Многим из нас сезонные инфекции кажутся привычными. Но именно они, а не экзотическая Эбола, могут стать одной из наиболее реальных угроз для человечества. Чем опасны вирус Ласса, хантавирусы и патоген лихорадки Западного Нила? Почему одни возбудители почти не причиняют вреда, а другие способны вызвать тяжелую болезнь? О том, как устроены вирусы и какие из них несут наибольший риск, «МК-Эстонии» рассказал микробиолог Константин Дольский.
Константин Дольский – биотехнолог и вирусолог, исследует вирусы в Университете Хельсинки. Получил степень бакалавра прикладной химии и генной технологии в Таллиннском техническом университете (TalTech), проходил стажировку в Датском техническом университете.
– Чем занимается вирусолог?
– Многим, что касается вирусов! Есть специалисты, которые занимаются эпидемиологией: смотрят, где какой вирус был найден, как быстро он распространяется. Это – очень важная работа для предотвращения эпидемий и пандемий.
Я занимаюсь структурной биологией и изучаю патогены с точки зрения механизмов: из чего они состоят, как взаимодействуют с человеческими клетками и иммунной системой.
Есть четыре уровня биобезопасности – четыре уровня требований к лаборатории и защите при работе с разными возбудителями.
Самый высокий – четвертый. Он касается, например, Эболы и других смертельных вирусов. Ученые работают в специальном скафандре, с отдельной подачей воздуха, а после проходят химический душ.
Я работаю на третьем – это режим взаимодействия с инфекционными агентами, которые могут вызывать тяжелые заболевания. Прихожу в лабораторию в респираторе, в защитном облачении.
Второй уровень – это самые обычные возбудители: например, вирус папилломы человека, риновирусы. ВИЧ тоже относится ко второму уровню биобезопасности. Не потому, что он неопасный, а потому, что известен путь передачи и от него можно защититься.
На первом уровне имеют дело с агентами, которые, как правило, не вызывают заболеваний у здоровых людей.
Вирусология – это также разработка вакцин и лекарств. Я, например, тоже занимаюсь разработкой лекарств. Это логично: когда исследуешь механизмы заражения клеток вирусами, одновременно можно исследовать, как с ними бороться.
Мал да удал
– Изображения вирусов часто напоминают морские мины. Они и правда так выглядят?
– По-разному. Есть те, которые действительно – как шар с шипами. Я работаю с вирусами Западного Нила и клещевого энцефалита. Это флавивирусы. Они покрыты как будто маленькими косточками: шар, на котором нет шипов, а есть решеточки.
Есть бактериальные вирусы – бактериофаги. Они выглядят почти как инопланетяне: у них ножки, головка, шейка. Есть нитевидные, например Эбола, он похож на змейку.
– Каждый год мы слышим о новых вирусах. Это потому, что они мутируют?
– На самом деле разнообразие вирусов – одно из самых больших во всей природе. Все они делятся на РНК- и ДНК-содержащие. У ДНК-вирусов информация записана на дезоксирибонуклеиновой кислоте, а у РНК-вирусов – на рибонуклеиновой. Примеры ДНК-содержащих – аденовирусы, вирус Эпштейна-Барр, оспы.
ДНК по своей природе гораздо стабильнее РНК. Кроме того, ДНК вирусов часто копируется клеточными ДНК-полимеразами. Если простыми словами, то это такой печатный станок, который постоянно размножает ДНК – и у вируса, и у нас. У этого станка есть механизм проверки: когда копируется цепочка ДНК и возникает ошибка, полимераза ее замечает и сразу исправляет.
Но многие вирусы – РНК-содержащие: у них нет такой системы проверки, как у ДНК-содержащих, и молекула РНК химически менее устойчива, поэтому они мутируют чаще.
– Сама по себе новая мутация – это повод для беспокойства?
– Не всегда. Самое страшное, что вирусы, как правило, очень маленькие. И геном их тоже – маленький, да удаленький, поэтому любая мутация что-то да значит.
Например, если говорить о COVID‑19: у исходного уханьского штамма была одна из ключевых мутаций, благодаря которой вирус смог эффективно заражать клетки верхних дыхательных путей. Понятно, что, если смотреть шире, факторов было больше, но эта мутация сыграла важную роль.
Его предшественник – SARS-CoV‑1 – поражал преимущественно легкие, поэтому заболевание нередко протекало тяжело, с высоким процентом смертности. Но заразиться было сложнее: инфекция должна была проникнуть глубоко в нижние дыхательные пути.
В результате мутации коронавирус смог заражать клетки верхних дыхательных путей. И теперь COVID можно распространять, просто дыша: необязательно даже кашлять.
Есть еще одна важная особенность. Обычно мы считаем, что существует какой-то определенный вид возбудителя – условно говоря, птичий грипп или COVID. Но в природе все устроено не совсем так.
Представьте: если при копировании возникает одна мутация на 100 тысяч нуклеотидов, а геном вируса состоит, например, из 500 тысяч, в каждой новой частице в среднем может появляться пять ошибок. Не всегда так часто, конечно, но такое возможно. Даже если ошибка происходит лишь раз на миллион, все равно есть шанс, что в каждом новом вирусе будет хотя бы одно изменение. Представьте себе, какое разнообразие мутаций внутри вида!
По этой причине лекарства против вируса разрабатывать очень сложно. Поэтому лучшие препараты против них – это те, которые атакуют тело человека.
– Каким образом?
– Наше тело не меняется, а вирус – это паразит: он не может жить без тела. Если на время выключить необходимый вирусу механизм в организме, это может быть куда более эффективно, чем атаковать непосредственно возбудителя. Этому посвящено одно из последних исследований, в которых участвовали многие ученые, в том числе и я – мы воздействовали на саму клетку организма.
Если объяснить простыми словами: чтобы коронавирус «повзрослел» и смог выйти из клетки, ему нужно правильно запаковаться – примерно, как посылке, которую нужно завернуть и подготовить к отправке.
Его шипы тоже должны быть особым образом «разрезаны», чтобы начать работать. Эта особенность сыграла важную роль в том, как вирус распространялся во время пандемии. Если помешать клетке правильно собрать и «упаковать» вирус, он не станет инфекционным: не сможет проникнуть в следующую клетку.
Мы переживем, у нас клеток очень много. А вот инфекцию можно и не пережить.
– А побочные эффекты?
– Мой научный руководитель часто говорит: если у лекарства нет побочных эффектов, то это – плохое лекарство. Потому что любое хорошее средство взаимодействует с телом. Если этого взаимодействия нет, то, скорее всего, это средство не работает. Когда воздействуешь на человеческие клетки, побочная реакция может быть любой: от простого воспаления до головной боли или температуры.
– Но ведь это – вмешательство в клетку: нельзя ли ей навредить?
– Конечно, можно. Но мы вредим своим клеткам каждый день: курением, алкоголем – чем угодно. Конкретно то лекарство, над которым я работал, уже проходит в США клинические испытания и проверки на безопасность. Его также планируют использовать для лечения рака. Предполагается, что по сравнению с той же химио- или лучевой терапией оно будет эффективнее и безопаснее.
Вместе – миллионы лет
– Почему одни вирусы вызывают лишь насморк, а другие могут привести к тяжелой болезни или смерти?
– Мы ведь с вирусами миллионы лет эволюционируем вместе. Возьмем ту же простуду: ее вызывают разные возбудители, например риновирусы. Но с ними мы уже почти как хорошие соседи – они не вызывает тяжелых симптомов.
В целом для вируса эволюционно выгоднее не убивать хозяина, а жить с ним и размножаться. Но самые опасные для нас возбудители часто приходят от животных. Эти вирусы не адаптированы к человеку – и мы не адаптированы к ним.
Даже Эбола страшна именно поэтому: ее природный резервуар связан с летучими мышами, а человеческое тело не знает, как на нее реагировать. И вирус, в общем-то, тоже просто пытается существовать.
Та же проблема с клещевым энцефалитом. Человек для этого вируса – тупиковый хозяин: от человека дальше он обычно не распространяется. Но симптомы могут быть очень тяжелыми.
Нам повезло, что мы с животными живем очень-очень долго. То есть уже успели пережить много вирусов, которые передаются от них. А вот коренные жители Америки скотоводством не занимались, и для них многие патогены были смертным приговором. Пример – оспа. До сих пор ходят разные штаммы, различные виды оспы – обезьянья, например. В Финляндии среди лошадей сейчас распространяется оспа нового вида, и в связи с ней есть определенные опасения.
Вообще вирус гриппа может перепрыгнуть от животного к человеку потому, что использует для входа в клетку одну очень распространенную молекулу. Она есть у птиц, других животных и у человека.
Молекула, по сути, одна и та же, но расположена в клетках немного по-разному. И этот нюанс многое решает: сможет вирус к ней присоединиться или нет, а значит – сможет ли заразить человека.
Новая пандемия?
– Поговорим о гриппе. В чем его особенность?
– Вирус гриппа – очень интересный. Его геном состоит из восьми сегментов, но «запаковаться» они могут в абсолютно случайном порядке! Если человека одновременно заразят два штамма вируса, они могут между собой перемешаться.
Реассортация – когда сегменты двух вирусов, попавших в одну клетку, собираются в новом сочетании – может создать совершенно новый штамм. Так возникла самая страшная пандемия гриппа – «испанка» 1918 года, которая унесла миллионы жизней. Этот вирус до сих пор можно исследовать: сохранились образцы, и ученые могут смотреть, как он был устроен и как менялся. Мы уже знаем, какие мутации сделали его особенно опасным.
Наибольшему риску подвергаются фермеры: они постоянно работают с животными и птицами разных видов. Вероятность, что в организм одновременно попадут два вируса, у них выше.
– Есть ли среди штаммов гриппа такие, что сейчас вызывают особое беспокойство у ученых?
– Один из таких вариантов, о котором сейчас много говорят, – H5N1. Он опасен прежде всего тем, что уже смог заражать очень разные виды млекопитающих: дельфинов, волков, лис, коров. То есть вирус, который раньше в основном связывали с птицами, все чаще обнаруживают и у животных.
Сначала этот вирус прошелся по курам. По разным оценкам, от вспышки в США погибли или были уничтожены миллионы птиц. Тогда не стали массово вакцинировать птицу – в том числе из-за прежнего подхода к контролю инфекции и опасений, связанных с торговыми ограничениями.
Как и за всеми штаммами, за H5N1 наблюдают эпидемиологи. Этот вариант заражает животных разных видов. У некоторых из них смертность может достигать 50–70%.
Уже были первые заражения людей. Фермеры в США заболевали, но у многих симптомы пока были довольно слабые: покраснение глаз, головная боль, жар, кашель – типичный грипп. Но, возможно, вирус пока просто не нашел правильную мутацию, правильный ключик. Пока люди продолжают с ним взаимодействовать, всегда есть шанс, что он мутирует и станет более опасным. И что особенно тревожно: он может рекомбинироваться с каким-нибудь вариантом гриппа человека.
– Что должно случиться, чтобы H5N1 стал угрожать нашему здоровью?
– Три вещи. Первое – просто случайность.
Второе – произошла какая-то мутация. Именно та, которая нужна, чтобы вирус мог эффективно заражать человека. Или несколько мутаций.
И третьему можем поспособствовать мы сами – своей глупостью. Мы знаем, что среди кур бушует эпидемия этого вируса, но не вакцинируем кур, не вакцинируем людей, которые с ними работают. Отправляем фермеров – больными – на работу.
Допустим, человек уже где-то заразился обычным гриппом, приходит на ферму и там встречается с птичьим гриппом H5N1. Если оба вируса попадут в одни и те же клетки, их генетический материал может перемешаться – и на тебе новый штамм.
На животноводческих фермах животные очень сконцентрированы, вирус хорошо размножается, люди постоянно в контакте с животными.
– Как эти риски можно предотвратить?
– Один из самых надежных способов – это вакцинация.
Как вообще создается новая сезонная вакцина? Всемирная организация здравоохранения вместе с учеными-вирусологами отслеживает, какие штаммы ходят в природе, и рекомендует, что из них включить в вакцину. Потом ее готовят несколько месяцев.
А за это время все может поменяться.
Традиционно вакцины создавали, я бы сказал, довольно кустарно, хотя в свое время это был надежный способ. Вирус выращивают в куриных яйцах – или в клеточных культурах. Для этого используют специально подготовленный патоген, который несет нужные антигены.
Как правило, вакцина содержит компоненты сразу нескольких штаммов. Раньше часто были четырехвалентные вакцины, сейчас обычно трехвалентные. Вирус нарабатывают, потом инактивируют, разбивают на части и из этих компонентов делают вакцину.
То есть нас не заражают вирусом: иммунной системе просто показывают его части. Она вырабатывает антитела. И если потом в организм попадет вирус с теми же белками, иммунная система сработает быстрее, и вирус не успеет нанести такой ущерб.
Сейчас разрабатываются и мРНК-вакцины от гриппа – по принципу тех, что были от ковида. Их потенциальное преимущество в том, что вакцину можно сделать гораздо быстрее.
И да – можно быть привитым и все равно заболеть, как это было и с ковидом. Но болезнь проходит легче.
Люди часто любят, когда говорят о вакцинах, приводить личный опыт: «У меня не сработало», «У меня были побочные эффекты», «Я все равно потом тяжело заболел». Эффективность вакцин – это статистика. Никто не знает, какой именно вирус тебе попадется – это в каком-то смысле лотерея.
Уроки жизни
– Есть версия, что коронавирус был искусственно создан. Могут ли ученые конструировать новые вирусы?
– Создавать их в лаборатории в принципе возможно. Но значит ли это, что SARS-CoV‑2 был создан искусственно? Нет, этого мы сказать не можем. Мог ли он возникнуть в природе? Конечно, мог. Были ли у нас все данные, чтобы окончательно исключить лабораторный сценарий? Нет. На данный момент, скорее всего, мы уже никогда не узнаем.
Но здесь нужно пользоваться бритвой Оккама: когда слышишь стук копыт, вероятнее всего это лошадь, а не зебра. То есть природное происхождение выглядит более вероятным.
– Коронавирус по-прежнему опасен?
– Вирус со временем может приспосабливаться к человеку. Я бы сказал, что ковид уже стал фоновым, похожим по поведению на обычные респираторные инфекции. Но это не значит, что он совсем никому не угрожает: для пожилых людей, людей с хроническими заболеваниями и ослабленным иммунитетом он по-прежнему может быть опасным.
– А какова вероятность, что возникнет какой-нибудь новый пандемический вариант?
– Очень высокая. Я бы сказал, что после ковида мы ничему не научились, и тот же грипп H5N1 при правильных условиях вполне может вызвать новую пандемию. Но должно совпасть много факторов, и к этому просто нужно быть готовыми.
Чем выше плотность населения и чем больше в мире неравенства и нищеты, тем больше условий для распространения инфекций. И следующая пандемия может оказаться куда опаснее ковида.
От свиней до мышей
– В вечной мерзлоте есть вирусы? Они могут оттаять и всех заразить? Или, например, прилететь к нам из космоса?
– Да, в вечной мерзлоте вирусы есть. Например, там нашли очень старые фрагменты вируса оспы XVIII века – по-моему, одни из самых старых из найденных.
Но, как правило, сохранились лишь отдельные части, а не полноценный живой вирус. Исследование таких патогенов позволяет лучше прослеживать их эволюцию: как они развивались, почему менялись.
Теоретически возможно, что какой-то вид чудом остался цел и еще сможет заразить современного человека. Но есть опасности гораздо реальнее – от тех вирусов, которые и сейчас распространяются в достаточном количестве.
А возбудители из космоса – это уже совсем спекулятивная история. Доказательств, что такие вирусы могут попасть к нам и заразить людей, нет.
– В прошлом году на фермах бушевала африканская чума свиней. Она тоже может мутировать и поразить человека?
– Насколько мне известно, это ДНК-вирус, очень специфический. Он мутирует меньше, чем вирус гриппа, и более стабилен. Поэтому шансов, что он «перепрыгнет» на человека, тоже меньше.
Не так давно мне предлагали поехать в Германию разрабатывать вакцину от него – ее пытаются сделать для животных. Для них этот штамм очень опасен.
– Могут ли вирусы заражать себе подобных?
– Да, самый распространенный вариант – вирус-помощник – гепатит D.
Он может размножаться только у человека, который заражен гепатитом B: использует его оболочку и некоторые его системы. То есть гепатит D сам по себе не может нормально существовать.
– Какие вирусы в наше время считаются самыми зловредными? Недавняя вспышка хантавируса – это случайность или некая закономерность нашего бытия?
– Хантавирусы опасны тем, что привыкли заражать грызунов. Когда такой вирус попадает в наше тело, мы к нему не приспособлены, как и он к нам. Из-за этого могут появляться серьезные симптомы.
Например, в Финляндии самый распространенный – Пуумала. У нас есть сааремааский штамм, тоже хантавирус. Как правило, если человек ими заражается, дальше он не передается: один человек может тяжело переболеть, но вирус не способен размножаться и переходить к другому человеку.
На круизе имели дело с андским вирусом – это редкий хантавирус, он мог передаваться от человека к человеку. А это – самое страшное. Обычно хантавирусы так не распространяются.
Одни из самых опасных – конечно, Эбола и вирус Марбург. Их переносчики – летучие мыши. Когда вирус от летучей мыши попадает к человеку, могут возникнуть очень тяжелые и непредсказуемые последствия.
При этом вакцина от Эболы есть. Проблема – в том, что те, кто может заразиться Эболой, эту вакцину не получают.
Всему виной империалистические причины, не касающиеся биологии. Например, какая-нибудь компания расширяет добычу руды или других полезных ископаемых в Африке. А летучие мыши живут в пещерах. Работников, этих бедных африканцев, отправляют без должного защитного оборудования в шахты, в нечеловеческих условиях добывать руду. И там они сталкиваются с летучими мышами. И с другой живностью. И соответственно – со всякими вирусами. Заболевают, приносят инфекцию в свои дома, где, как правило, живут большими семьями.
Недавно была вспышка вируса Марбург в Руанде. И снова причина – деятельность человека в шахтах, которая приводит к миграции летучих мышей.
Чем больше мы сталкиваемся с дикими животными и беспокоим их, тем больше шансов для циркуляции вирусов.
– Это касается и клещевого энцефалита?
– Проблема в том, что с глобальным потеплением клещей на севере становится все больше и больше. Соответственно растет и риск клещевого энцефалита.
Есть еще один вирус из того же семейства – это вирус Западного Нила (ВЗН). Он тоже вызывает энцефалит, а переносят его комары, что куда хуже клещей – потому что шансов, что вас укусит комар, гораздо больше.
ВЗН распространяется сейчас в южных странах Европы – в Испании, Италии. Но из-за потепления комары перемещаются и на север. В Голландии уже были зафиксированы случаи этой инфекции.
В Африке также очень опасен вирус Ласса. У него при тяжелом течении смертность может достигать 40–50%.
Зоонозов, то есть инфекций, которые приходят от животных, очень много. И никогда не знаешь, какая из них будет угрожать человечеству.
Вместе с тем, я считаю, что самый опасный вирус сейчас – это грипп. Просто потому, что грипп уже способен распространяться от человека к человеку.
Вирус Эбола – смертельный, но он не способен стремительно распространяться. Вспышки возможны, но вряд ли они вызовут пандемию. Потому что человек умирает раньше, чем успевает передать инфекцию.
Смертность плюс высокий уровень распространения, как у гриппа или коронавируса, – это «золотая середина». Но только для вирусов, не для нас.
Грипп H5N1 пока массово не передается людям. Но его особенности и тревожные звоночки касательно смертности среди животных дают повод рассматривать H5N1 как потенциальную угрозу.
