Знание - сила, 2003 № 06 (912)
Шрифт:
Дело в том, что всякий вирус — в сущности, случайный гость в этом мире: живет он, собственно, «между мирами», так как он ни жив, ни мертв. В отличие даже от простейшей бактерии вирус не обладает обменом веществ и не может размножаться сам собой, ибо у него, увы, нет нужных для этого механизмов, и поэтому он пользуется для целей своего размножения механизмами организма-хозяина. Вирусов в природе превеликое множество, и к настоящему времени ученые сумели, наконец, навести некоторый классификационный порядок в своих познаниях о них и разделили их на два больших семейства: те, в которых скрыты генетические молекулы ДНК, и те, генетическая молекула которых относится к типу РНК. Первое семейство, в свою очередь, разделяется на два, а второе — на целых четыре класса, и два из последних представляют для наших нынешних целей специальный интерес.
Эти два класса РНК-вирусов интересны для нас тем, что к одному из них относится тот коронавирус, который считается сегодня главным виновником атипичной пневмонии, а во втором классе содержится вирус инфлюэнцы,
В 1997 году группа ученых под руководством Рейд и Таубенбергера сообщила в журнале «Science», что им удалось частично расшифровать пять генов вируса, обнаруженного в остатках легких солдата, умершего в 1918 году от инфлюэнцы. Причина, по которой эти ученые занялись такой, казалось бы, неактуальной медицинской археологией, состояла в том, что этот солдат был одним из тех 20 с лишним миллионов человек, которые умерли в том же 1918 году в разгул «испанки» — загадочной разновидности гриппа, вызвавшей самую смертоносную в истории человечества пандемию. (Заметим для дальнейшего, что пандемией врачи называют такую эпидемию, которая поражает значительную часть населения в каждом районе земного шара, поэтому нынешняя эпидемия САРС — не пандемия.) Но интерес ученых к останкам неизвестного солдата подогревался к тому же тем, что со времени его гибели и до 1 997 года мир пережил еще две пандемии гриппа и несколько эпидемий поменьше, и каждый раз это сопровождалось появлением на свет новой разновидности вируса. В том, что грипп вызывается именно вирусом, уже не приходилось сомневаться: в 1930 году это было впервые доказано для свиней, а в 1933 году — для человека. Но важно было выяснить, как возникают новые разновидности вируса, чем они отличаются друг от друга, какие из них способны вызывать пандемии, а какие — всего лишь эпидемии, и понятно, что изучение вируса, вызвавшего пандемию 1918 года, могло существенно помочь в поиске ответа на все эти вопросы.
И действительно, частично помогло. Результаты 1997 года вместе с сотнями других данных, полученных другими исследователями за минувшие десятилетия, в конце концов сложились в общую картину, которая позволила ученым понять суть тех хитроумных и коварных превращений, благодаря которым вирус гриппа оказывается таким опасным врагом человечества.
Оказалось, что каждая частица такого вируса, или «вирион» — это сфера, образованная двойным слоем молекул жира, под которыми скрывается сфера поменьше, образованная молекулами белков, а внутри нее спрятаны восемь небольших генетических молекул типа РНК, защищенных специальными белками. Снаружи вирион выглядит как покрытый шипами шарик. «Шипы», торчащие из жирового слоя, — это, на самом деле, два типа белковых молекул. Их около шестисот. 500 из них относятся к белкам типа хеммаглютинина (будем обозначать их просто русским X) и 100 — к белкам типа нейраминидазы (русское Н). Два из восьми кусочков РНК, скрытых внутри шарика, — это гены, выдающие инструкции на производство X и Н. Еще три кусочка РНК — это гены, отвечающие за белки, обеспечивающие размножение вириона в клетке «хозяина». Три оставшихся кусочка — гены, заведующие образованием всех прочих белков, входящих в состав вириона. Предельно простая конструкция. Но какие она таит в себе, оказывается, возможности!
Прежде всего белки X, как выяснилось, обладают замечательной (для них) способностью соединяться с поверхностью клеток, выстилающих наши дыхательные пути. В результате начинающихся после этого биохимических реакций содержимое вириона оказывается внутри клетки, гены вириона начинают ту работу, на которую их запрограммировала природа, и вскоре клетка лопается под напором множества образовавшихся в ней новых вирусных частиц. Те, в свою очередь, поражают другие клетки, и конечным итогом этого процесса становится вирусная пневмония. Вообще говоря, от нее не умирают («испанка» 1918 года была исключением: умирали иногда за несколько часов и именно от пневмонии), но она широко открывает легкие многочисленным — и смертельным — бактериальным инфекциям. Однако и от них умирают далеко не все, а выжившие люди приобретают иммунитет к вирусу: в их иммунной системе появляется обширный клеточный «клон», класс одинаковых клеток, обладающих замечательной чувствительностью к тем белковым «шипам» X и Н, которые торчат на поверхности вириона. Казалось бы, теперь вирусу не пройти повторно через иммунную защиту. Почему же эпидемии и пандемии гриппа все же повторяются раз за разом?
Дело в том, что природа, кроме всего, чудовищно изобретательна. Она не кладет все яйца в одну корзину (те. которые попадают в одну корзину, чаще всего погибают). Она снабдила вирус гриппа (мы сейчас говорим о вирусе типа А, который и вызывает эпидемии и пандемии; есть еще В и С, но они, в общем, мало опасны), так вот, она снабдила его множеством разновидностей X и Н. На нынешний момент известно 12 разных видов белка X — три у человека и девять у других животных. Разных видов белка Н известно 9 — два у человека и семь у других животных. В зависимости от того, какое сочетание X и Н окажется на поверхности вириона, он будет принадлежать к той или иной разновидности
Почему это любопытно? Потому что вспышку гриппа 1976 года вызвала «старая», уже известная (с 1918 года) разновидность XIН1. Человечество, пережившее пандемию «испанки», уже имело иммунитет против этой разновидности вируса (а новые поколения людей получили соответствующую прививку). Зато, если всмотреться в приведенные выше данные, можно увидеть, что всякий раз как появляется новое сочетание X и Н, оно вызывает пандемию, и теперь это понятно: против него нет иммунитета.
Каким же образом возникают сразу совершенно новые комбинации X и Н? Увы, это еще одна коварная придумка природы. Представьте себе, что два вируса каждый со своей комбинацией, например, XIН1 и ХЗН2, случайно попали в один и тот же организм и даже в одну и ту же клетку. Это значит, что внутри клетки окажутся гены для производства белков XI, Н1, ХЗ и Н2, ведь у вируса гриппа производством каждого из этих белков заведует свой отдельный ген. Понятно, что в этих условиях возникает возможность, что при образовании внутри клетки новых вирусных частиц в какой-то из них случайно окажется новая комбинация генов — не XIИ1 или ХЗН2, а скажем, ХЗН1. Понятно, что результатом такой «пересортировки» генов окажется появление новой разновидности вируса, произойдет, как говорят, скачкообразный «генный сдвиг». Кстати, это отнюдь не теоретический пример: вирус ХЗН1 был действительно выделен из свиней.
Свиньи, неразборчиво пожирающие что угодно, являются самыми эффективными естественными лабораториями по производству новых разновидностей вирусов. Их так и называют — «биологические миксеры». В организме свиней встречаются друг с другом вирусы гриппа самих свиней, многих птиц, особенно домашних, различных других животных и зачастую людей.
Последнее особенно опасно. Новая, гибридная комбинация генов может придать знакомой человеческой разновидности вируса новые свойства: наличие «человеческих» признаков откроет ей дорогу в организм людей, а наличие свиного или птичьего гена приведет к тому, что прежние защитные иммунные клетки (или белки) организма не смогут его защитить. Вот два тому примера. В 1997 году в Гонконге умер от гриппа мальчик, в организме которого была обнаружена разновидность вируса Х5Н1. Белок Х5 никогда не появляется в человеческих разновидностях вируса гриппа, но он широко распространен в птичьих разновидностях. Случай вызвал большие опасения, но, к счастью, оказался изолированным. А в феврале 2003 года в Голландии началось ползучее, медленное распространение птичьего гриппа разновидности Х7Н7, которая уже поразила сотни тысяч кур, вызвала заболевание более 80 человек (один из них умер) и в настояшее время подползает к границам соседних Бельгии и Германии. Воистину мы живем в окружении гриппа, точнее — множества потенциальных гриппов, и лишь наличие все новых вакцин и других способов защиты спасает нас от повторения 1918 года. Однако в случае САРС дело обстоит несколько хуже.
Первые сведения о начале этой эпидемии поступили в феврале нынешнего года из Гонконга, и сразу 12 лабораторий в различных странах мира начали поиск возможного ее возбудителя. Поначалу исследования, проведенные в Канаде, показали, что им как будто бы является человеческий метапневмовирус, но в последующие недели все следы стали сходиться к новой разновидности коронавируса. Это было поразительно, потому что коронавирусы, хорошо известные как основная причина массовых эпидемий среди животных — коров, быков, кур, индюков, кошек, а также мышей и крыс, у людей ничего, кроме легкой простуды или столь же легких кишечных инфекций, никогда не вызывали. Ясно было, что речь идет о новой, доселе неизвестной разновидности вируса, скорее всего© каком-то гибриде, соединившем в себе гены различных знакомых коронавирусов. Это предположение косвенно подтвердилось, когда удалось полностью расшифровать геном нового коронавируса. Оказалось, что одна часть этого генома подобна геному коронавирусов, вызывающих тяжелую пневмонию у кур, тогда как другая сходна с геномами коронавирусов, вызывающих куриный гепатит и диарею и пневмонию у коров.
Наверное, в этом месте следует навести ясность в этом новом для нас вирусном семействе. Для начала — о названии. Вирион коронавируса выглядит не столько шариком, сколько яйцом, один конец которого окружен пышным венцом, настоящей короной «белковых шипов», потому его и назвали коронавирусом. Первый такой вирус был открыт в 1937 году в результате изучения причин эпидемии инфекционного птичьего бронхита. С тех пор исследователи обнаружили родственные виды вирусов у быков, коров, свиней, лошадей, кошек, собак, индюшек, мышей и крыс.