Планета вирусов: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Белки, такие как АРОВЕСЗ, эффективно борются с ретровирусами, но не могут искоренить их полностью. За миллионы лет в нашем геноме накопилась масса генетического материала, оставшегося в наследство от мертвых ныне вирусов. В каждом из нас есть почти 100 тысяч фрагментов ДНК эндогенных ретровирусов, что составляет около 8% от общего числа генов. Чтобы представить себе их количество, нужно вспомнить, что все 20 тысяч генов, формирующих белки, из которых состоит весь наш организм, составляют лишь 1,2%. Ученые также нашли миллионы мелких фрагментов «прыгающей ДНК» в человеческом геноме. Вероятно, многие из этих фрагментов также принадлежат ДНК ретровирусов, разорванные на мельчайшие части многими мутациями и способные лишь к самокопированию.

Эндогенные ретровирусы могут быть опасными паразитами, но ученые нашли несколько приносящих нам пользу. Когда оплодотворенная яйцеклетка формирует плод, часть его клеток становятся плацентой, которая предназначена для передачи зародышу питательных веществ. Клетки внешнего слоя плаценты сплавляются воедино, разделяя ДНК и другие молекулы. Хайдман и другие исследователи обнаружили, что эндогенные ретровирусы человека играют в этом процессе решающую роль. Клетки верхнего слоя плаценты используют ген для формирования белковой оболочки, связывающей их вместе. В один из самых интимных моментов, когда новая жизнь начинается путем слияния двух других, вирусы обеспечивают наше выживание. Нет деления на нас и них — есть только всеобъемлющее непрекращающееся смешение генов.

ВИРУСНОЕ БУДУЩЕЕ

Молодая чума

Вирус иммунодефицита человека

Каждую неделю Центр по контролю и предотвращению заболеваний (США) выпускает брошюру, называемую «Еженедельный отчет о заболеваемости и смертности населения». Выпуск, пришедшийся на 4 июля 1981 года, был обыкновенным для такого издания чередованием обыденности и загадочности. Загадочным являлся отчет из Лос-Анджелеса, где врачи заметили странное совпадение. Между октябрем 1980-го и маем 1981-го пятеро мужчин поступили в больницы города с одним и тем же редким заболеванием, известным как пневмоцистоз.

Пневмоцистоз вызывается известным грибком Pneumocystis jiroveci. Споры этого грибка настолько распространены, что большинство людей вдыхают их еще в детстве. Наша иммунная система вскоре уничтожает споры и вырабатывает антитела, защищающие нас от последующего заражения. Однако, попав в организм человека со слабым иммунитетом, P. Jiroveci начинает свирепствовать. Легкие наполняются жидкостью и покрываются рубцами. Жертвам заболевания буквально приходится бороться за каждый вдох, чтобы не умереть. Пятеро мужчин из Лос-Анджелеса не походили на обычных жертв пневмоцистоза. Они были молоды и могли похвастаться отменным здоровьем, прежде чем заболели. Комментируя данные «Еженедельного отчета о заболеваемости и смертности населения», редактора обсуждали странные симптомы пяти пациентов и «предположили наличие у них некой клеточно-иммунной дисфункции».

Они и не подозревали, что в отчете они опубликовали первые данные о начале величайшей эпидемии в современной истории. Пятеро мужчин из Лос-Анджелеса в самом деле страдали клеточноиммунной дисфункцией, как позже выяснилось, вызываемой вирусом, названным вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ). Вирус, по данным проведенных исследований, инфицировал людей на протяжении пятидесяти лет. В 80-х годах XX века он наконец проявил себя, и с этого момента им заразилось около 60 миллионов человек. Около половины впоследствии умерли.

Смертельная дань, собираемая ВИЧ, становится еще более пугающей, так как его не так уж просто получить. Вы не заразитесь ВИЧ, если инфицированный человек чихнет рядом с вами или пожмет вашу руку. ВИЧ передается через жидкости тела, такие как кровь и сперма. Вирус может передаваться во время незащищенного секса. Зараженные доноры могут инфицировать других людей при переливании крови. Инфицированные матери могут передать ВИЧ своим еще не родившимся детям. Люди, употребляющие героин и другие наркотики, могут заразиться ВИЧ, пользуясь одной иглой с его носителем.

Попав в организм человека, ВИЧ атакует саму иммунную систему. Он закрепляется на определенном типе иммунных клеток, называемых Т-хэлперами, и их мембраны начинают лопаться, как мыльная пена. Подобно другим ретровирусам, он вводит свой генетический материал в геном самой клетки. Гены и белки ВИЧ берут клетку под свой контроль, заставляя ее делиться, производя новые вирусы ВИЧ, которые впоследствии заражают другие клетки.

Вначале популяция ВИЧ в организме человека растет с угрожающей скоростью. Как только иммунная система распознает зараженные клетки, она начинает убивать их, сводя количество вирусов к минимуму. Для больного эта схватка имеет симптомы легкой простуды. Иммунная система уничтожает большую часть вирусов, но малому их количеству удается затаиться и выжить. Т-хэлперы, служащие им укрытием, продолжают расти и размножаться. Время от времени зараженный Т-хэлпер активизируется и выстреливает скопление вирусов, заражающих соседние клетки. Иммунная система отражает эти новые волны, но со временем у нее заканчивается ресурс, и она разрушается.

Нарушение иммунной системы может произойти через год или через двадцать. Но, независимо от того, сколько потребуется времени, исход будет один — организм становится не в силах защитить себя от инфекций, которые здоровый человек даже не заметил бы. В начале 1980-х в больницы начали обращаться толпы ВИЧ-инфицированных, больных странными болезнями, вроде пневмоцистоза.

Врачи обнаружили симптомы ВИЧ задолго до того, как узнали о существовании самого вируса, назвав заболевание синдромом приобретенного иммунодефицита, или СПИД. В 1983 году, через два года после первых зарегистрированных случаев заболевания СПИДом, французским ученым впервые удалось выделить ВИЧ из организма больного. Дальнейшие исследования подтвердили предположение о том, что именно ВИЧ является причиной СПИДа. В это же время были зарегистрированы случаи заболевания СПИДом как в США, так и в других странах мира. Другие великие эпидемии, такие как малярия и туберкулез, являются нашими старыми врагами, убивающими людей тысячи лет. ВИЧ же за несколько лет продвинулся от статуса никому не известного заболевания в 1980-х до глобальной чумы. В этом заключалась главная загадка для эпидемиологов.

Чтобы разгадать ее, ученые начали изучать гены ВИЧ, полученные от разных пациентов. Они исследовали больных не только из США, но и из других стран мира, где были зарегистрированы случаи заболевания. Они построили дерево эволюции, где каждый штамм ВИЧ соединялся со своим предком. Исследователям удалось выяснить, что существует не один ВИЧ, а два. Подавляющее большинство случаев заражения ВИЧ вызываются штаммом, названным ВИЧ-1, а все остальные отличной от него формой вируса ВИЧ-2. Два типа ВИЧ отличаются друг от друга по многим параметрам, включая их симптомы: воздействие ВИЧ-2 намного мягче, чем ВИЧ-1.

Как выяснили ученые, ВИЧ принадлежит к большой группе медленно развивающихся ретровирусов, называемых лентивирусами. Лентивирусы инфицируют многих млекопитающих: кошек, лошадей, коров и обезьян. В 1991 году Престон Маркс (Preston Marx) из Нью-Йоркского университета обнаружил, что ВИЧ-2 является родственным лентивирусам, поражающим обитающих в Африке обезьян, дымчатых мангабеев. Они заключили, что ВИЧ-2 ведет свое происхождение от лентивирусов мангабеев. В Западной Африке, где ВИЧ-2 наиболее распространен, некоторые люди содержат обезьян как домашних животных, а некоторые даже употребляют в пищу. Возможно, зараженные мангабеи передали вирус человеку при укусе.

Гораздо труднее было выявить происхождение ВИЧ-1, являющегося причиной большинства случаев заболевания СПИДом. Это объясняется тем, что животных, которые являются носителями наиболее сходного по структуре с ВИЧ-1 вируса, гораздо труднее изучать. Эти животные — шимпанзе. Относительно немногие шимпанзе живут в неволе, а взятие крови на анализ у шимпанзе, живущих в диких условиях, чертовски сложная задача. Они легко возбудимые, очень сильные и не особо приветствуют людей с иглами. Ученым пришлось изобретать новые способы проверки шимпанзе на ВИЧ, в частности, поиск вирусов в их кале. Постепенно ученые собрали подборку лентивирусов, напоминающих ВИЧ-1 у шимпанзе. Сравнивая эти вирусы друг с другом, они обнаружили, что некоторые штаммы ВИЧ-1 ближе к вирусам шимпанзе, чем к другим штаммам ВИЧ-1. Структура древа вирусной эволюции позволяет предположить, что ВИЧ-1 эволюционировал из вирусов шимпанзе несколько раз.

Но когда произошел этот переход? Некоторые ученые надеялись найти ответ на данный вопрос, изучая дела больных, умерших при странных обстоятельствах до открытия ВИЧ. В 1988 году, например, исследователи обнаружили ВИЧ у норвежского моряка Арвида Ноэ (Arvid Noe), погибшего в 1976-м. Проникнуть глубже в историю ВИЧ не представлялось возможным, так как большинство заразившихся им людей жили в бедных странах и умирали без проведения медицинских тестов, которые могли бы обнаружить такие необычные заболевания, как пневмоцистоз.

Оказалось, что размножающиеся в организме человека вирусы могут дать ключ к происхождению ВИЧ. В 1990-х ученые из Национальной лаборатории Лос-Аламоса собрали базу данных генетического материала ВИЧ, полученного от тысяч пациентов. При помощи специального оборудования, они проанализировали собранный материал, что позволило им выявить мутации, которые претерпели вирусы с момента их происхождения от общего предка. Собрав воедино полученные результаты, ученые установили, что ВИЧ претерпевает мутации примерно через равные промежутки времени. Другими словами, изменения генетической последовательности вируса накапливаются как песчинки в нижней чаше песочных часов. Измерив высоту горки песка, можно узнать, сколько прошло времени. Было установлено, что общий предок ВИЧ-1 появился в 1933 году.

Эту оценку подтвердило выдающееся открытие, сделанное в Киншасе, столице Демократической Республики Конго, где в хранящихся в госпиталях тканях был обнаружен вирус. В 1988 году Дэвид Хо и его коллеги из Университета Рокфеллера сообщили о том, что ими был обнаружен ВИЧ, находящийся в образце крови, взятом у пациента в Киншасе в 1959 году.

В 2008 году Майкл Уоробей (Michael Worobey) и его коллеги из Университета Аризоны обнаружили ВИЧ во втором образце ткани из Киншасы, датированном 1960 годом. Эти два открытия дают ученым право заявлять о существовании ВИЧ в начале XX века.

Молекулярные часы, созданные исследователями из Лос-Аламоса, обладали достаточной точностью, для того чтобы определить возраст вирусов из Киншасы, основываясь лишь на их генетической последовательности. Однако наличие двух различных вирусов дает представление о распространенности ВИЧ в Киншасе в 1960-х годах. Уоробей обнаружил, что старые вирусы не были родственны друг другу. Напротив, они были близки каждый своей разновидности существующего сегодня ВИЧ-1. Изучив дальнее родство этих двух вирусов, Уоробей заключил, что «предки» сегодняшнего ВИЧ-1 уже существовали в 1960-е. Более того, все они, скорее всего, циркулировали вокруг Киншасы.

Такие данные указывают на то, как зародился ВИЧ-1. Вирусы, подобные ВИЧ-1, циркулировали среди шимпанзе по всей Африке. Охотники, убивая шимпанзе ради мяса, время от времени заражались вирусом. Однако, живя в относительной изоляции, эти охотники были «тупиком» для распространения вирусов. В начале XX века у вирусов появилась более реальная возможность для распространения, когда в Центральной Африке стали появляться колониальные поселения с населением 10 тысяч человек и более. Речное сообщение позволило вирусам проникать в города из отдаленных лесных районов. Шимпанзе, являющиеся носителями предка ВИЧ-1, сейчас обитают на юго-востоке Камеруна. То, что реки, протекающие через эти районы, в конце концов достигают Киншасы, не может быть просто совпадением.

В растущем городе Киншаса (ранее известном как Леопольдвилль) ВИЧ-1 мог спокойно размножаться. Таким образом, вирус получил популяцию, внутри которой он мог бы размножаться и эволюционировать, приспосабливаясь к новым носителям. К 60-м годам ВИЧ-1 приобрел большое генетическое разнообразие.

Уоробей и его коллеги начали наносить на карту последующее распространение ВИЧ-1 из Киншасы по всему миру. Так, например, наиболее известный в США штамм ВИЧ-1 относится к подтипу В. Самые ранние разновидности ВИЧ-1 подтипа В были обнаружены на Гаити, и Уоробей предположил, что он произошел от африканского вируса в 1960-х годах. Это произошло тогда, когда многие люди вернулись на Гаити из Конго, после приобретения страной независимости от Бельгии. Вместе с ними пришел вирус. Иммигранты с Гаити или американские туристы могли принести вирус в США. Наиболее старые вирусы подтипа В были обнаружены в 1970-х. К тому моменту прошло только 40 лет с момента приобретения этого вируса человеком и пройдет еще 10 до момента поступления в больницы Лос-Анджелеса пятерых мужчин со странной формой пневмонии.

К моменту обнаружения врачами в 1983 году вирус уже стал глобальной катастрофой. В результате он намного опережал любые попытки врачей замедлить его распространение. До начала 1990-х все попытки замедлить распространение эпидемии не давали видимых результатов.

Хорошо себя зарекомендовало изменение образа жизни людей. Правительство Уганды запустило масштабную кампанию против ВИЧ, включавшую в себя пропаганду использования презервативов и улучшение качества личной гигиены. В результате в стране количество инфицированных уменьшилось с 15% в начале 1990-х до 5% в 2001 году. К несчастью, спонсирование этой программы прекратилось через несколько лет, и количество больных опять стало увеличиваться.

Другие ученые пошли по пути исследования препаратов, способных замедлить развитие болезни, сохраняя иммунную систему в состоянии, в котором та не способна допустить развития СПИДа. Сегодня миллионы людей принимают лекарства, мешающие ВИЧ заражать клетки иммунной системы и размножаться. В обеспеченных странах эти препараты позволяют людям вести относительно здоровый образ жизни. Стоимость лекарств такова, что большинство ВИЧ-инфицированных, живущих в беднейших странах, не могут позволить себе купить лекарство, способное продлить их жизнь на десять лет и даже больше. Однако мы можем наблюдать позитивные сдвиги, так как на сегодняшний день правительства развитых стран и неправительственные организации поставляют медикаменты в наиболее нуждающиеся страны, и количество таких программ помощи растет с каждым годом.

Но такие лекарства не являются панацеей, хотя и способны продлить жизнь. У них имеются побочные эффекты, проявляющиеся после нескольких лет терапии, и они подстегивают появление невосприимчивых вирусов, что требует перевода пациента на лечение другими препаратами. Теоретически лучшим решением проблемы стала бы вакцина, которая не позволила бы вирусам закрепляться в нашей иммунной системе или которая заставила бы нашу иммунную систему уничтожать их более эффективно. Вакцинация была бы менее затратной, чем Медикаментозное лечение, и могла бы замедлить распространение ВИЧ. Однако все старания, направленные на разработку подобной вакцины, пока оканчиваются ничем. В 2008 году, например, испытания вакцины, разработанной Мерком, пришлось свернуть, так как было установлено, что она увеличивает шансы человека заразиться, а не уменьшает их.

Нам не следует полагаться на какую-либо вакцину, даже если она показывает положительные результаты во время своего испытания. Это связано с тем, что ВИЧ эволюционирует гораздо быстрее. ВИЧ принадлежит к особой группе вирусов, включающей в себя также и грипп. Вирусы этой группы неточно воспроизводят свой генетический материал. Они очень сильно мутируют в короткие сроки. Эти мутации дают широкий простор для естественного отбора, и в результате появляются все более приспособленные вирусы. Даже в организме отдельно взятого носителя естественный отбор может улучшить способность вируса оставаться незамеченным нашей иммунной системой.

В 2008 году Филип Гоулдер (Philip Goulder), ученый-медик из Оксфорда, собрал международную команду ученых, установивших непрекращающуюся эволюцию ВИЧ. Они изучили иммунную систему 2 800 человек со всего мира, осматривая белки, известные как человеческие лейкоцитарные антигены, которые используются инфицированными клетками для транспортировки вирусов на поверхность клетки. Фрагменты вирусов идентифицируются иммунной системой, которая уничтожает зараженную клетку. У разных людей за формирование лейкоцитарных антигенов отвечают разные комбинации генов. Гоулдер и его коллеги обнаружили, что для каждой страны ВИЧ сформировал собственный адаптивный аппарат, наиболее эффективный для лейкоцитарных антигенов, характерных в этой стране. Эта находка подтверждает, что ВИЧ стремительно приспосабливается к различиям в иммунных системах людей по всему миру. Это должно отрезвить энтузиастов, мечтающих разработать вакцину против ВИЧ. Даже если вакцина и даст иммунной системе инструменты для борьбы с ВИЧ, вирус все равно найдет выход.

Существует возможность того, что разработчики вакцины смогут обезопасить нас, постоянно совершенствуя вакцину, так, чтобы она всегда была на шаг впереди вируса. Другой заманчивой возможностью является взгляд в прошлое. Группа американских ученых сравнили широкий спектр вирусов подтипа В и реконструировали белок, производившийся их общим предком. Затем они создали вакцину на основе этого древнего белка. Такая вакцина была испытана на обезьянах, которые стали более устойчивы к большему числу штаммов ВИЧ, чем при испытаниях любой другой вакцины. Будущее борьбы с ВИЧ, таким образом, может лежать в прошлом. 

Новый американец

Вирус Западного Нила