Ежегодно гриппом заболевает от трех до пяти миллионов человек по всему миру. Смертельные случаи гриппа, увы, не редкость (максимальная оценка — 500 000 смертей в год). Но для большинства из нас эта болезнь оборачивается неделей на больничном из-за температуры и «ломоты в костях».
Впервые вирус гриппа человека был описан в начале 1930-х годов. Однако многочисленные пандемии прошлого столетия наводят на мысль, что их виновником также были разные варианты этого вируса. Более того, зная, что большинство заболевших знаменитой испанкой 1918 года (50 миллионов смертельных случаев по всему миру) молодые люди, можно предположить, что старшее поколение было защищено иммунитетом, полученным во время ее прошлой, не описанной эпидемии.
Дрейф и шифт: ты — мне, я — тебе
«Смысл жизни» вируса гриппа — бесконечное размножение. Но чем больше раз умножается геном, тем больше вероятность появления случайных мутаций. Обычно это замена всего одной «буквы» в коде, так называемые точечные мутации. В итоге каждое новое поколение вирусных частиц хоть ненамного, но отличается от предыдущего. Учитывая скорость мутаций и темпы производства вирусных «детей», неудивительно, что каждый год мы болеем новой разновидностью гриппа. Но так как иммунная система знакома с прошлогодним вариантом вируса, она может бороться и с его «потомками», пусть и несколько менее эффективно.
Непрекращающаяся эволюция вирусов гриппа называется дрейфом. Но есть куда более хитрый процесс под названием «шифт». В этом случае часть своих генов человеческий вирус заимствует от «собратьев», которые, например, заражают животных. В таком перемешивании вирусных геномов важную роль играют домашние птицы и свиньи, потому что у свиней есть и птичий, и человеческий варианты рецепторов, на которые прикрепляется вирус. То есть клетки этих животных служат местом встречи двух разновидностей гриппа, которые больше нигде в природе пересечься не могут.
Поэтому, если свинья случайно заразится одновременно и птичьим, и человеческим гриппом, оба варианта вирусного генома попадут в одну клетку и при сборке готовых частиц объединятся в ней случайным образом. Подобные совпадения происходят нечасто, и далеко не все варианты сборки опасны для человека. Но именно так появились вирусы, ответственные как минимум за три из четырех страшных пандемий последнего столетия — испанский грипп 1918 года, гонконгский грипп 1968 года и русский грипп 1977 года. Ученые полагают, что свиньи «подарили» нам и новый опасный вирус H7N9, который «научился» заражать человека в феврале 2013 года. К лету было подтверждено 132 случая заболевания в Китае, из которых 43 оказались смертельными. Однако для того чтобы стать по-настоящему опасным, вирус должен уметь не только заражать людей, но и передаваться от человека к человеку воздушно-капельным путем. Пока H7N9 этого не может.
Читальный зал
Домашние микробы
С тех пор как Земмельвайс и Листер впервые начали стерилизовать руки и хирургические инструменты, микробы, существующие в окружающей среде, воспринимались нами почти исключительно как угроза нашему здоровью.
Теперь мы пьем хлорированную воду и пользуемся бактерицидными моющими средствами. Любое приготовление пищи стало упражнением по стерилизации продуктов и кухонной утвари. При этом все наши усилия по обеззараживанию жизни не только лишили нас успокаивающего иммунную систему благотворного эффекта безвредных бактерий, но и принесли нам лишь частичную победу в борьбе с инфекционными заболеваниями.
«Всякий раз, когда мы делаем ту или иную поверхность стерильной, мы становимся жертвами всего, что может на нее попасть, — утверждает микробиолог из Рокфеллеровского университета Дэвид Талер. — Это все равно что вспахать поле, но ничем его не засеивать и пытаться жить на тех сорняках, что на нем вырастут».
Талер особенно широко известен (в научных кругах) своими идеями о генетических изменениях, задействованных в развитии клеток и в эволюции видов. Однако в последние годы он сосредоточил свои интеллектуальные усилия на… пересмотре наших отношений с миром бактерий. …По мнению Талера… нам предстоит вторая неолитическая революция, благодаря которой мы перейдем от охоты на мик робов к их одомашниванию и преднамеренному засеванию нашей среды тщательно отобранными штаммами и видами.
Таблетки и вакцины: борьба с призраком
Из-за того что вирус гриппа мутирует каждый год, ученым очень сложно придумать универсальное средство, которое одинаково хорошо справлялось бы с вирусами разных типов. Но кое-какие успехи на этом фронте есть.
«Существуют два эффективных препарата против гриппа — тамифлю и реленза, — говорит педиатр Центра врожденной патологии клиники GMS Федор Катасонов. — Они укорачивают время болезни, облегчают тяжесть течения и снижают вероятность осложнений, если лечение начато в первую пару дней болезни. Весьма умеренной эффективностью обладает ремантадин. Первые два препарата тормозят высвобождение вирусов из клетки, блокируя работу нейраминидазы, белка, который отвечает за выход новых вирусных частиц из клетки. Ремантадин тормозит размножение вируса после его попадания в клетку. Однако даже эти препараты не являются „чудесными таблетками“, в которые верит большинство соотечественников. „Я, кажется, заболеваю. Что бы мне такое выпить?“ — этот вопрос я слышу по сотне раз за зиму, но ответа на него нет. Все остальные „противовирусные“ средства и иммуномодуляторы находятся в спектре от бесполезных до вредных. Эффективность некоторых — бессмысленных препаратов — никто так и не смог доказать. Но есть широко рекламируемые средства, которые явно вмешиваются в работу иммунной системы, однако вряд ли это идет ей на пользу».
В будущем исследователям, возможно, удастся создать еще несколько более или менее эффективных противогриппозных препаратов. В этом уверен доктор медицинских наук, профессор, заведующий лабораторией физиологии вирусов ФГБУ НИИ вирусологии им. Д.И. Ивановского Минздрава РФ Николай Каверин:
«Большинство вирусных белков резко отличны от белков клетки. Разработка новых антивирусных средств на базе веществ, реагирующих с вирусными, но не клеточными белками, должна в ближайшие годы дать в руки врачей эффективные средства борьбы с гриппозной инфекцией. Уже сегодня широко применяются, например, вещества, которые блокируют работу вирусной нейраминидазы (занамивир и озельтамивир)».
Также на рынке уже есть лекарства, прицельно бьющие по другим важным вирусным белкам, например по ферменту, который умножает количество РНК гриппа. Такие препараты обычно уничтожают не только грипп, а сразу несколько разнообразных вирусов, у которых есть похожие биохимические процессы. Еще один путь борьбы с вирусом — сезонная вакцинация. Из-за фантастической способности гриппа видоизменяться создать прививку, которая защищала бы организм всю жизнь, не удастся, но снизить вероятность заражения во время эпидемии вполне можно. «Эффективность вакцины довольно высока — 75–90%. Каждый год в нее входят новые варианты вируса (штаммы), которые, как предполагают, должны быть распространены в ближайшую сезонную эпидемию. За последние 10 лет со штаммом не угадали только однажды (в сезоне 2007/2008), но и при этом защита работала, просто менее эффективно», — отмечает Катасонов.
Иллюстрация
С точностью до атома
Первая в мире полная достоверная модель вируса гриппа A/H1N1 с атомным разрешением, созданная в рамках проекта «Зоопарк вирусов» (Viral Park) компании Visual Science при участии Национального центра биотехнологии в Мадриде. Цель проекта — построение научно достоверных 3D-моделей распространенных вирусов человека с максимальной детализацией. Сложность задачи в том, что ни один из научных подходов по отдельности не позволяет получить изображение целой вирусной частицы с разрешением до отдельных атомов или хотя бы молекул. Современные методы дают информацию о строении крошечных, зачастую неполных фрагментов или очень грубые изображения целой частицы. Специалисты Visual Science собирают воедино данные огромного количества работ по молекулярной биологии, вирусологии и кристаллографии вирусов, мнения экспертов из ведущих научных центров мира и результаты молекулярного моделирования, полученные научным отделом компании.
В ходе проекта уже созданы модели вирусов лихорадки Эбола, ВИЧ и ВПЧ, которые входят в ведущие учебники по вирусологии и медицине и в презентации нобелевских лауреатов. В ближайшие годы «Зоопарк вирусов» пополнится еще 12–15 «обитателями».
Чаще всего применяются так называемые тривалентные инактивированные вакцины. Они состоят либо из смеси вирусных частиц, либо из смеси вирусных оболочек, либо из очищенных гемагглютинина и нейраминидазы. Композицию вакцин разрабатывают каждый год на основе предсказаний ВОЗ о вариантах двух типов гриппа А и одного типа B. Делают так потому, что у человека больше всего распространены вирусы гриппа А, тип В на втором месте. Есть подобные вакцины и в форме спреев в нос, они обеспечивают наработку иммунитета прямо в месте появления «настоящего» вируса, что повышает шансы убить его, пока он не размножился.
Для того чтобы делать релевантные прогнозы, специальное отделение ВОЗ — Глобальная система наблюдения и реагирования на вирусы гриппа (GISRS) — уже полвека собирает информацию о заражении вирусами гриппа человека и птиц. Раз в год организация проводит встречу с ведущими учеными-вирусологами и клиницистами, на которой обсуждаются накопленные данные по распространению определенных типов вируса гриппа и разрабатывается прогноз на следующий год. По итогам этого совещания формируются рекомендации, от каких типов вируса нужно защищаться в первую очередь и как делать соответствующие вакцины.
Однако, несмотря на все достижения медицины, ученые в общем сходятся во мнении, что окончательно победить вирус гриппа нам не удастся, а получится лишь значительно его ослабить. Похоже, эта болезнь останется с людьми, пусть и в форме досадного несущественного (в отдаленном будущем) недомогания. Но если это окажется единственной болезнью человечества, то вряд ли кто-то будет протестовать.
Пандемии
Мутации массового убийства
Ученые до сих пор точно не знают, как должен измениться «обычный» вирус, чтобы превратиться в убийцу миллионов. В одном из экспериментов исследователи прибавили к гемагглютинину птичьего гриппа H5N1, который умел заражать клетки хорька (у этих животных рецепторы, за которые цепляется грипп, распределены почти как у людей), последовательность вирусной РНК, определяющую повышенную заразность гриппов птиц. К удивлению специалистов, «улучшенный» грипп не стал более «злым».
Еще одна причина, по которой ежегодные эпидемии не выкашивают половину земного шара, в том, что «удачная» для вируса мутация в одном гене совсем не означает, что он будет более заразным. В лабораториях ученые, которые выводят новые вирусы для исследований, нередко ждут, пока не сменится несколько вирусных поколений, и только тогда грипп «приучается» эффективно заражать своих хозяев. В природе вирусам гриппа редко везет мутировать в таких хороших условиях, что и объясняет относительно редкое появление глобальных эпидемий.
- Источник:
- Евгений Тонконогий
Жизненный цикл вируса
Вирус гриппа выглядит как шарик размером около 0,13 мкм (микрометр — миллионная часть метра). Внутри шарика хранится наследственный материал — не ДНК, как у людей, а родственная ей молекула РНК. У типичного вируса гриппа таких РНК-хромосом семь или восемь, и они кодируют от 11 до 16 белков, которые и отвечают за всю несложную жизнь вируса. Снаружи вирусную частицу покрывают белки, при помощи которых вирус проникает внутрь животной клетки. В зависимости от последовательности РНК различают три типа вирусов гриппа — A, B и С (хотя сегодня врачи почти отказались от слова «тип»). Эффективнее всего заражают клетки вирусы типа А.
Вирус попадает в организм человека. Главную роль здесь играет белок гемагглютинин (НА), который «торчит» на поверхности частицы. НА цепляется за особые рецепторы, которые есть у клеток горла и гортани.
Вирус обманывает клетку и начинает активно размножаться. После того как вирусная частица «заякорится», клетка втягивает ее внутрь себя. Из-за повышенной кислотности мембрана вируса разрушается, и его генетический материал свободно выходит в клеточное пространство. Но РНК вируса немного отличается от клеточных РНК, поэтому первым делом захватчик при помощи специального фермента устраняет эти отличия, заходя в ядро и делая на основе вирусного генома РНК, которую клеточные ферменты принимают за собственную. Они начинают синтезировать закодированные в РНК белки гриппа, а в клеточном ядре в это время производятся все новые копии вирусных геномов.
Новые вирусные частицы покидают обессиленную клетку. Произведенные зараженной клеткой вирусные белки и РНК собираются в полноценные вирусные частицы и выходят из клетки. За отцепление частиц от клетки отвечает второй важнейший для вируса белок под названием «нейраминидаза». Покинутая клетка вскоре погибает от истощения, потому что все ее ресурсы ушли на синтез вирусных частиц.
Фото: © 2013 VISUAL SCIENCE WWW.VSCI.RU, Иллюстрация: ЕВГЕНИЙ ТОНКОНОГИЙ
Материал опубликован в журнале «Вокруг света» № 2, февраль 2014
