Мы публикуем расшифровку лекцию доктора медицинских наук, профессора, академика РАМН, заведующего лабораторией физиологии вирусов НИИ вирусологии им. Д.И. Ивановского Николая Вениаминовича Каверина, прочитанной 28 октября 2010 года в Политехническом музее в рамках проекта "Публичные лекции Полит.ру".
Я начну с такого признания – я вирусолог. Не эпидемиолог и не врач-инфекционист. И лекция эта будет – лекция вирусолога, то есть о пандемиях я буду говорить именно как вирусолог. То есть, прежде всего, о вирусах, которые их вызывают, и о том, почему одни варианты вируса гриппа вызывают пандемии, а другие не вызывают. Начнем с того, что это вообще за вирусы.
Вирусов вообще много. Их, как и любые другие объекты, биологи любят классифицировать. Классификация животных и растений доведена до большого совершенства. Животных разделяют на виды, роды, семейства, отряды, классы, типы. С вирусами дело не продвинулось столь далеко. Их, в общем, удается группировать в роды и семейства. Понятия вида у вирусов пока нет. Некоторые семейства объединены в отряды, но многие вирусы даже в роды и семейства не объединены.
Однако большинство вирусов удалось как-то сбить в семейства. Семейств этих больше 70. Из них примерно 30 – это семейства, в которых имеются вирусы, поражающие теплокровных, то есть птиц и млекопитающих, а среди них и человека. В 6 семействах имеются вирусы, которые вызывают у человека поражение верхних дыхательных путей. Но только к одному семейству относятся вирусы гриппа.
Вирусов гриппа вообще по классификации три: вирус гриппа А, вирус гриппа В, вирус гриппа С. Каждый из них образует отдельный род в семействе, к которому они относятся. Они, как члены одного семейства, во многом похожи. У них похожий способ размножения. У них похожее строение вирусной частицы. Но они довольно сильно отличаются один от другого по патогенности, то есть по способности вызывать заболевания, и по кругу хозяев, то есть по тем видам живых существ, которых они поражают.
Вирусы гриппа В и С – это вирусы гриппа человека. Вирус гриппа С выделяли от свиней. Но в основном это вирусы гриппа человека. И это очень, так сказать, определенные вирусы: вирус гриппа В – это вирус гриппа В, вирус гриппа С – это вирус гриппа С. Там есть разные варианты, но они друг от друга не очень отличаются. А что они вызывают?
Вирус гриппа С вызывает легкое респираторное заболевание, встречается он не часто, вспышки вызывает небольшие, для медицины большого интереса не представляет. Хотя сам по себе он, как любой вирус, интересен.
Вирус гриппа В вызывает типичную картину гриппа. Не всегда, конечно, бывают и легкие заболевания. Во всяком случае, он способен вызвать типичную картину гриппа. Он вызывает, хотя и не каждый год, сезонные вспышки, но никогда не вызывает пандемии.
Пандемии вызываются вирусом гриппа А. Надо сказать, что со строго классификационной точки зрения действительно можно говорить: вирус гриппа А. Но вирусологи обычно говорят во множественном числе: вирусы гриппа А. Потому что, действительно, варианты этого вируса необыкновенно разнообразны. И вирусы гриппа А поражают не только человека. Они поражают, скажем, водоплавающих птиц. Собственно говоря, это их основной резервуар.
Вот вы здесь на этой картине можете это видеть (слайд 1). Основной хозяин вирусов гриппа А – водоплавающие птицы, в меньшей степени чайки. Кроме того, он поражает человека, свиней, лошадей, тюленей и иных, не водоплавающих, птиц. Китообразных тоже поражают эти вирусы. Здесь нарисован кит, но надо было нарисовать дельфинов. У каждого хозяина варианты этих вирусов свои. Хотя, как вы видите по этим стрелкам, которые здесь изображены, случается, хотя и редко, пересечение межвидовых барьеров и передача вирусов от одного хозяина к другому.
Вирус гриппа А у разных хозяев проявляет себя по-разному. У уток и у гусей это чаще всего бессимптомная кишечная инфекция. У человека он вызывает типичную картину гриппа. Именно вирус гриппа А вызывает не только сезонные вспышки, но и пандемии, которые случаются раз в несколько десятков лет. Типичный интервал – где-то от 10 до 50 лет. Пандемии охватывают весь земной шар, и если при эпидемии, при сезонной вспышке, болеют миллионы людей, а гибнут тысячи и десятки тысяч, то при пандемии уже болеют сотни миллионов, а гибнут миллионы.
Несколько слов об истории. У нас ведь лекция по истории пандемий. Когда люди начали болеть гриппом? В 412 году н.э. ни кто иной, как Гиппократ, описал вспышку респираторного заболевания, которая, возможно, была гриппом. Но, возможно, и не была. Уверенности в этом, конечно, нет. Более или менее по описанию похоже на грипп то заболевание, вспышка которого отмечена в Англии в XII веке, в 1173 году.
Чем ближе к нашему времени, тем все более определенно мы можем сказать, что мы имеем дело с гриппом. И где-то с XVI века мы уже можем говорить о пандемиях. Здесь отмечены такие эпидемии, о которых мы с уверенностью можем говорить, что это были пандемии (слайд 2).
Видите, промежутки здесь, особенно вначале, довольно большие, но это главным образом потому, что там были, скажем, между первой и второй указанными здесь, еще пандемии, просто у нас нет данных, что это действительно были пандемии. Что известно о ранних пандемиях? Немного. В основном это данные чисто эпидемиологического характера. Известно, что пандемия 1729 года началась в России, 1830 года – в Китае.
Но чем ближе к нашему времени, тем данных делается всё больше. И с 1889 года мы уже можем что-то сказать не только о пандемиях, но и о вирусах, которые их вызвали. Потому что сохранились сыворотки людей, которые болели гриппом тогда, в XIX веке, в 1889 году. В 1918 году разразилась страшная пандемия. По скромной оценке погибло около 40 млн. человек. Некоторые считают, что и до 100 млн. А тогда все население земного шара было меньше 2 млрд. Это пандемия получила название испанского гриппа или «испанки». За ней последовали пандемии 1957, 1968 и 1977 годов. И, наконец, то, что было в прошлом году, об этом мы еще поговорим.
Первый вирус гриппа был выделен вирусологами от человека в 1933 году в Англии в Национальном Институте Медицинских Исследований Уилсоном Смитом, Кристофером Эндрюсом и Патриком Лейдлоу. Что в то время значило выделить вирус? Эти исследователи сумели заразить хорьков материалом от больного и потом фильтратами носоглоточных смывов передавать болезнь от хорька к хорьку. Фильтратами – это значит материалом, который проходил через бактериальные фильтры. Бактериальные фильтры задерживают бактерии, а материал, который проходил, но оставался инфекционным – вот это называлось тогда фильтрующийся вирус.
Это, собственно, главное свойство вирусов, которое тогда было известно – их малый размер и способность проходить через фильтры. Впоследствии научились пассировать вирус уже не на хорьках, а на мышах. Это уже было, по меньшей мере, дешевле. А затем, с 1939 года, – на куриных эмбрионах, то есть на оплодотворенных и инкубированных несколько дней куриных яйцах. Этот способ накопления вирусов гриппа до сих пор активно применяется, и в некоторых отношениях это наиболее удобный способ культивирования вирусов гриппа.
Я сказал, что эти исследователи выделили первый вирус гриппа. Это не совсем так, это был первый вирус гриппа человека. Еще за 2 года до этого Ричард Шоуп в Америке выделил вирус гриппа свиней. У свиней, надо сказать, грипп очень похож на человеческий, он развивается очень похоже. Это тоже респираторная инфекция. И что это вирус гриппа свиней, не было никакого сомнения. Шоуп сумел этот вирус пассировать.
Но теперь мы знаем, что первый вирус гриппа был выделен много раньше. Первый вирус гриппа был выделен в 1901 году (публикация 1902 года) в Италии, но тогда никому даже в голову не могло прийти, что это вирус гриппа. Это был вирус гриппа птиц. Он был выделен от кур, пораженных страшной, смертельной инфекцией, она называлась и сейчас называется «чума птиц» или «чума кур». К чуме настоящей, то есть человеческой, она не имеет никакого отношения. Человеческая чума – это бактериальное заболевание. А чума птиц – это вирусное заболевание. Прошло более 50 лет, прежде чем было установлено, что вирус чумы птиц – это вирус гриппа А, один из вирусов гриппа А птиц.
Дальше, после того, как были выделены эти вирусы гриппа А, сначала птиц, потом свиней, человека, в 1940 году был выделен вирус гриппа В. В 1951 году уже на куриных эмбрионах был выделен вирус гриппа С. Они, как я уже вам сказал, не вызывают пандемий, и мы о них сегодня говорить почти не будем. Будем говорить о вирусах гриппа А.
Свойства вирусов гриппа А, как только эти вирусы были выделены, сразу задали исследователям любопытную загадку, почти детективную. Надо сказать, что при любой острой вирусной инфекции в сыворотках накапливаются такие белки – антитела, которые вырабатываются иммунной системой организма. Они способны связываться с вирусом и некоторые из их блокируют способность вируса вызывать инфекцию. Как мы говорим, нейтрализуют вирус.
Так вот, сыворотки тех людей, которые переболели гриппом в 1918 году, а больше не болели, очень хорошо нейтрализовали вирус гриппа свиней. А вирус гриппа человека нейтрализовали гораздо хуже. Это сначала казалось загадкой. Было сделано предположение (сейчас мы знаем, что оно было правильное), что вирус гриппа свиней был очень близок по своей способности вызывать иммунитет, по своей иммунной специфичности, к вирусу гриппа 1918 года, и до 1930 года он мало изменился. А вирус гриппа человека, циркулируя у людей, за эти 15 лет изменился довольно сильно. Это заставляло предположить, что вирус гриппа обладает большой изменчивостью. Это было впоследствии подтверждено.
В 1947 году была довольно большая вспышка, не пандемия, но очень серьезная вспышка, и оказалось, что выделенный тогда вирус уже достаточно сильно отличается и от вируса 1933 года. Впоследствии было установлено, что при каждой последующей сезонной вспышке вирус гриппа в иммунном отношении, как мы говорим, по антигенным свойствам (антигены – это вещества, которые вызывают образование антител и вообще иммунный ответ), все время немножко меняется. Вирус 1947 года получил тогда название вирус «А прим», поскольку он так изменился.
А в 1957 году уже разразилась настоящая пандемия, и (я вам это в таблице показывал) этот вирус получил название А2. Он уже совсем не был похож на исходный, выделенный в 1933 году вирус гриппа А. Эти названия «А прим» и А2 – вирусологи давно их не применяют, а в СМИ вы можете их иногда встретить. До того, как называют теперь эти вирусы, мы сейчас дойдем. Так вот, эти изменения, которые все время претерпевает вирус, получили название «антигенный дрейф». Вот такой дрейф происходил с вирусом с 1918 по 1957 год.
Потом появился этот новый вирус А2. Он тоже дрейфовал. В 1968 году его сменил еще один совсем новый вирус, и он тоже подвергался такому дрейфу. Постепенные изменения вируса гриппа, связанные с сезонными вспышками, получили название «антигенного дрейфа», а резкие смены получили название «антигенный сдвиг» или по-английски «shift». По-английски эти два слова: дрейф – «drift» и сдвиг – «shift» – рифмуются, по-русски не рифмуются. Сейчас мы знаем, что меняются не все белки вируса гриппа. Эти перемены касаются двух поверхностных белков. Что это за белки, я вам очень скоро расскажу. Именно эти белки являются главными мишенями для иммунитета.
Надо сказать, что вирус гриппа вообще, вопреки широко распространенному мнению, вызывает у человека стойкий иммунитет. Обычно принято думать, что, ну скажем, корь дает стойкий иммунитет: человек переболел корью – и больше не болеет. Переболел свинкой – вирус паротита вызывает свинку – тоже стойкий иммунитет. Оспа – тоже два раза человек не болеет. А вирусом гриппа болеет много раз, наверное, иммунитет не стойкий. Это не так. Дело в том, что в точности тот же вирус, который вызвал у человека заболевание – снова он человека уже не заразит. Человек в следующий раз болеет уже измененным вирусом гриппа. Такая повторная заболеваемость – это не результат слабого иммунитета, это результат изменчивости вируса гриппа. Вот этого самого антигенного дрейфа и антигенных сдвигов.
Как получается антигенный дрейф? Немножко о нем поговорим, а потом уже перейдем к сдвигу и пандемии. После того, как прошла вспышка гриппа или, тем более, пандемия, вирус попадает в довольно-таки тяжелые условия. Население иммунно, не восприимчиво, и вирусу надо либо исчезать, прекращать циркуляцию, либо находить какой-то способ ее продолжить.
В этих условиях создаются условия для отбора, для селекции таких вариантов, у которых прошла какая-то мутация, причем прошла мутация в такой области белка, которая реагирует с антителами. Такой вирус оказывается способным пробить иммунный барьер. Он способен заразить человека, который перенес инфекцию, вызванную прошлым вирусом, исходным. Тем, от которого этот мутант происходит. Создаются условия для селекции таких мутантов – это и есть основа для антигенного дрейфа. Дрейф присущ только вирусам гриппа человека. У животных и у птиц, за некоторыми редкими исключениями, дрейфа нет.
Почему у них нет дрейфа? Считается, что у них нет дрейфа, потому что у них нет такого сильного иммунного пресса. Там очень быстрая смена поколений, и все время есть приток неиммунных детенышей или птенцов. Вирусу есть, кого заражать, и ему нет большой надобности меняться. Не возникают условия для селекции мутантов. А у человека дрейф идет постоянно. Это и есть тот механизм, по которому возникают те варианты, которые вызывают сезонные вспышки. У антигенного сдвига, или шифта, который случается при пандемиях, механизм совсем другой. Но, прежде чем к нему перейти, давайте посмотрим, что собой представляет вирус гриппа.
Это электронная микрофотография, раскрашенная, чтобы на нее приятнее было смотреть, здесь показан конгломерат вирусных частиц (слайд 3).
А это вот схема типичной частицы вируса гриппа (слайд 4). Это такой шарик диаметром около 100 нм (нанометров), он покрыт оболочкой. Оболочка эта имеет липидный, жировой слой, и этот слой пронизывается тремя белками, которые образуют внешнюю поверхность вирусной частицы. Вот два из них – это как раз те белки, они называются гемагглютинин (Н), он здесь синий такой, обозначен здесь как HА – hemagglutinin, и желтый, обозначенный как NA – нейраминидаза (N) от neuraminidase.
Эти два белка – это гликопротеиды, они являются главными мишенями иммунитета. Гемагглютинин – это белок прикрепления. С его помощью вирус прикрепляется к клетке, и с его же помощью осуществляется перенос вирусного генетического материала внутрь клетки. А нейраминидаза – это фермент, он работает на стадии проникновения вируса в клетку, но в еще большей степени он нужен при выходе вируса нового поколения, вируса, который размножился в клетке. Для эффективного выхода вируса и распространения к другим клеткам этот фермент необходим.
Антитела против гемагглютинина мешают вирусу связываться с клеткой и нейтрализуют его инфекционную активность. Не все антитела, но достаточно многие. Антитела против нейраминидазы у вирусов гриппа человека не обладают нейтрализующей способностью, но поскольку они мешают вирусу выходить из клетки, блокируя функцию нейраминидазы, они тоже ограничивают его распространение, они мешают, так сказать, инфекции. И поэтому у нейраминидазы тоже наблюдается дрейф, то есть вирус, у которого в нейраминидазе есть мутация, позволяющая ей ускользать от действия антител, тоже получает преимущество.
Вот эти два белка у вируса гриппа А, и у вируса гриппа В тоже, постоянно дрейфуют. Раз уж мы смотрим на эту картинку, третий белок здесь, такой зеленый, – это белок М2, он тоже нужен на ранней стадии инфекции, это тот белок, на который действует известный вирусный препарат ремантадин. Белок, который подстилает липидный слой, белок М1, образует внутренний листок оболочки, это самый обильно представленный белок в вирусной частице. Внутри частицы расположен вирусный генетический материал. У вируса генетический материал представлен РНК – рибонуклеиновой кислотой. При этом вот что важно. Вообще у большинства РНК-содержащих вирусов, например, у вируса полиомиелита, вируса клещевого энцефалита, вируса кори, и очень многих других генетический материал представлен единой молекулой РНК. У некоторых из этих вирусов разные варианты одного и того же вируса способны «скрещиваться», образовывать гибриды. Но это очень редкое событие. А вот у вируса гриппа генетический материал представлен отдельными блоками, отдельными, как мы говорим, РНК-сегментами. Каждый из них – это, в первом приближении, отдельный вирусный ген. Каждый такой кусок РНК, каждый сегмент, кодирует какой-нибудь один вирусный белок, некоторые – два вирусных белка. В вирусной частице РНК находится не в «голом» виде, она находится в комплексе с белком. Это белок называется нуклеопротеин (NP). Он образует остов, на который каждый сегмент РНК намотан. То есть гены присутствуют внутри вирусной частицы не в виде даже отдельных кусков РНК, а в виде отдельных рибонуклеопротеидов, то есть кусков РНК, намотанных на остов из белка NP. Но, кроме того, каждый такой рибонуклеопротеиновый сегмент содержит еще, по меньшей мере, по одной копии еще трех белков, они образуют трехмерный комплекс. Это белки, обладающие функцией РНК-полимеразы, то есть это те белки, которые в клетке размножают вирусную РНК, реплицируют ее. Посмотрим на эти 8 сегментов, пойдем от больших к маленьким. Вот первые три – это сегменты, которые кодируют эти самые полимеразные белки. Четвертый кодирует гемагглютинин, пятый – нуклеопротеин, шестой – нейраминидазу, седьмой кодирует белки М1 и М2, я вам про них немножко говорил, и есть еще восьмой сегмент, который кодирует неструктурные белки, которые нужны для репродукции вируса в клетке. Благодаря тому, что генетический материал вируса представлен такими отдельными сегментами, благодаря тому в особенности, что эти сегменты в клетке реплицируются независимо один от другого, автономно, а потом cобираются в комплексы, по одной копии каждого гена на частицу вируса нового поколения, благодаря этому вирусы очень легко скрещивать, они очень легко образуют гибриды. Вот здесь на схеме это представлено (слайд 5). Если два вируса гриппа А разных вариантов заражают одну клетку, в клетке происходит репликация, получается набор этих сегментов, а потом они собираются, но в одну вирусную частицу могут попасть сегменты, происходящие от разных вирусов, как мы говорим, разных вирусов родителей. Здесь показаны три вирусных частицы, у одной один сегмент от черного вируса и семь от серого. Но может быть, конечно, и не один, может быть четыре от одного и четыре от другого, три от одного и пять от другого. В общем, образуется целый набор реассортантов. Это явление, реассортация – это и есть молекулярный механизм, молекулярная основа возникновения пандемических штаммов. Так что запомните, пожалуйста, что у вируса гриппа имеет место такое явление. Мы называем его реассортацией, а возникшие в результате такого явления вирусы – реассортантами.
Что же это за варианты вирусов? Я уже сказал, что вирус гриппа А поражает разные виды млекопитающих и птиц. И вирусы животных и птиц вообще намного разнообразнее, чем вирусы гриппа человека. Описаны 16 разных подтипов гемагглютинина и 9 подтипов нейраминидазы. Подтипы – это подтипы антигенные, иммунологические. То есть если какое-то животное перенесло заболевание, вызванное одним подтипом, оно получает к этому подтипу иммунитет, а вирус другого подтипа может его заразить. К нему иммунитета нет. И вот таких подтипов гемагглютинина 16.
Здесь показано, для каких хозяев они характерны (слайд 6). Вот те, что в скобках, – это редкие случаи заражения. А без скобок – это постоянные, естественные, нормальные их хозяева.
Вот вы видите, что у свиней бывают гемагглютинины Н1 и Н3, у человека Н1, H2 и Н3. У водоплавающих птиц бывают все, только Н13 характерен для чаек, а не для уток и гусей. У лошадей Н3 и Н7. Вот такое разнообразие. И, надо сказать, что разные подтипы гемагглютининов и нейраминидазы встречаются в самых разных сочетаниях. Поскольку гемагглютининов подтипов 16, а нейраминидаз 9, умножим 16?9 и получим 144. На сегодняшний день 114 таких сочетаний известно, такие вирусы выделены.
Нужно сказать, что это не значит, что они все выделяются с одинаковой частотой и одинаково часто встречаются. Есть такие излюбленные сочетания, у разных хозяев разные. Здесь показано (слайд 7), что у человека это Н1N1, Н2N2 и H3N2, у свиньи – H1N1 и H3N2, у птиц самые разные – все 16 подтипов гемагглютинина и все 9 подтипов нейраминидаз. И так далее. Но даже и у птиц, хотя встречаются они все, но не с одинаковой частотой. Например, вирусы подтипа H4N6 встречаются очень часто, и H3N8 – тоже очень часто. А некоторые сочетания встречаются достаточно редко.
Теперь давайте вернемся к пандемиям. Давайте вернемся даже немножко назад. При каждой пандемии происходил антигенный шифт. Появлялся новый подтип гемагглютинина или новый подтип нейраминидазы. Именно, собственно говоря, эти сменяющие друг друга подтипы у человека и послужили основанием для такой нумерации гемагглютининов.
Первый выделенный вирус гриппа человека, тот, что циркулировал с 1918 года по 1957, его гемагглютинин обозначили как H1. С 1957 по 1968 циркулировал вирус H2N2. В 1968 году гемагглютинин опять сменился, а нейраминидаза – нет, получился H3N2. В 1977 вернулся H1N1. Когда новый подтип появляется в циркуляции, предыдущий обычно исчезает, хотя не всегда. В 1977 году вернулся H1N1, а H3N2 не исчез.
Почему происходят эти замены, с чем они связаны? Я вам показал только что все разнообразие разных гемагглютининов вирусов гриппа птиц. Так вот оказалось, что иногда бывает, что гемагглютинин вируса гриппа птиц иммунологически довольно близок к гемагглютинину того или иного вируса человека. Собственно, современная теория происхождения пандемий берет начало с того момента, когда вирус, выделенный от уток на Украине в 1963 году, оказался по своему гемагглютинину чрезвычайно похож (на первых порах только по иммунным реакциям, ничего другого тогда делать не умели) на пандемический вирус 1968 года.
Это было показано в нашем институте профессором Л.Я. Закстельской. Это были первоначальные данные, потом в ход пошли биохимические, молекулярно-биологические методы, пептидное картирование, секвенирование, РНК-гибридизация, и эти методы были применены не только к этим вирусам, но и к сотням разных вирусов, и сейчас картина происхождения пандемических штаммов довольно очевидна, довольно ясна (слайд 8).
У вируса, который вызвал пандемию 1968 года, шесть генов из восьми чрезвычайно похожи на гены тех вирусов гриппа человека, которые циркулировали до этого, вирусов 1967 года. А вот два гена – ген гемагглютинина и один из генов полимеразных белков – были совсем не похожи на гены предшествующих вирусов. То есть, что значит «совсем», конечно, они все вирусы гриппа А. Но они были похожи на гены вирусов гриппа А птиц. А у вируса 1957 года, у него таких генов, которые до этого у вируса гриппа человека не встречались, а у птиц имеются, было три: ген гемагглютинина, ген нейраминидазы и опять ген полимеразного белка.
Отсюда было сделано предположение о том, что эти пандемические вирусы возникают в результате скрещивания вируса гриппа птиц и вируса гриппа человека. При таком скрещивании вирус получает огромные преимущества. Во-первых, у него внутренние гены от вируса гриппа человека, то есть он приспособлен к размножению в человеческой клетке. А внешние белки у него от вируса гриппа птиц, такие, с которыми иммунная система человека до сих пор не сталкивалась. Люди к ним не иммунны. И он распространяется свободно, как пожар, совершенно в неиммунной популяции, и он то и вызывает пандемию.
Это было очень логично. Но нужно было найти какое-то объяснение тому, где может происходить это скрещивание. Вирус гриппа птиц не поражает человека, а вирус гриппа человека не поражает птиц. Должен быть какой-то вид, который хотя бы редко, но может заражаться вирусом того и другого сорта. Такой вид есть. Это свиньи (слайд 9). Свиньи довольно легко заражаются вирусом гриппа человека и некоторые из вирусов гриппа птиц тоже способны заразить свинью.
Надо сказать, что особенно подходящие условия для такого скрещивания существуют в Южном Китае. В Южном Китае есть условия для достаточно тесного контакта между водоплавающими птицами и свиньями, а также и людьми, занятыми в сельском хозяйстве. Но, кроме этих общих соображений, есть и экспериментальные данные.
Были поставлены эксперименты. Были заражены свиньи, одна вирусом гриппа птиц, другая – вирусом гриппа человека. Они были запущены в стадо свиней. В стаде началась вспышка. От заболевших свиней выделяли вирусы, и из этих вирусов многие оказались реассортантами – вирусами, имеющими часть генов от вируса гриппа птиц и часть генов от вируса гриппа человека. По меньшей мере, для пандемии 1968 года это не то чтобы это было строго доказано, но это, действительно, очень вероятное объяснение для возникновения такого вируса.
Для вируса H2N2 это не так убедительно, потому что вообще-то у свиней вирусы H2 не обнаруживаются, они вирусами H2 не болеют. С другой стороны, птичий вирус гриппа H2, конечно, мог в каком-то таком необычном случае заразить свинью, хотя вообще вирусы H2 к этому не очень склонны. А вирус H3 для свиней – это вирус более или менее свой.
Эта концепция, кроме всего прочего, хорошо объясняет, почему нет пандемий, вызванных вирусом гриппа В. Вирус гриппа В не поражает птиц, у него нет подтипов. И вирусу гриппа В человека просто не с кем скрещиваться, чтобы получился пандемический вирус гриппа В. Такой, с которым человек раньше не сталкивался. Он может только дрейфовать, что он и делает, вызывая при этом сезонные вспышки.
Реассортационная теория очень многое объясняла. В отношении пандемий 1957 и 1968 года она не поколеблена и сегодня. Но с течением времени стали накапливаться данные, которые не вполне хорошо ею объяснялись. В 1977 году разразилась еще одна пандемия, причем ее вызвал вирус гриппа H1N1. Он как выяснилось, не был реассортантом. Это тоже своего рода детективная история. Этот вирус на западе до сих пор называют «русский грипп» – «Russian flu». На самом деле он не русский, он китайский.
История такая. В 1977 году первым сообщением о возникновении эпидемии были сообщения из Хабаровска, там была зафиксирована вспышка. Сейчас мы знаем, что началась эта эпидемия в Южном Китае, проходила по всему Китаю, и когда она пересекла границу, то появились сообщения о заболевании. Китай тогда был еще вполне маоцзедуновский. И оттуда никакая информация не доходила. Поэтому он так до сих пор часто и называется «русским гриппом».
Он оказался по всем своим генам очень близок к хорошо известному штамму, выделенному в 1950 году в США и имевшемуся в большинстве лабораторий мира, вирусу A/Форт Уоррен/50. А когда стали доступны китайские изоляты, самые ранние, оказалось, что они были просто почти полностью такие, как этот американский вирус. Там были точечные изменения, такие, которые просто бывают при пассировании вируса в лаборатории. То есть имеются очень серьезные основания думать, что этот вирус ускользнул из каких-то лабораторных условий.
Возможно, проводились какие-то испытания на добровольцах, испытания вакцины с применением этого вируса для заражения. Это неизвестно. Никаких открытых китайских данных на этот счет нет. Но этот вирус, надо сказать, не только был идентичен вирусу 1950 года, он кроме того по своим свойствам во многих отношениях вел себя как лабораторный штамм. Очень легко его было выделить на куриных эмбрионах при заражении в аллантоисную полость. А обычно это далеко не так просто, приходится прибегать ко всякого рода ухищрениям, заражать сначала в амниотическую полость. А этот штамм вел себя, как лабораторный. Но этот случай не слишком поколебал реассортационную теорию.
А вот дальше, уже в 1990 годы, произошло первое событие, которое показало, что эта теория, даже независимо от таких необычных случаев, как ускользание вируса из лаборатории, объясняет не каждую пандемию.
Дело в том, что удалось восстановить вирус 1918 года. Это был просто триумф современной молекулярной биологии. Эти работы начались в середине 1990-х годов, а окончательно вирус был восстановлен только в 2003. Эту работу выполнила группа американских вирусологов. Сначала они сумели из легких людей, которые умерли в 1918 году и были похоронены в вечной мерзлоте, или из препаратов фиксированных кусочков легкого погибших тогда людей, сначала получить небольшие кусочки вирусной РНК, потом объединить их в целые гены, в РНК-сегменты. Потом получить вирусы-реассортанты, у которых некоторые гены современных вирусов, а другие гены – вируса 1918 года. А потом собрать и целый этот вирус. И даже не один.
Сейчас в руках вирусологов имеется целых три штамма, три варианта вируса 1918 года. Еще до того, как эти вирусы появились как целый вирус, когда стали известны просто нуклеотидные последовательности генов, стало ясно, что этот вирус – это не реассортант типичного вируса гриппа человека с типичным вирусом гриппа птиц. В этом смысле этот вирус не похож на вирусы 1957 и 1968 года. Возможно, конечно, что это реассортант. Если это реассортант, то это, скорее всего, реассортант двух вирусов гриппа птиц, который потом перешел на человека. Возможно, что он перешел на человека через свиней. Дело в том, что свиньи начали болеть гриппом тоже в 1918 году, до этого случая о вспышках гриппа у свиней достоверных данных нет. Таким образом, были получены данные о том, что, возможно, вирусы способны пересекать межвидовой барьер без реассортации с человеческими вирусами гриппа.
Прежде чем мы двинемся дальше, я должен сам задать себе вопрос и постараюсь на него ответить. Он уже, наверное, должен возникнуть и у вас. Почему пандемии не возникают каждый год или почти каждый год? Если подтипов гемагглютинина 16, что, собственно, мешает этим птичьим вирусам то и дело скрещиваться с вирусом гриппа человека, почему у нас нет сегодня пандемии H4, на будущий год – H6, потом – H13 и так далее?
Дело в том, что приспособлены к определенному хозяину, к определенному виду, не только гены внутренних белков вирусов гриппа, но и сами гемагглютинин и нейраминидаза. Дело в том, что при прикреплении вируса к клеточной поверхности он распознает клеточный рецептор, то есть структуру на поверхности клетки, к которой он присоединяется. Для каждого вируса эти рецепторы свои. И для разных вирусов гриппа А они тоже немножко разные.
Вообще, во всех случаях для вируса гриппа А таким рецептором является концевой сахарный остаток олигосахарида на клеточной поверхности. Олигосахариды входят в состав клеточных гликопротеинов. Этот концевой сахар – это N-ацетилнейраминовая кислота, одна из сиаловых кислот. Именно его распознает гемагглютинин своим рецептор-связывающим карманом. Несколько таких остатков гемагглютинин связывает, и вирус прикрепляется к клетке, а потом уже он уже эту клетку инфицирует.
Так вот, этот концевой сахар со следующим сахаром – галактозой – связан в разных клетках по-разному. В разных тканях по-разному и у разных видов по-разному. Иногда он связан с третьим атомом галактозы, а иногда с 6-м. Мы называем это α-2-3 связь и α-2-6 связь.
Скажем, в клетках кишечника птиц, а я вам говорил уже, что грипп у уток – это, в основном, кишечная инфекция, там исключительно α-2-3 связь. А в носоглотке человека резко преобладают клетки, у которых α-2-6 связь. У вирусов гриппа человека такой гемагглютинин, который он любит хватать за N-ацетилнейраминовую кислоту, присоединенную к галактозе α-2-6 связью. А вирусу гриппа птиц нравится α-2-3 связь.
Различие это на самом деле не такое уж большое. Впрочем, у разных подтипов по-разному. Вот скажем у подтипа Н3 известно, что достаточно двух мутаций в гемагглютинине, двух аминокислотных замен по определенным позициям, и пожалуйста: он был только птичий вирус, присоединялся только к птичьим клеткам, а после этих двух мутаций он способен присоединяться и клеткам человека. Распознает α-2-6 связь и связывает такой рецептор.
Есть и другие особенности у разных гемагглютининов. И прежде, чем мы двинемся дальше, я должен вам сказать еще об одной. Гемагглютинин вообще, чтобы стать функциональным белком, чтобы он мог не только хвататься за клетку, но и эффективно осуществлять перенос вирусного генетического материала внутрь клетки, осуществлять слияние вирусной оболочки с клеточной мембраной, ему для этого нужно претерпеть определенные изменения. Он должен расщепиться на две субъединицы.
Это расщепление осуществляют клеточные протеазы, ферменты. Но разные гемагглютинины в большей или меньшей степени легко проходят это преобразование. Для некоторых гемагглютининов ферменты, которые способны проделать такую операцию, встречаются не очень часто. У них этот расщепляемый участок так запрятан, что не всякий фермент может к нему подобраться.
Такие ферменты есть в клетках дыхательных путей человека, они есть в кишечнике птиц, они есть в клетках хорионаллантоисной оболочки куриного эмбриона, а в большинстве тканей их нет. Но вот некоторые штаммы вирусов Н5 и Н7, те самые, которые вызывают эту самую чуму птиц, у них гемагглютинин такой, что он очень легко расщепляется, и ферменты, которые его расщепляют и делают вирус инфекционным, есть почти в любой ткани. Поэтому этот вирус, скажем у курицы, если он ее заразил, распространяется по всему организму и очень быстро птицу убивает. Эти вирусы Н5 и Н7 вызывают у птиц вот такое страшное заболевание.
Но птицы – это все-таки птицы, а людей эти вирусы вроде бы не заражали. Однако в 1997 году произошло такое событие, которое вызвало некоторый переполох и даже панику. В Гонконге на птицефабрике возникла вспышка, вызванная вирусом Н5N1, довольно типичная чума птиц. Правда, чумой птиц обычно называют болезнь, вызванную вирусом Н7, но Н5 в этом смысле мало чем от него отличается. И вот в Гонконге начали заболевать люди. В течение 1997 года заболело 18 человек, из них 6 умерли. Болезнь была тяжелейшая. Вы понимаете, 6 из 18 – для гриппа это гигантская смертность.
Болезнь протекала не совсем как обычный грипп, очень быстро развивалась пневмония, бывали поражения кишечника. Люди заражались только от птиц. Передача от человека к человеку в 1997 году выявлена не была. Естественно, и от птиц, и от людей выделили вирус. Оказалось, что вирус, выделенный от людей, ничем существенным от вируса гриппа, выделенного от птиц, не отличается. В общем, эти вирусы были более или менее одинаковые. Штаммы, выделенные от разных людей, немножко друг от друга отличались.
Выделенные от более тяжелых случаев немножко отличались от выделенных при более легких случаях, но, в общем, кардинальных отличий не было. В том смысле, что вирусы, выделенные от человека, – это были по всем параметрам довольно типичные вирусы гриппа птиц. Они распознавали α-2-3 связь, у них был расщепляющийся гемагглютинин, и вообще по всей нуклеотидной последовательности генов это были вирусы гриппа птиц. Такие же, как те, что вызвали эту вспышку гриппа у птиц.
Стали смотреть, не было ли раньше таких случаев. В общем, есть три или четыре публикации о заражении человека при вспышке гриппа у птиц, в основном вирусом Н7. Заражение, даже гибель людей. Но это были единичные случаи, исключительно на птицефабриках и при очень большой дозе заражения. А тут вот сразу 18.
Оказалось, что эти вирусы, мало того, что они человека поражают, они еще и убивают мышей. Надо сказать, что мыши – это вообще излюбленный лабораторный объект. Вирусы гриппа человека и вирусы гриппа птиц, как правило, по большей части способны размножаться в легких мышей, но очень ограниченно. Мыши от них не гибнут.
Чтобы обычные вирусы гриппа начали убивать мышей, надо их на мышах пассировать. Заразить мышь, потом растереть легкое, этой суспензией опять заразить мышь, в нос заразить. После нескольких пассажей отбирается вариант, который лучше размножается в легких мышей, и мыши начинают гибнуть.
А вот этот вирус гонконгский без всякой адаптации бил мышей прямо сразу, причем как он их бил? Он их бил даже силь