Вирусы и эпидемии в истории мира. Прошлое, настоящее и будущее - Майкл Олдстоун

Детальное исследование на молекулярном уровне показало, что реконструированный штамм вируса пандемического гриппа 1918 года связан с рецепторами α-2,6 сиаловой кислоты (рецептор гриппа человека), а не с рецептором α-2,3 сиаловой кислоты (рецептор птичьего гриппа). Более того, один ген H, выделенный из штамма 1918 года, связывается только с рецептором сиаловой кислоты α-2,6, тогда как второй изолят гена H связывается двойным образом с рецепторами сиаловой кислоты α-2,6 и α-2,3, что свидетельствует о смесях циркулирующих вирусов гриппа. Важно отметить, что возрожденный вирус гриппа 1918 года реплицировался в отсутствие добавления протеазы трипсина. Большинство молекул H патогенного вируса гриппа содержат сайт расщепления основных остатков и требуют расщепления внутри клеток-хозяев для репликации. Таким образом, для выращивания вирусов гриппа в культурах клеток вирусолог добавляет протеолитический фермент, такой как трипсин. Напротив, молекула H вируса пандемического гриппа 1918 года имеет один основной остаток и может реплицироваться в клетках без добавления трипсина.

Ни один ген вируса гриппа 1918 года сам по себе не объясняет его высокой степени патогенности. Следовательно, мы вынуждены сделать вывод, что летальный эффект вызван множеством вирусных генов (т. е. полигенный). Критерием этой глубокой летальности является то, что возрожденный вирус 1918 года в 100 раз смертоноснее других штаммов для инфицированных им экспериментальных животных. В некоторых случаях он реплицируется, производя на 39 000 вирусных частиц больше, чем другие штаммы гриппа, и вызывает серьезные повреждения легких у мышей и обезьян, очень похожие на повреждения легких людей, умерших от инфекции вируса гриппа 1918–1919 годов Кроме того, в отличие от других вирусов гриппа, возрожденный вирус 1918 года обладает летальным действием при введении куриным эмбрионам. Хотя многие из его генов могут участвовать в вирулентности, доминирующую роль, вероятно, играют гены гемагглютинина и полимеразы.

Другие ключи к разгадке вирулентности вируса гриппа 1918 года были получены в результате недавних исследований на обезьянах46. Заражение яванских макак современным штаммом гриппа привела к развитию слабо выраженных симптомов и минимальной патологии в легких. Напротив, возрожденный вирус гриппа 1918 года быстро распространился их легким животных и был смертельным. Особенно важным был исход заражения вирусом гриппа 1918 года, когда иммунная система обезьян выходила из строя, что вызвало повышенное производство белков хозяина, называемых цитокинами. Этот иммунопатологический эффект называется «цитокиновым штормом». Следствием является то, что такие производимые хозяином молекулы, в дополнение к поражению самим вирусом, ответственны за повреждение тканей и смерть. На счет цитокиновых штормов относят также тяжелые респираторные расстройства у людей, инфицированных возбудителями тяжелого острого респираторного синдрома или ханта-вирусами. Некоторые из этих цитокинов дают сигналы для миграции макрофагов и полиморфно-ядерных клеток, значительно усугубляющих разрушение легких с нарушением воздухообмена и дыхания17.

Популяции птиц содержат большие пулы вирусов гриппа A, потенциально способных вызывать новые пандемии гриппа47. Анализ генов гриппа, особенно H, позволяет предположить, что H-белок может отличаться от пандемического вируса 1918 года всего лишь несколькими аминокислотами15,16,43-45,47 и потенциально обеспечивать более опасное заболевание16,42,43. Чтобы предсказать возможные будущие пандемии и оценить риски, ученые47 заменяли различные H-сегменты и аминокислоты, чтобы выявить функцию вирулентности вируса. Позднее эта работа была распространена на новый высокопатогенный вирус птичьего гриппа H5N1, который лишь изредка инфицировал людей, но в настоящее время с трудом передается от человека к человеку. Если такое распространение вируса от человека к человеку станет происходить, то, вероятно, возникнет серьезная всемирная пандемия. Когда Имаи и его коллеги48 осуществили молекулярные изменения и оценили их, они идентифицировали реассортантный вирус H5HA/H1N1 с четырьмя новыми мутациями, способный к капельной передаче в модели на хорьках. Эти исследования быстро попали в поле зрения правительства США и его научных комитетов и комитетов по этике, которые рекомендовали приостановить такие исследования по изучению мутаций, приводящих к усилению патогенности (болезнетворности) вируса49. Обоснование проведения таких экспериментов состоит в том, чтобы иметь возможность предсказать, будет ли такая последовательность контролироваться на раннем этапе во время всемирного эпидемиологического надзора, чтобы начать операции по контролю над вероятной пандемией до того, как она произойдет, или для ограничения ее воздействия. Основанием для отказа от проведения таких исследований служит случайная утечка или использование такого вируса гриппа как некоего «Франкенштейна». После тщательных обсуждений в ходе ряда открытых и закрытых встреч правительственное агентство США дало добро на такие исследования в конце 2017 года. Работа с такими вирусами гриппа с повышенной патогенностью и их хранение были ограничены несколькими избранными высококвалифицированными исследователями, работающими в лабораториях с высшим уровнем биологической защиты. Ожидается, что результаты, которые будут получены, предоставят дополнительное и достаточное время для перепрограммирования вакцин и изучения противогриппозных вирусных препаратов, чтобы наилучшим образом подготовить соответствующие учреждения к атаке этими могущими возникнуть новыми вирусами гриппа, способными вызывать пандемии.

Поскольку вирусы гриппа вызывают заболевание, центры эпидемиологического надзора, созданные ВОЗ, другими международными агентствами и отдельными странами во всем мире, получают вирусы гриппа, которые исследуются на предмет изменений, в первую очередь вирусного гемагглютинина. Согласно данным этих центров, штаммы, признанные опасными в конце весны, являются прекрасным индикатором потенциальных проблем следующей зимой.

Вирусы птичьего и человеческого гриппа могут реплицироваться у свиней, и генетические реассортанты или комбинации между ними также могут быть получены экспериментально. Вероятный сценарий такого антигенного сдвига происходит в природе тогда, когда преобладающий человеческий штамм вируса гриппа А и вирус птичьего гриппа одновременно заражают свинью, служащую сосудом для смешивания. Реассортанты, содержащие гены, происходящие главным образом из вируса человека, но с геном гемагглютинина и, возможно, полимеразы из птичьего источника, способны инфицировать людей и инициировать новую пандемию. В сельских районах Юго-Восточной Азии, самом густонаселенном районе мира, сотни миллионов людей живут и работают в тесном контакте с домашними свиньями и утками. Это вероятная причина пандемии гриппа в Китае. В результате эпидемий гриппа, помимо катастрофы 1918–1919 годов, в этом районе в целом погибло 50 000 или несколько менее человек, хотя в течение года этими новыми штаммами было инфицировано более 1 миллиона человек.

Для объяснения антигенных сдвигов были сформулированы три основные гипотезы. Во-первых, как было описано, новый вирус может происходить из реассортанта, где, к примеру, ген вируса птичьего гриппа заменяет один из генов вируса гриппа человека. Геном вируса гриппа человека группы А содержит восемь сегментов РНК, и в настоящее время считается, что циркулирующий гемагглютинин гриппа у людей был заменен гемагглютинином птиц. Второе объяснение антигенных сдвигов, приводящих к появлению новых эпидемических штаммов вирусов, заключается в том, что штаммы других млекопитающих или птиц становятся заразными для человека. Третья возможность заключается в том, что вновь появляющиеся вирусы на самом деле оставались где-то скрытыми и неизменными, но внезапно выходят, чтобы вызвать эпидемию, как когда-то произошло с «русским» вирусом H1N1. Вирус H1N1 был впервые выделен в 1933 году, потом исчез, когда его заменил азиатский H2N2 в 1957 году. Однако 20 лет спустя вирус штамма H1N1 снова появился, первоначально он был изолирован в северном Китае, а затем распространился по всему миру. Этот вирус гриппа по всем своим генам был идентичен вызывавшему эпидемии среди людей в 1950-х годах. Где вирус находился 20 лет, неизвестно. Мог ли он быть инактивирован в замороженном состоянии, сохранен в животном резервуаре или скрыт каким-то иным способом? Если это так, вернется ли вирус испанского гриппа и каковы будут последствия для человеческой популяции?