Вирусы. Драйверы эволюции. Друзья или враги? - Майкл Кордингли

Помимо подбора генных сегментов с подходящими свойствами, главным в создании оптимально приспособленного вируса гриппа, способного, подобно H1N1 1918 года, вызвать тяжелую пандемию, было осуществление тонких адаптивных и сложных эпистатических взаимодействий между генными сегментами. Таким образом, пандемический вирус птичьего гриппа H5N1 должен приобрести способность связывать и инфицировать клетки верхних дыхательных путей человека. Несколько групп ученых исследовали потенциал генотипа H5N1 к адаптации для передачи между людьми воздушно-капельным путем. Доступность множества последовательностей генов ГА из популяций вирусов, поражающих людей и птиц, позволила исследователям точно понять, какие изменения в аминокислотной последовательности переключают ГА с аффинности к птичьим рецепторам на аффинность к рецепторам в верхних дыхательных путях человека. Вирусы птичьего гриппа, соответствующим образом модифицированные и содержащие нужные мутации, действительно меняют сродство к рецепторам и охотно связываются с α-2,6-рецепторами, экспрессируемыми на клетках верхних дыхательных путей человека. Тем не менее выяснилось, что эти вирусы плохо реплицируются и не демонстрируют облегчение передачи по сравнению с исходными вирусами (Maines et al., 2006; Maines et al., 2011). Своего рода прорыв случился в 2012 году в форме результатов, из которых следовало нечто, названное «приобретением функции». Эти работы породили множество противоречий и споров. Две независимые группы ученых попытались адаптировать вирус H5N1 для воздушно-капельной передачи между хорьками, содержащимися в рядом стоящих клетках (Herfst et al., 2012; Imai et al., 2012). Херфст и его коллеги создали вирус H5N1, содержащий несколько мутаций ГА, достаточных для переключения ее специфичности в связывании на α-2,6-рецепторы, которые преобладают в верхних дыхательных путях хорьков (и людей). Были также внесены изменения в ген вирусной полимеразы PB2, которые сообщили вирусам птичьего гриппа повышенную вирулентность в отношении клеток человека. Полученный вирус действительно вызывал заболевание у хорьков, но животные в соседних клетках не заболевали, так как вирус между ними воздушно-капельным путем не передавался. Используя классическую вирусологическую технику, ученые промывали носовые ходы больных хорьков, а затем этими смывами заражали здоровых хорьков. Эту процедуру повторяли несколько раз в ходе методики, называемой «серийным пассажем». Очень скоро вирусы приобрели способность передаваться воздушно-капельным путем между больными и здоровыми хорьками. Ученым, таким образом, удалось создать передаваемый воздушно-капельным путем вирус. Свои новые адаптивные мутации вирус приобрел во время репликации в организмах последовательно сменявшихся хозяев. Эти варианты передавались от хорьков хорькам, из клетки в клетку. Но обладал ли этот генотип пандемическим потенциалом?

Уважаемые академические учреждения разразились восторженными пресс-релизами, но международные СМИ отнеслись к этому делу иначе. Журналисты отнеслись к этой новости с суеверным ужасом; публику начали уверять в том, что ученые создавали пандемический вирус, способный убить все человечество. Очень скоро в газете «Independent» от 6 декабря 2013 года появилась статья, гласившая: «Эксперты предупреждают: исследования птичьего гриппа H5N1 могут привести к смертельной пандемии». Группа из пятидесяти шести влиятельных ученых выступили против экспериментов своих коллег, предупредив их в открытом письме, что пользы от их исследований гораздо меньше, чем вреда, что всегда существует опасность случайного выпуска на волю этого пандемического патогена. Таким образом, научный мир оказался расколотым; столкновение интересов, высокомерия, страхов и политики породило едкие газетные и журнальные заголовки. Несмотря на большую научную важность экспериментов с приобретением функции и критическую потребность в понимании сути взаимодействия организма человека с патогенами, очень многие встали на сторону пятидесяти шести ученых, которые назвали проведенные исследования слишком опасными, а результаты посчитали сомнительными. В октябре 2014 года, после серии обвинений в несоблюдении правил биологической безопасности (несоблюдение не касалось упомянутых работ) в государственных научных учреждениях, Белый Дом опубликовал политическое заявление, озаглавленное: «Постановление правительства США о совещании по поводу методики «приобретения функций» и о временной приостановке финансирования работ по «приобретению функций», касающихся вирусов гриппа, ближневосточного респираторного синдрома и тяжелого острого респираторного синдрома».

Исследования были лишены финансирования в США; дальнейшие работы, таким образом, застопорились. Но как далеко удалось продвинуться в понимании того, что может сделать H5N1 более серьезной угрозой здоровью человечества?

От внимания неистовствующей прессы, устроившей свистопляску после научной публикации, ускользнуло одно немаловажное обстоятельство: несмотря на то что удалось добиться воздушно-капельной передачи вируса, вирулентность его после серийного пассажа сильно снизилась по сравнению с вирулентностью исходного, родительского вируса. Действительно, пассированный вирус вызывал очень легкое недомогание у животных, заразившихся воздушно-капельным путем. Высокую летальность наблюдали только после искусственной инокуляции больших доз вариантного вируса в трахею хорьков, а это весьма неестественный способ заражения. Патогенные свойства вирусов были аттенуированы. «Петра ограбили, чтобы заплатить Павлу». Селекция вируса, способного к воздушно-капельной передаче, привела к совокупности генов с пониженной приспособляемостью. Вирус утратил способность вызывать тяжелую болезнь. Были надежды на то, что фенотип хорькового вируса будет напоминать таковой человеческого вируса, а это значит, что вирус не представляет серьезной опасности и для человека: на самом деле ученые создали жалкую пародию на патогенный вирус.

Абсолютно не соответствует действительности утверждение о том, что всего несколько мутаций отделяют вирус H5N1 от приобретения свойств пандемического вируса. На самом деле это далеко не так, потому что генетическая дистанция между генотипом H5N1 и вирусом с истинными пандемическими возможностями пока никому не известна. Было бы слишком самоуверенно считать, что мы можем предсказать конкретные аминокислотные замены, порядок их накопления или последовательность случайных (по определению) мутаций в геноме вируса гриппа, которые могут проложить путь к пандемическому фенотипу. Для того чтобы реализовать необходимые эволюционные изменения, может потребоваться одна (а чаще множество) мутация вместе с передачей генных сегментов от различных штаммов вируса гриппа. Короче говоря, это сложный и запутанный процесс, требующий множества малозаметных генетических изменений, вероятность которых может быть пренебрежимо мала, но ее, естественно, нельзя и игнорировать. Генотип птичьего гриппа H5N1 существенно отличается от вируса человеческого гриппа с пандемическим фенотипом. Вирусная линия подвергается межвидовой передаче и должна, соответственно, преодолеть видовой барьер между птицей и человеком. Если прибегнуть к аналогии ландшафта приспособленности, то можно представить себе генотип вируса H5N1 находящимся в отдаленной генотипической области ландшафта, на большом удалении от возвышенного места оптимальной приспособленности. Возможно, просто не существует мутационного перехода, который вел бы к вершине и адекватной приспособленности в организме человека, минуя залитую водой низину нежизнеспособности. Такой вирус будет либо плохо передаваться, либо обладать пониженной вирулентностью – и то и другое исключает способность вызывать масштабные эпидемии. С другой стороны, учитывая разнообразие метагенома вирусов птичьего гриппа, нельзя отрицать, что циркуляция H5N1 создает реальную и сиюминутную опасность возникновения пандемического штамма. Вероятность осуществления такого события попадает в категорию известного о неизвестном, но она не равна нулю.