Как вирусы формируют наш мир
Представим себе нашу планету без вирусов.
Один взмах волшебной палочкой — и нет больше бешенства. Пропал вирус полиомиелита. Нет смертоносного вируса Эбола. Корь, свинка и всевозможные штаммы гриппа испарились. Исчез ВИЧ, и никогда не было эпидемии СПИДа. Исчезли вирусы Нипах, Хендра, Мачупо, Син Номбре — а заодно и ужасающая статистика вызываемых ими заболеваний. Нет больше лихорадки денге. Нет ротавирусов — великое благо для развивающих стран, где ежегодно от них гибнут сотни тысяч детей. Нет вируса Зика. Исчез вирус желтой лихорадки. Исчез зачастую фатальный для человека герпес B, который переносят некоторые виды обезьян. Никто больше не болеет ветрянкой, гепатитом, опоясывающим лишаем, даже обычной простудой. Нет вируса атипичной пневмонии SARS, чье появление в 2003 году, как мы теперь понимаем, было предвестием нынешней пандемии. И конечно, гнусный вирус SARS-CoV-2, возбудитель болезни COVID-19, обескураживающе разнообразной в своих проявлениях, такой коварной, опасной и заразной, полностью исчез.
Ну как, стало легче жить?
Последствия такого сценария менее очевидны, чем кажется. Ведь фактически мы живем в мире вирусов — непостижимо разнообразных, невероятно многочисленных. Только в океанах, возможно, содержится больше вирусных частиц, чем звезд в видимой части Вселенной. Млекопитающие являются носителями по меньшей мере 320 тысяч различных видов вирусов. За большими цифрами кроются большие последствия. Многие из этих вирусов приносят обитателям Земли, в том числе и человеку, не вред, а адаптивные преимущества в эволюционной гонке.
Мы бы без них никуда не продвинулись. Например, в геноме человека и других приматов есть два отрезка вирусной ДНК, без которых была бы невозможна беременность. Другая вирусная ДНК, угнездившаяся среди генов наземных животных, помогает упаковывать и хранить память в виде крохотных белковых пузырьков. До сих пор гены, скопированные у вирусов, отвечают за рост эмбрионов, регулируют работу иммунной системы, противостоят развитию рака. Мы только начинаем понимать эти функции. Вирусы играли важнейшую роль в инициировании основных эволюционных переходов. Если, как в нашем мысленном эксперименте, стереть из истории все вирусы, то колоссальное биологическое разнообразие, украшающее нашу планету, рухнет.
Да, вирус — паразит, но иногда этот паразитизм больше похож на симбиоз, выгодный и пришельцу, и хозяину. Как огонь, вирусы — это феномен ни однозначно положительный, ни однозначно отрицательный. Вирусы — темные ангелы эволюции, великолепные и пугающие. Это и делает их столь интересными.
Начнем с основ и разберемся, чем вирусы являются, а чем — нет. Второй вопрос проще. Вирусы не являются живыми клетками. Клетки того типа, что в совокупности составляют наши с вами тела, или, скажем, органы растений, содержат сложный механизм для создания белков, накапливания энергии и выполнения других специализированных функций. Бактерия — тоже клетка, хотя и куда проще устроенная. Вирус ничем подобным не является.
Чем же он тогда является? За последние 120 лет определения не раз менялись. Мартин Бейеринк, голландский ботаник, изучавший вирус табачной мозаики, предположил в 1898 году, что эту болезнь растений вызывает некая заразная жидкость. Какое-то время вирус определяли преимущественно по размеру: объект намного меньше бактерии, однако способный, подобно ей, вызывать заболевание. Позже вирус стали считать ультрамикроскопическим возбудителем, содержащим лишь очень маленький геном, размножающийся только внутри живых клеток. Но это был лишь первый шаг к лучшему пониманию.
«Я выскажу парадоксальную точку зрения, а именно, что вирусы — это вирусы», — писал французский микробиолог Андре Львов в статье «Концепция вируса» (1957). Не слишком полезное определение, зато справедливое: вирусы уникальны.
Львов знал, что вирусы легче описать, нежели дать им определение. Каждая вирусная частица состоит из отрезка генетических инструкций (записанных в ДНК или другой хранящей информацию молекуле, РНК), которая упакована в белковую оболочку (капсид). Капсид может быть окружен мембраной, словно яблоко в карамели, которая защищает его и помогает прилепиться к клетке. Вирус может копировать себя только тогда, когда проникнет в клетку и захватит контроль над ее «3D принтером», который превращает генетическую информацию в белки.
Если клетке не повезет, в ней начинает производиться множество новых вирусных частиц. Они устремляются наружу, оставляя клетку в руинах. Такое разрушение, например, наносит SARS-CoV-2 эпителиальным клеткам дыхательных путей человека.
Однако если клетке повезет, вирус может просто обосноваться в своем новом уютном жилище, бездействуя или встраивая свой маленький геном в геном хозяина — и выжидает удобного случая. Этот вариант открывает множество возможностей для смешивания геномов, для эволюции и даже для нашего ощущения идентичности как людей. В популярной книге 1983 года британский биолог Питер Медавар и его жена Джин, редактор, заявили: «Ни один вирус добра не приносит: недаром говорят, что вирус — это комок неприятностей, завернутый в белок». Они ошибались (как и многие другие ученые того времени). Сегодня нам известны вирусы, которые приносят пользу. В белок завернута генетическая посылка, а неприятности там или хорошие новости, зависит от обстоятельств.
Откуда взялись первые вирусы? Этот вопрос отсылает нас почти на четыре миллиарда лет назад, во времена, когда жизнь на Земле еще только зарождалась в бульоне, состоящем из длинных молекул, более простых органических соединений и энергии.
Допустим, некоторые из длинных молекул (скорее всего, РНК) научились самовоспроизводиться. Дарвиновский естественный отбор начался именно тогда, когда эти молекулы — первые геномы — стали размножаться, мутировать и развиваться. В поисках конкурентного преимущества некоторые из них могли отыскать или самостоятельно построить защиту в виде мембран и стенок, что привело к появлению первых клеток. Эти клетки давали потомство, разделяясь надвое. Разделились они и в более широком смысле, на бактерии и археи, два из трех доменов клеточной жизни. Третий, эукариоты (он включает и нас с вами, и все другие живые организмы — животных, растения, грибы и некоторые микроорганизмы, — чьи клетки обладают сложным внутренним строением), появился несколько позже. Таковы три огромных ветви древа жизни.
Но куда же деть вирусы? Можно ли считать их четвертой ветвью? Или они представляют собой этакую омелу, паразита, явившегося откуда-то со стороны? В большинстве версий древа жизни вирусами попросту пренебрегают.
Ряд специалистов предполагает, что вирусы не следует размещать на древе жизни, поскольку они не живые. Довольно спорный аргумент, зависящий исключительно от того, как мы определяем «живое». Куда интереснее признать, что вирусы — одни из обитателей большого шатра под названием «Жизнь», и задаться вопросом, как они туда попали.
Существует три основных объяснения эволюционного происхождения вирусов, известные как гипотеза первичности вирусов, гипотеза бродяжничества и гипотеза вырождения. Гипотеза первичности вирусов — это предположение, что вирусы появились до клеток, каким-то образом собрав себя прямиком из первичного бульона. Гипотеза бродяжничества (ее еще называют гипотезой беглой ДНК) утверждает, что гены или участки геномов вытекали из клеток, оказывались упакованными в белковые капсиды и становились бродягами, которые в конце концов нашли себе новую экологическую нишу паразитов. Согласно гипотезе редукции, вирусы произошли от неких клеток, которые под давлением естественного отбора уменьшались в размерах (самовоспроизводиться легче, если ты маленький и несложно устроен), избавлялись от генов и в конце концов дошли до такой простоты, что могли выживать, только паразитируя на других клетках.
Есть и четвертое, относительно новое объяснение, известное как гипотеза химерного происхождения вирусов. Ее создателей вдохновила одна категория генетических элементов — транспозонов, которые иногда называют «прыгающими генами». Эти предприимчивые элементы добиваются эволюционного успеха, перескакивая из одной части генома в другую, реже — из одной клетки в другую. Они используют ресурсы клетки, чтобы снова и снова создавать копии самих себя. Так транспозоны защищаются от неожиданного вымирания. Они накапливаются в очень больших количествах. Например, около половины генома человека составляют транспозоны. Согласно гипотезе химерного происхождения, первые вирусы могли появиться, когда эти элементы позаимствовали у клеток белки, чтобы прикрыть свою наготу защитными капсидами.
У каждой их этих гипотез есть свои достоинства. Но в 2003 году еще более весомой стала гипотеза редукции: был открыт гигантский вирус. Он был найден был внутри амеб — одноклеточных эукариотов. Этих амеб собрали из воды, взятой из градирни в Брэдфорде, Англия. Внутри некоторых находились загадочные комочки — достаточно большие, чтобы их можно было увидеть в оптический микроскоп (а вирусы, как считалось, для этого слишком малы), и похожие на бактерии. Ученые пытались найти в них гены бактерий — безрезультатно.
В США снимут сериал об «отважных американских врачах», спасших Европу от «китайского вируса»
Кинокомпания «Ворнер Бразерс» начала работу над сериалом «Охотники за вирусом», повествующем о подвиге американских медицинских работников, которые помогли странам Евросоюза справиться с эпидемией загадочной болезни, пришедшей из Китая. Премьера первого сезона сериала состоится 20 августа.
Согласно сюжету фильма, весь мир захлёстывает эпидемия болезни FLUID-20, созданной китайскими военными врачами в тайной лаборатории на основе наработок СССР. Единственным оплотом человечества, свободным от страшного вируса, остаются Соединённые Штаты. 6 июня группа американских врачей высаживается в Нормандии и начинает помогать европейским коллегам бороться с эпидемией, что становится переломным моментом в борьбе человечества за жизнь. Героям противостоят китайские и российские спецслужбы, боевики ЛНР и восточноевропейский диктатор Нефтеслав Драгомирович, пытающийся с помощью эпидемии разрушить Евросоюз. Бюджет кинокартины составит 260 млн. долларов.
«Для нас очень важно показать европейцам, что старший брат не покинул их. Он стоит рядом и протягивает руку помощи в тяжёлый для них час, когда Россия и Китай пытаются своими действиями пошатнуть миропорядок. Мы не позволим беспринципной и наглой пропаганде с Востока ставить под вопрос евроатлантическое единство», – сказал режиссёр картины Йозеф Даллес.
949 неизвестных инфекций: «охотники за вирусами» нашли источники новых пандемий
В феврале 2018 года в штаб-квартире ВОЗ в Женеве прошли консультации с участием лучших вирусологов, микологов, микробиологов. Главной задачей было определить перечень заболеваний, которые в ближайшие годы могут привести к чрезвычайных ситуациям в сфере здравоохранения.
В итоговый шорт-лист вошли: конго-крымская геморрагическая лихорадка, геморрагическая лихорадка Эбола, вирус Марбург, лихорадка Ласса, вирусы Нипах, SARS и MERS, лихорадка Рифт-Валли, вирус Зика. Последней значится таинственная «болезнь X». И вот, как ее описывали в The New York Times: «Болезнь X, скорее всего, будет проявлением вируса, происходящего от животных, и возникнет на нашей планете там, где экономическое развитие тесно связывает людей и животный мир. В начале вспышки она, вероятно, будет ошибочно принята за другие заболевание и станет распространяться быстро и незаметно. Распространяясь вместе с передвижением людей и торговлей, она достигнет многих стран, и это помешает ее сдерживанию. Смертность от болезни Х будет выше, чем от сезонного гриппа, но она будет распространяться так же легко, как грипп. Потрясения на финансовых рынках произойдут еще до того, как болезни будет присвоен статус пандемии».
Теперь мы понимаем, что COVID-19, видимо, и есть та самая болезнь X. Человечество обязательно сделает выводы из этой ситуации. Нужен контроль, особенно за животными инфекциями. Но как его обеспечить и сколько еще зоонозных вирусов способны вызвать пандемию?
Только вирусов животные и птицы переносят более полутора миллионов, и по меньшей мере 650 тысяч из них умеют заражать людей.
Угроза новых инфекций стала очевидной еще во второй половине прошлого века: более 300 вспышек с 1940 года. Причем, доля зоонозных заболеваний с каждым десятилетием только росла. А вот доля препаратов, которые могли с ними справиться, напротив, уменьшалась.
В XXI веке по сути ничего не изменилось, даже стало хуже. SARS, MERS, Зика, Эбола, тот же COVID-19 — все пришли из дикой природы. На сегодня известно, что 60 процентов патогенов имеют животное происхождение, однако до сих пор проблеме уделяли недостаточно внимания, считают ученые.
«XXI век — это время больших эпидемиологических перемен, связанных с перенаселенностью. Изменения проявятся как на пандемическом, так и на эпидемическом уровне. Риски возрастают. И мы не готовы к этому», — считает Дэннис Кэррол, руководитель глобального проекта Virome.
Опасность возникает, когда человек вторгается на «запретную территорию». Обычно это связано с промышленным и сельскохозяйственным освоением новых земель, расширением транспортных маршрутов.
Наглядный пример — вирус Нипах. Первая вспышка случилась в Малайзии в 1999-м. Заболели фермеры-свиноводы, которые слишком далеко углубились в джунгли. От летучих лисиц инфекция передалась свиньям, а от свиней — людям. В настоящий момент болезнь распространилась также на Индию и Бангладеш. Смертность составляет до 75 процентов, причем, каждый пятый выживший дальше обречен страдать: непрекращающиеся конвульсии, паралич, изменения личности — так природа мстит тем, кто шагнул за черту. А сколько еще страшных патогенов пока не заявили о себе?
Ответ на этот вопрос сейчас ищут сразу несколько исследовательских групп. Международный проект Virom ставит целью описать большинство зоонозных вирусов: где на планете находится их природный резервуар, насколько тесно с переносчиками инфекции контактируют люди, какие домашние животные рискуют заразиться.
Это поможет лучше оценить уровень опасности. Параллельно партнерская программа «Предикт» занимается поиском неизвестных патогенов. За 10 лет по всему миру таких обнаружено 949.
«Программа «Предикт» ищет вирусы, которые вот-вот могут перейти от животных к человеку. То есть мы пытаемся идентифицировать вирусы еще до того, как они вызовут эпидемии среди людей. Это самое главное. Представьте, если бы с этим коронавирусом мы бы заранее знали геномную последовательность, тогда мы были бы готовы к созданию вакцины», — отметил Пранав Пандит, научный сотрудник Института здоровья и ветеринарной медицины Калифорнийского университета в Дейвисе.
Впрочем, сам по себе атлас зоонозов ни от чего не защитит. Необходимо изучать возможности, повадки каждой болезни.
В 2012-м в ходе экспериментов на хорьках было доказано, что вирус птичьего гриппа А/H5N1 способен передаваться воздушно-капельным путем между млекопитающими, и для этого ему достаточно всего лишь 5 аминокислотных замен.
А недавно в пещерах Мьянмы нашли два новых коронавируса. Теперь исследователи должны установить их пандемический потенциал и дать рекомендации правительству, как действовать. Работа тяжелая, требует колоссальных вложений. И все же это дешевле, чем бороться с эпидемиями.
Ученые приводят такие расчеты : оценка всех оставшихся вирусных угроз обойдется миру не дороже масштабной вспышки лихорадки Эбола где-нибудь в западной Африке.
«Есть модели, которые доказывают экономическую эффективность таких исследований. Все вирусы можно условно разделить на две большие группы — это ДНК- и РНК-вирусы. В РНК-вирусах происходит гораздо больше мутаций, и иногда это приводит к инфицированию человека. Среди них есть особо опасные, например, филовирусы. Самое интересное, что проект «Предикт» в сентябре 2019 года закрыли из-за проблем с финансированием. И мы уже готовились сворачивать работу, когда случилась вспышка коронавируса. Теперь проект продлили на полгода. Но я думаю проект «Предикт» и дальше будет продолжаться», — сказал Пранав Пандит.
Кстати, пандемия COVID-19 высветила еще одну серьезную проблему. Речь о контрабанде редких животных. Есть гипотеза, что промежуточным носителем коронавируса был панголин, нелегально ввезенный на территорию Поднебесной. Эти причудливые создания — самый ходовой товар на черных рынках Азии и не только. А теперь представим, что было бы, если бы вспышка новой инфекции случилась не в Китае, где сразу выявили заболевание и поставили в известность ВОЗ, а в какой-нибудь другой стране, откуда патоген стал бы распространяться незаметно?
Возможно, к настоящему моменту никакие меры уже не позволили бы его сдержать. И это вновь возвращает нас к необходимости адекватной оценки вирусных угроз.
