не установлена. Также непонятно, возник ли он путем реассортации или перешел к человеку от птиц непосредственно.

Последняя всемирная эпидемия гриппа А случилась, как мы уже говорили, в 1968 году. Вероятность очередной пандемии очень высока. Однако сегодня угрозу представляют не вирусы-"химеры", несущие в себе как "человечьи", так и "птичьи" гены, а чисто "птичьи" вирусы, претерпевшие какие-то изменения и ставшие патогенными для человека. Предвестники пандемии гриппа уже дали о себе знать. Так, в 1997 году у больных гриппом из Гонконга выделили новый штамм вируса гриппа А подтипа Н5N1, который похож по структуре на вирусы гриппа птиц. Из 18 человек, заболевших новым гонконгским гриппом, умерли шестеро. Тогда вспышку опасного заболевания удалось локализовать и погасить очень жесткими мерами. 29 декабря 1997 года в Гонконге за один день были истреблены все куры, утки, гуси и голуби. Тем не менее уже в 2002 году возникла необходимость закрыть центральный рынок Гонконга, на территории которого птицы вновь стали погибать от того же вируса. В 1999 году появился новый пандемический вирус подтипа Н9N2, похожий по некоторым признакам на вирус Н5N1, выделенный в 1997 году. Он оказался гораздо более приспособленным к жизни в клетках организма человека, но, к счастью, не столь опасным, как его "собрат".

Вирусы гриппа гораздо более устойчивы к повышению температуры тела, чем возбудители, вызывающие обычную простуду (коронавирусы, риновирусы, аденовирусы). Поэтому они и более опасны: такой вирус способен размножаться даже при повышенной температуре человеческого тела, поэтому организму больного с ним бороться трудно. Но вирусы птичьего гриппа еще более температуроустойчивы: температура тела у птиц в среднем на 2-3 градуса выше человеческой. По-видимому, этот факт сыграл не последнюю роль в исключительной патогенности "птичьих" вирусов гриппа для человека. При температуре ниже 35 градусов вирус гриппа птиц не выживает. Но температура в носоглотке человека не превышает 33 градусов. Это означает, что, попав воздушно-капельным путем в носоглотку, вирус или погибнет, или переместится в более комфортные для него условия - например, в трахею или легкие, неминуемо вызвав тяжелую форму вирусной пневмонии. Таким образом, теплолюбивые "птичьи" вирусы не так заразны, как "человечьи": ведь вирус гриппа передается исключительно воздушно-капельным путем через непригодную (в случае "птичьего" вируса) для жизни носоглотку.

Итак, пандемии могут быть вызваны вирусами гриппа А: видоизмененными "птичьими" или теми, которые в результате реассортации поменяли некоторые участки своего генома на чужие - "птичьи". Интересно, что географическим источником пандемических вирусов почти всегда являются южные провинции Китая. Конечно, это вовсе не означает, что опасная ситуация не может возникнуть в другом регионе земного шара. Примером тому может служить недавняя эпидемия так называемого "куриного " гриппа в Дании, а затем - в Бельгии и Нидерландах. Тогда умер один из работников птицефермы в Нидерландах. Опасный вирус удалось побороть: работники ферм были посажены на карантин, птицы - безжалостно уничтожены, причем не только на злополучной ферме, но и на соседних. Другое дело - южный Китай. Высокая плотность и бедность крестьянского населения, широкое распространение домашней птицы и свиней, крошечные водоемы, многолюдные базары, на которых продается живая птица, слабо развитая система здравоохранения, жаркий климат и отсутствие гласности - все эти факторы вкупе и являются причиной появления (в результате "перекреста" генов вирусов различных животных и человека) и быстрого распространения вирусов среди населения. Мир обычно узнает о новом вирусе, когда тот уже добрался до более экономически развитого Гонконга. А там уж и до пандемии гриппа - рукой подать.

Конечно, вирусы гриппа птиц, имеющие пандемический потенциал, встречаются и у нас в стране. По данным Института вирусологии им. Д. И. Ивановского РАМН, вирус подтипа Н5 распространен в России у водоплавающих птиц. Такой вирус обладает способностью перемещаться на большие расстояния (с перелетными птицами). В 1963 году в Институте вирусологии, в лаборатории профессора Л. Я. Закстельской, был впервые выделен штамм "утиного" вируса гриппа - прародителя вируса, вызвавшего гонконгскую пандемию 1968 года. Эта работа положила начало развитию нового научного направления - молекулярной экологии и эпидемиологии вирусов гриппа, которым сегодня руководит директор института академик Д. К. Львов.

В преддверии эпидемии ученые-вирусологи как в России, так и за рубежом интенсивно изучают структуру новых вирусов гриппа А, пытаются предсказать дальнейшие мутации гриппа птиц и их возможные последствия. Так, в Институте вирусологии лаборатория профессора Н. В. Каверина занимается моделированием антигенных участков молекул гемагглютининов Н5 и Н9 пандемических вирусов гриппа птиц. Сейчас в России обсуждается вопрос о создании запаса вакцины против вирусов Н5 и Н9, чтобы в начале пандемии в срочном порядке провакцинировать детей младшего возраста, медицинских работников и больных с пониженным иммунитетом. Такой вакциной может стать препарат вируса, потерявшего активность после воздействия ультрафиолетового излучения или, например, после обработки формальдегидом ("убитая вакцина"). Не исключен и вариантs получения "живой вакцины" - препарата ослабленного вируса, который может вызвать развитие инфекции без явных симптомов гриппа. Наиболее современным методом вакцинирования является применение так называемой "субъединичной вакцины", в которой содержится только вирусный белок, вызывающий иммунный ответ организма. Этот активный белок можно получить как путем непосредственного выделения из смеси вирусных белков, так и генно-инженерными методами (когда бактерии со встроенным в ДНК геном нужного белка производят его в необходимом количестве). Так что в принципе возможность избежать катастрофических последствий пандемии у нас есть.

В 1918 году врачи были практически бессильны перед пандемией гриппа. Сегодня в руках медиков есть и вакцины, и антибиотики, и противовирусные препараты. Все эти достижения современной науки хоть и могут предупредить осложнения, снизить число заболевших, но ни одно из них тем не менее не способно предупредить пандемию гриппа. Тем более, что сегодня один-единственный больной из Гонконга, совершив трансокеанский перелет, способен спровоцировать эпидемию в разных точках земного шара за считанные часы.

Увеличивается во всем мире и число сторонников вирусной теории рака. Исследования сотен лабораторий свидетельствуют, что именно вирусы — наиболее вероятная причина рака, саркомы, лейкемии.

И. Губарев, наш специальный корреспондент, обратился к директору Института вирусологии имени И. Д. Ивановского АМН СССР, академику АМН СССР, профессору Виктору Михайловичу Жданову с просьбой рассказать об истории и сегодняшнем дне Вирусологии, о стратегии борьбы С вирусными болезнями.

Вирусология — наука молодая. 80 лет прошло со времени открытия И. Д. Ивановским первого вируса — возбудителя мозаичной болезни табака. Много позже — в 50-х годах — было получено первое несовершенное изображение этого инфекционного агента. Самые значительные исследования в области вирусологии были выполнены лишь за последние 15—20 лет.

С исследованиями вирусологов сегодня связано уничтожение инфекционных заболеваний на планете, борьба против рака. Вирусологии же, изучающей наиболее простые формы существования, предстоит дать ответ на многие вопросы, связанные с происхождением жизни на Земле.

Итак, что же мы знаем и «его еще не знаем о вирусах?

Пример: до недавнего времени мы почти ничего не знали о специфических обезьяньих вирусах. В 1960-х годах было начато массовое производство вакцины против полиомиелита, изготавливаемой на обезьяньих почках. Необходимо было обеспечить стерильность этой вакцины, то есть полностью исключить проникновение в нее каких-либо микроорганизмов. И вот в ходе исследований, направленных на обеспечение такого рода стерильности, был открыт целый ряд до тех пор неизвестных вирусов, специфичных для обезьян.

К настоящему времени мы располагаем сведениями примерно о тысяче видах вирусов. Безусловно, лучше других нам известны вирусы, поражающие человека. Их выявлено около 500 видов. Весьма обширна группа вирусов, найденных у лабораторных животных — мышей, кроликов, морских свинок.

Сравнительно много мы знаем о вирусах сельскохозяйственных животных и растений, меньше — о вирусах, опасных для птиц и других животных, древесных и кустарниковых пород лесе. И уж вовсе малоизвестны и числом и повадками вирусы папоротников, мхов, лишайников.

Вирусы проявляют себя не всегда одинаково. В одних случаях они нападают лишь на определенные виды живых существ. Скажем, уже выявлены специфические вирусы гриппа свиней, кошек, чаек, поражающие только этих животных и безопасные для других. Подчас специализация становится своеобразно утонченной: мельчайшие вирусы бактерий — фаги Р-17 выбирают в качестве объекта лишь мужские особи только одной разновидности кишечной палочки. А вот в числе объектов онкогенных вирусов — пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие. Рекорд побивают, пожалуй, так называемые пулевидные вирусы, названные так благодаря их характерному очертанию на микрофотографии. Внешне вирусы этой разновидности очень схожи. А болезни они вызывают самые разнообразные, поражая при этом весьма далекие друг от друга виды живых существ. Они могут стать причиной бешенства — тяжелейшего поражения нервной системы млекопитающих (в том числе, разумеется, и человека) и таких болезней, как везикулярный стоматит крупного рогатого скота (передаваемый, кстати, через насекомых), желтой карликовости картофеля и полосатой штриховатости пшеницы. Эти же вирусы провоцируют тяжелое заболевание у мухи дрозофилы, приводящее насекомое к гибели в результате повышения чувствительности к углекислому газу.

Человек, животные, насекомые, растения. Болезни общие для многих видов и узко-специфичные. Откуда такой широкий спектр агрессивных возможностей? Под влиянием каких условий сложились эти свойства? Сколько еще существует в природе вирусов специализированных и универсальных?

На все эти вопросы лишь предстоит ответить.

С вирусами связано немало загадочного, неясного, а если быть точным до конца — еще не выясненного.

Признавая существование возбудителей инфекционных болезней, по размерам намного меньших, чем бактерии, ученые долго не могли прийти к единому мнению: какие они? Так, известный голландский микробиолог М. Бейеринк, к примеру, предполагал, что вирусы — необъяснимая загадка. Он дал им название Cоntagium vivum fluidum — живое жидкое заразное начало.

Другие исследователи пытались связать данные о вирусах с привычными для них представлениями о живом организме (клеточное строение, размножение путем деления с последующим ростом до размеров взрослой особи и т. д.). Не будем перечислять здесь другие предположения, высказанные на заре развития вирусологии. Все они — как наивные, так и наделенные долей предвидения — строились на одних лишь догадках, вслепую.

Много неясного и в современных гипотезах о происхождении вирусов. Так, одни исследователи считают, что вирусы — это потомки древних доклеточных форм жизни, застывшие, остановившиеся в своем развитии на определенном этапе. Разнообразие генетического вещества, говорят сторонники гипотезы, отражает ход эволюции этих существ. Природа как бы опробовала на вирусах все возможные варианты наследственного вещества, прежде чем остановиться окончательно на двухспиральной ДНК.

Вирусы — потомки бактерий или других одноклеточных организмов, по неизвестным причинам двинувшиеся в своем развитии вспять, деградировавшие, говорят другие ученые. Возможно, некогда их устройство было сложней, но со временем они многое утратили, и их нынешнее состояние, в том числе и разнообразие носителей генетической информации, лишь отражает разные уровни деградации, которых достигли различные их виды.

Наконец, существует гипотеза, согласно которой вирусы представляют собой составные части клеток живых существ, по неизвестной причине ставшие автономными системами. Процесс возникновения вирусов, согласно этой гипотезе, относится не только к глубокой древности, когда они уже, безусловно, существовали, но и к нашему времени. Иными словами, эта гипотеза признает возможность повсеместного, происходящего непрерывно образования вирусов клеточными элементами. Возможно ли такое, способны ли составные части клеток стать автономными, да еще и саморепродуцирующимися (способными к воспроизведению) системами?

Логика и парадоксы микромира

Устройство вирусов поражает своей чисто математической завершенностью, логикой симметрии. Возьмем, к примеру, наиболее просто организованный вирион (зрелый вирус) табачной мозаики.

Сотни белковых кристаллообразных структур уложены в виде тугой спирали. Сердцевина нити, образующей спираль, представляет собой своеобразную капсулу, где находится молекула нуклеиновой кислоты. В результате общий вид вириона — предельно лаконичный цилиндр, полая трубка.

А вот другая форма: двадцатигранник, икосаэдр, грани которого образованы треугольниками. Основной материал, из которого сложен икосаэдр, — те же белковые структуры. Внутри — полость, где покоится молекула нуклеиновой кислоты. Это вирион полиомиелита.

— Позвольте, — возражали многие ученые еще в недавнем прошлом, — да можно ли вообще после этого называть вирусы живыми существами? Может быть, это кристаллообразные вещества, наделенные болезнетворными свойствами?

— Либо, — говорили другие, — это пограничные формы между живым и неживым мирами.

Кто же прав? Скорей всего наиболее многочисленная группа исследователей, которая считает, что вирусы — представители живой природы, го есть не вещества, а существа. Правда, существа крайне своеобразные, ведущие сугубо паразитический образ жизни.

Вирус проникает в клетку

Вирусы, имеющие иное строение, проникают в клетку не столь затейливым путем. Притянутые к оболочке клетки и воздействующие на нее ферментами, они провоцируют втягивание внутрь того участка мембраны, на котором осели. Образуется своего рода капсула-вакуоль с вирусной частицей внутри. Вакуоль эта затем отрывается, и в ней, путешествующей внутри клетки, продолжают идти одновременно два процесса — вирусная частица с помощью своих ферментов разрушает окутывающие ее стенки капсулы, а ферменты клетки разрушают внешние оболочки вируса, освобождая, как это было и в случае с фагом Т2, нуклеиновую кислоту.

Итак, нуклеиновая кислота покинула белковую оболочку и исчезла, бесследно растворилась в клеточной среде. Что же дальше?

Мы еще не имеем возможности получить полный ответ на этот вопрос. До сих пор удалось установить характер лишь некоторых изменений, происходящих на этом этапе в различных частях клетки. И по этим отдельным штрихам мы воссоздаем, пытаемся представить себе полностью происходящее.

Формирование вирусов начинается, по-видимому, с подавления нормальных процессов обмена веществ в клетке. Установлено, в частности, что рибонуклеиновая кислота (РНК) вируса гриппа способна синтезировать на клеточных элементах — рибосомах, ведающих выработкой белка,— особое вещество, также белковой природы,— гистон, который, в свою очередь, связывается с ДНК клетки и прекращает синтез клеточной РНК. Некоторые другие вирусы, например, вирусы полиомиелита, не нуждаются в окольном пути, так как сами способны вмешаться в деятельность рибосом и прекратить синтез клеточных белков. Выявлены и другие механизмы подавления вирусами клеточного обмена, их вмешательства в жизнедеятельность клетки, но в конечном счете все сводится к одному: клеточные ресурсы перестают расходоваться на нужды самих клеток и поступают в распоряжение вирусной нуклеиновой кислоты.

Беззащитна ли клетка!

Цикл превращений, связанных с размножением вирусов, как правило, краток. В одних случаях проникновение вирусной нуклеиновой кислоты в клетку отделяет от появления вирионов 13—15 минут, в других — 40 минут. Вирусы одной из наиболее распространенных инфекций, гриппа, проходят этот путь примерно за 6—8 часов. И каждый раз около погибшей клетки оказываются десятки, а порой и сотни вирионов. Причем каждый из них, в свою очередь, готов к продолжению процесса размножения. Количество вирусной инфекции нарастает буквально лавинообразно.

Но так как главное действующее лицо — вирус остается за кадром (в обычный микроскоп он не виден), на экране только последствия его агрессии. Картина перед наблюдателем разворачивается впечатляющая. Вначале крайние клетки, первыми подвергшиеся нападению, начинают терять свойственные им округлые очертания. Постепенно истончаются их мембраны, клеточные элементы, клетка как бы взрывается. В этот момент, как мы знаем (но не видим этого), опустошенную оболочку покидают полчища вирионов, направляющихся к очередным своим жертвам. И через самое непродолжительное время точно так же изменяются, а затем лопаются соседние клетки, за ними другие, еще и еще.

. Колония клеточной культуры как бы охвачена пламенем. Вот она рассечена обезжизненными структурами на островки. Вот сжимаются и эти островки, уменьшаются в размерах, и. все кончено. Колония разрушена дотла.

Обладай вирусы такими же возможностями в естественных условиях, и человеку и любому другому живому существу пришлось бы плохо. Однако этого не происходит, ибо на страже — отработанные за миллионы лет защитные приспособления организма, ограничивающие могущество вирусов.

Безграничному расширению вирусной агрессии препятствуют прежде всего сами вирусы. Еще в 30-х годах ученые заметили, что размножение в клетке одного вируса нередко препятствует размножению в этой же клетке другого вируса.

Кстати, если говорить серьезно, одна из многочисленных гипотез, пытавшихся объяснить это явление, так и гласила: всему причиной конкуренция вирусов, борющихся за клеточные компоненты. Без малого три десятилетия понадобилось, чтобы раскрыть существо этого явления, получившего название интерференции. И, как оказалось, в данном случае инициатива принадлежала не вирусам, а самой клетке. На проникновение вируса (чему воспрепятствовать клетка, увы, не может) она отвечает немедленной выработкой особого белкового вещества — интерферона. Правда, интерферон не спасает уже пораженную клетку, но препятствует продвижению вирусной инфекции к другим клеткам организма. Иными словами, за первыми же вирионами, прорвавшимися в организм, возникает барьер интерфероновой защиты.

Антитела, появляющиеся позже, существуют несравненно дольше. Именно они и становятся основой стойкого иммунитета, благодаря которому многие инфекционные болезни не повторяются дважды в жизни одного индивидуума.

Медицина — в наступлении

Среди инфекционных заболеваний 80 процентов вирусных. Эта цифра — свидетельство победы человека над бактериальными инфекциями. Чума, холера, тиф, некогда безоговорочно первенствовавшие в медицинских статистических сводках, с приходом антибиотиков и сульфопрепаратов навсегда сдали свои позиции. Их место заняли болезни, вызываемые вирусами.

Как известно, и с этими недугами ведется успешная борьба. Побежден полиомиелит. Тягостным воспоминанием ушла в прошлое оспа. Широким фронтом идет наступление на корь: лишь за последнее пятилетие число перенесших заболевание корью снизилось в 5 раз; на повестке дня — полное искоренение этой инфекции на территории нашей страны.

Значительные усилия направляются на борьбу с гепатитом, гриппом, паротитом, вирусными респираторными заболеваниями, однако здесь решающие достижения еще впереди.

Наряду с этим ученые работают над созданием других эффективных лекарственных веществ, способных подавить вирусную инфекцию.

Работа эта начата. Во все концы нашей страны и за рубеж отправляются специальные экспедиции вирусологов. Уже получены чрезвычайно ценные данные о перемещениях вирусной гриппозной инфекции из Всемирного противогриппового центра, в деятельность которого вносит существенный вклад региональный противогриппозный центр СССР.

Как эволюционируют вирусы и каким станет SARS-CoV-2

Весной 1997 года у трехлетнего мальчика в Гонконге началась болезнь, по всем симптомам напоминавшая обычную простуду. Кашель и высокая температура не проходили шесть дней, из-за чего маленького пациента доставили в Больницу королевы Елизаветы.

Несмотря на интенсивную терапию, состояние мальчика только ухудшалось, и спасти его так и не удалось. Около месяца вирусологи анализировали образцы мокроты мальчика, пытаясь выяснить, что же послужило причиной скоропостижной смерти, но все тщетно. В итоге, китайские специалисты решили отправить биологический материал своим американским коллегам, которые сумели определить, что виновник — вирус гриппа H5N1, или птичьего гриппа.

В тот раз человечеству крупно повезло, поскольку вирус птичьего гриппа тогда не приобрел способности передаваться от человека к человеку. Но все могло быть иначе, если бы вирус H5N1 встретился с вирусом сезонного гриппа, например, в организме свиньи. В таких случаях, когда сразу несколько вирусов проникают в клетку, происходит их реассортация — обмен генетическим материалом, в результате чего возникают новые варианты вирусов.

Схема процесса реассортации вирусов

The New England Journal of Medicine

Геном вирусов гриппа состоит из 8 отдельных сегментов РНК, которые собираются в вирионы в клетке-хозяине. Если клетка одновременно инфицируется двумя вирусами гриппа, то это уже 16 сегментов, которые могут собираться в разных комбинациях. Теоретически 2 вируса гриппа могут давать 256 различных комбинаций.

Реассортация — один из основных механизмов появления пандемических вирусов. Яркий пример — вирус А(H1N1)pdm09, вызвавший пандемию в 2009 году. А(H1N1)pdm09 — продукт реассортации вирусов человека, свиньи и птиц в организме свиньи.

Это не первый коронавирус, с которым столкнулось человечество. О коронавирусах стало известно еще в середине 1960-х годов. В 2002 году коронавирус SARS-CoV стал причиной эпидемии тяжелого острого респираторного синдрома (ТОРС). Всего было зафиксировано 8437 случаев заболевания, из которых 813 закончились смертью заболевших. Спустя 10 лет стал бушевать другой коронавирус — MERS-CoV, вызвавший ближневосточный респираторный синдром (БВРС), смертность которого составляет 35 процентов.

Оба этих вируса, а также новый коронавирус SARS-CoV-2 попали к человеку от летучих мышей. Но, в отличие от вируса птичьего гриппа, коронавирусы SARS-CoV и SARS-CoV-2 легко передаются от человека к человеку.

The New England Journal of Medicine

Вирус MERS-CoV в основном передается от животного к человеку, а передача от человека к человеку возможна лишь при очень тесном контакте, например в семье или между инфицированным пациентом и врачом.

Вирусы SARS-CoV и SARS-CoV-2 сумели распространиться на людей благодаря тому, что S-белок короны вирусов по своей структуре имитирует ангиотензинпревращающий фермент 2. Благодаря этому они успешно связываются с рецепторами ангиотензинпревращающего фермента 2 АСЕ2 (их много на поверхности клеток легких — альвеолоцитов), после чего впрыскивают свою РНК внутрь клетки.

Сравнение вирусов SARS-CoV и SARS-CoV-2 показывает, что у последнего сила связывания (аффинность) с рецептором АСЕ2 выше. В исследовании китайских ученых показано, что основные отличия между вирусами SARS-CoV и SARS-CoV-2 сосредоточены между 435 и 510 аминокислотными остатками рецептор-связывающего домена (RBD). Это регион рецептор-связывающего мотива (RBM) RBD, определяющего специфичность к клеткам-хозяина.

Анализ аминокислотных последовательностей RBM двух типов коронавирусов летучих мышей (RaTG13-CoV, Bat-CoV), коронавируса панголинов (GD Pangolin-CoV) и SARS-CoV-2 показал пять ключевых отличий в аминокислотной последовательности, которые являются общими только для GD Pangolin-CoV и SARS-CoV-2.

Аминокислотная последовательность рецептор-связывающего мотива вирусов nCoV-2019 (SARS-CoV-2), Pangolin-CoV, RaTG13-CoV и Bat-CoV. Вертикальными рамочками выделены ключевые аминокислоты, принимающие участие в связывании с рецептором ACE2. Все пять аминокислот nCoV-2019 совпадают с таковыми у Pangolin-CoV. У nCoV-2019 и RaTG13-CoV всего одна общая аминокислота.

Matthew C. Wong et al. / bioRxiv, 2020

Это позволяет исследователям предположить, что панголины могут рассматриваться в качестве потенциального промежуточного хозяина, в организме которых могла произойти рекомбинация.

По мнению китайских исследователей, GD Pangolin-CoV передал вирусу RaTG13 гены, ответственные за синтез RBD, благодаря чему новый вирус приобрел возможность преодолевать межвидовой барьер. Но это пока гипотеза, поскольку сходство между двумя вирусами может быть и итогом конвергентной эволюции, когда два вида независимо друг от друга приобретают одинаковый набор признаков из-за сходства условий обитания.

И SARS-CoV, и MERS-CoV удалось сравнительно быстро обуздать из-за высокой смертности и относительно быстрого развития симптомов. Как ни странно, но чем более смертоносен вирус, тем легче его локализовать. Другая история с SARS-CoV-2. В большинстве случаев инфекция проходит в легкой форме, что позволяет вирусу выигрывать время и распространяться дальше.

Существует несколько способов, с помощью которых вирус способен преодолеть межвидовой барьер. Это мутации и рекомбинации.

Упомянутая выше реассортация генов является одним из видов рекомбинации и характерна для сегментированных вирусов (в частности, вирусов гриппа). Коронавирусы обладают несегментированной РНК, поэтому для них возможны другие варианты рекомбинации, когда один из вирусов привносит в другой вирус какой-то фрагмент генома.

Второй механизм изменчивости вирусов — это мутации. Поскольку репликация РНК, в отличие от ДНК, происходит без возможности репарации (исправления ошибок), то при синтезе РНК вероятность появления ошибок в 10 тысяч раз выше, чем при репликации ДНК.

При каждом репликационном цикле около 10 процентов РНК-вирусов имеют мутации. Это может быть выпадение или вставка одного или нескольких нуклеотидов. Мутации в РНК являются одним из основных источников антигенного дрейфа — изменения антигенных характеристик.

В отношении нового коронавируса SARS-CoV-2 промежуточного хозяина пока не установили. Анализ рецептор-связывающего домена S-протеина указывает на то, что это могут быть панголины. Но есть и другое исследование по филогенетическому анализу, в котором ученые предполагают, что промежуточного хозяина нет, а вирус перекочевал к людям непосредственно от рукокрылых.

Во всей этой истории с перемещениями важным является тот факт, что на всем протяжении своего пути вирусы постоянно мутируют. К этому их вынуждают внешние обстоятельства.

При вирусной инфекции организм хозяина запускает различные механизмы защиты. Помимо выработки антител, это запуск программы апоптоза клеток, продукция интерферона, который активирует синтез протеинкиназы, нарушающей синтез белков, в том числе и вирусных. Также при вирусной инфекции увеличивается синтез олигоаденилатсинтазы, выступающей в роли РНКазы, которая фрагментирует РНК, в том числе и вирусные.

Большинство респираторных вирусов, передаваясь от человека к человеку, теряли свои позиции под прессом иммунной системы. Такой феномен известен как аттенуация (ослабление). Ближайший родственник нового коронавируса — SARS-CoV — ослабел уже на средних стадиях эпидемии.

Дальнейшие исследования на клеточных культурах показали, что делеция в 29 нуклеотидов у вируса SARS-CoV в ORF8 привела к уменьшению его репликативной активности. Концентрация вирусных частиц с делетированным участком в инфицированных клетках была ниже в 23 раза.

За эволюцией SARS-CoV-2 пристально следит не один десяток научно-исследовательских учреждений. Международная группа ученых в режиме реального времени делится информацией о новых мутациях вируса SARS-CoV-2 на ресурсе nextstrain.org.

Полученные сведения позволили руководителю объединения вычислительному биологу Тревору Бэдфорду предположить, что переход вируса SARS-CoV-2 от летучей мыши к промежуточному хозяину состоялся 20-70 лет назад. Газете Financial Times Тревор Бэдфорд рассказал, что все изменения, происходящие с вирусом, укладываются в логику естественной эволюции, обычной для вирусов. Тем самым ученый опроверг теории о генно-инженерном создании вируса.

В начале марта вышла статья китайских ученых об идентификации двух форм вируса SARS-CoV-2 — L и S. Две формы отличаются между собой лишь двумя однонуклеотидными полиморфизмами. При этом более ранняя S-форма вируса является менее агрессивной, чем L-форма.

Более 96 процентов заболевших в Ухане заразились L-формой, в то время как в других странах на долю SARS-CoV-2 L-типа приходится чуть больше 60 процентов случаев. Группа ученых из Центра по изучению вирусов Университета Глазго считает такие выводы некорректными.

Во-первых, по мнению исследователей, двух однонуклеотидных полиморфизмов недостаточно для разделения вируса на два типа. К моменту выпуска статьи было идентифицировано 111 мутаций, не оказывающих существенного влияния на функциональный контекст.

Во-вторых, шотландские эксперты акцентируют внимание на том, что превалирование L-типа вируса не обязательно указывает, что он легче передается. Чтобы утверждать подобное, необходимо проведение исследования с проверкой нулевой гипотезы, предполагающей равные скорости передачи инфекции, чего не было сделано исследователями из Китая.

Первые обнадеживающие изменения в вирусе SARS-CoV-2 были замечены 11 марта в Сингапуре. Это делеция огромного куска все в той же OFR8 (как и у SARS-CoV и MERS-CoV) размером целых 382 нуклеотида.

Пока ученые не берутся делать однозначные выводы относительно репликативных свойств измененного вируса. Учитывая тот факт, что делеции в ORF8 вирусов SARS-CoV приводили к изменению в работе N-белка вируса, отвечающего за репликацию, исследователи предполагают, что и в данном случае речь идет об аттенуации вируса.

Возникает закономерный вопрос — это первая и последняя встреча с SARS-CoV-2 или нам придется схлестнуться с ним еще раз после окончания пандемии? Напомним, что пандемия испанки затихла в июле-августе 1918 года, а осенью пришла вторая, более смертоносная волна.

На вопрос о возможной повторной встрече с вирусом SARS-CoV-2 сейчас ответить сложно. Если все пойдет по пути значительного ослабления вируса, то в конечном итоге он превратится в один из неопасных циркулирующих вирусов, вызывающих простуды.

Если присмотреться к вирусу SARS-CoV (вызывающего ТОРС), то повторных вспышек заражения этим вирусом не было. Эпидемия началась в ноябре 2002 года, а закончилась в июне 2003-го.

В 2004 году была вспышка атипичной пневмонии в Китае, однако это произошло из-за контакта сотрудника одной из китайских лабораторий с образцом вируса SARS-CoV. Передачи от человека к человеку или от животного к человеку начиная с июня 2003 года зафиксировано не было. При этом вирус по-прежнему живет в летучих мышах и циветах, и никто не знает, будет ли повторное заражение человека.

Что касается коронавируса MERS-CoV, то он все еще дает о себе знать. После 2013 года вспышка MERS была зафиксирована в Южной Корее. Диагноз подтвердился у 182 пациентов, 33 из которых умерли от атипичной пневмонии. В 2019 году зафиксировано 212 случаев заражения и 57 случаев смерти в Саудовской Аравии и Омане. Согласно данным ВОЗ, 9 и 13 января 2020 года были лабораторно подтверждены два случая заражения вирусом MERS-CoV в Объединенных Арабских Эмиратах.

В борьбе с новым коронавирусом большие надежды возлагают на вакцины, ее разработкой занимаются множество лабораторий. Однако быстро меняющийся геном вируса SARS-CoV-2 пока не позволяет ученым гарантировать полный успех. На сегодня текущие мутации никак не усложнили поиск вакцины, но что будет через месяц-два, спрогнозировать сложно.

Помогают ученым и уже имеющиеся наработки по вакцинам против вируса SARS-CoV. Около 23 процентов Т-клеточных и 16 процентов В-клеточных эпитопов являются консервативными для обоих вирусов. Это дает основание полагать, что дальнейшие мутации, скорее всего, не будут затрагивать эти эпитопы.

Наиболее простой способ — создать вакцину на основе аттенуированного или убитого вируса, но такие вакцины обладают большим числом побочных эффектов, а кроме того, они более чувствительны к условиям хранения. Вторая разновидность — рекомбинантные вакцины, представляющие собой субъединицу S-белка вируса SARS-CoV-2, синтезированную дрожжами или бактериями. Данная вакцина не содержит вирусного материала, поэтому спектр ее побочных действий крайне низок.

И третья разновидность — РНК- или ДНК-вакцины, представляющие собой генно-инженерную конструкцию, которая при попадании в организм начинает синтезировать белки вируса SARS-CoV-2. Преимущества РНК- и ДНК-вакцин в том, что они обеспечивают не только гуморальный иммунитет (выработку антител), но и специфический клеточный иммунитет — активацию макрофагов, натуральных киллеров и цитотоксических Т-лимфоцитов. В США уже начались испытания новой вакцины на добровольцах.