взаимовыгодное соседство – Наука – Коммерсантъ
Вирусы — совсем не обязательно наши враги. С их помощью можно научиться останавливать эпидемии и лечить самые страшные болезни. Они необходимы нам, чтобы выработать иммунитет. Без них, возможно, вообще не было бы жизни. Как мы можем научиться извлекать максимальную пользу из этого соседства, рассуждает Петр Чумаков, главный научный сотрудник Института молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта, заведующий лабораторией пролиферации клеток, доктор биологических наук, член-корреспондент РАН.
Молекулярный биолог Петр Чумаков
Фото: Андрей Афанасьев
Молекулярный биолог Петр Чумаков
Фото: Андрей Афанасьев
— Петр Михайлович, в последнее время люди очень боятся вирусов, воспринимая их как злейших врагов человечества. Но так ли это на самом деле?
— Вирусы представляют собой такое же царство, как животные и растения. Оно очень разнообразно. Даже источники хранения информации там разные — есть, например, ДНК-вирусы, которые кодируются двумя цепями ДНК, есть РНК-вирусы. Представители этого царства отличаются друг от друга как небо и земля. Все, что мы знаем о вирусах в первые годы после их обнаружения, связано в основном с болезнями, поэтому и наши представления о них часто оказываются однобокими. В связи с тем что вирусные болезни с трудом поддаются лечению, скорее только профилактике, они представляются еще более зловещими, ведь у нас нет специфических способов лечения вирусных инфекций. Мы лечим только ее последствия, когда появились поражения, вызванные этой болезнью.
Но все это искаженная картина. Сейчас, когда стали развиваться различные генетические методы, мы начали исследовать вирусы не по признакам поражения человека, животного или растения, а путем их вылавливания из живой природы, например из обычной родниковой воды. Из разных природных источников можно выявить любой генетический материал путем его прямого секвенирования — детального анализа фрагментов нуклеиновых кислот.
Стратегия любого вируса, который давно уже паразитирует на определенном хозяине,— не вызвать болезнь, не убить, а сосуществовать незаметно в равновесии с ним.
— Однако многие вирусы, как мы знаем, не хотят придерживаться такой стратегии и регулярно убивают заметную часть человечества. Так возникают эпидемии и пандемии.
— Это говорит о том, что те вирусные болезни, которые у нас есть, возникли и внедрились в человеческую популяцию относительно недавно. Они еще не находятся в равновесии с человеческой популяцией. Этот факт очень хорошо иллюстрируется тем, что мы сейчас наблюдаем с новой коронавирусной инфекцией. Мы можем проследить все теоретические предсказания о том, как должен вести себя вирус в процессе своей эволюции.
Здесь важно остановиться на том, что представляют собой хозяева этого вируса — летучие мыши. Они живут огромными колониями, где плотность так высока, что даже повышается температура в занимаемом ими помещении. В таких условиях вирус распространяется очень интенсивно. Если бы летучие мыши не выработали каких-то неспецифических противовирусных механизмов, то они не смогли бы существовать. Поэтому у них целый ряд генов отвечает за устойчивость к вирусам. Те вирусы, которые находятся в равновесии с ними, приводят к бессимптомной инфекции. Таков и коронавирус у летучих мышей.
В то же время вирусы тоже приспосабливаются к своему хозяину. Коль скоро этот вирус смог заражать летучих мышей, он должен быть вооружен очень мощными механизмами противодействия противовирусному иммунитету. Целый ряд генов коронавируса имеет свойство связываться с определенными белками — компонентами этой противовирусной иммунной системы — и преодолевать их.
В результате он может размножаться даже на организме, имеющем сильную противовирусную систему. Такой вирус особенно опасен для других организмов, которые не обладают столь сильной иммунной системой.
— Именно поэтому он оказался особо опасен для человека?
— Да, по каким-то причинам этот вирус вдруг научился заражать человека. Как это произошло, мы не знаем. Но мы знаем, как он эволюционировал. Поначалу он был немножко неуклюжим, потому что форма его белка, соединенного с рецептором человека, не совсем адекватна той форме, при которой он привык цепляться к организму. Поэтому поначалу коэффициент его распространения был довольно низкий. Идет притирка вируса к человеческой популяции, когда он учится внедряться в нее все более эффективно. Это происходит путем приобретения ряда мутаций в поверхностном S-белке, в результате которых он становится комплементарен этому рецептору.
Еще одно изменение, которое с ним происходит,— это приспособление к биосинтетическому аппарату человека.
Различные организмы обладают немного отличающимся генетическим кодом. Каждая аминокислота белка кодируется в ДНК или РНК несколькими альтернативными триплетами, и в разных организмах частоты этих триплетов различаются. То, что оптимально для летучей мыши, неоптимально для человека. Поэтому на первом этапе идет накопление спонтанных мутаций, которые перекодируют геном под человека, и в результате такой вирус начинает размножаться более интенсивно, когда увеличивается не только его заразность, но и патогенность, вирусная нагрузка повышается и повреждения, которые он способен нанести, возрастают. Этот процесс мы наблюдали на примере дельта-штамма.
Сейчас мы наблюдаем процесс адаптации в человеческой популяции, когда вирус учится находиться в равновесии со своим хозяином.
В результате спонтанных мутаций активность вирусных генов, преодолевающих противовирусную защиту, постепенно снижается, хотя вирус по-прежнему эффективно заражает клетки человека, но его патогенность постепенно ослабевает.
Так он превращается в более или менее безобидный вирус, способный заражать человека, но не приносящий ему ощутимого вреда.
— И чем все это закончится?
— В идеале он превратится в обычный сезонный коронавирус, какие уже давно циркулируют в популяции и отвечают за 15% всех сезонных респираторных заболеваний. Очень часто они никак не проявляются и человек даже не знает, что болеет. Думаю, что SARS-Cov-2 со временем превратится в такой безобидный коронавирус человека.
— Как думаете, как скоро это произойдет?
— Обычно такие вещи происходят достаточно медленно, поэтому было большим удивлением обнаружить, что штамм «омикрон», высоко заразный и довольно безобидный на прежнем фоне, образовался так быстро. Как это произошло — не понятно.
Доминирующая теория естественного происхождения — что вирус попал к иммунодефицитному человеку, надолго задержался в его организме, там мутировал и стал таким, каким мог бы стать лишь через несколько лет, пройдя всю цепочку заражений между разными людьми.
Другая гипотеза — что он каким-то образом эволюционировал в мышиной популяции, третья — что это произошло в виварии, где кто-то делал живую вакцину, и она затем распространилась в популяции.
— А такое возможно?
— Надо сказать, что живые вакцины так и делают. Их пассируют на животных, которые не обладают сильным противовирусным иммунитетом. Таким образом, происходит ослабление патогенных свойств вируса — аттенуация — и получается живая вакцина, которую можно применять, для того чтобы проиммунизировать население, защитив его от той или иной инфекции. Живые вакцины вроде противокоревой или полиомиелитной хороши именно для того, чтобы подавить пандемию. Они меньше подходят, когда вы хотите в плановом порядке провести профилактику вспышки той или иной инфекции, но при этом надо помнить: большинство людей перенесут такую вакцинацию хорошо, но у кого-то могут возникнуть осложнения. В случае, когда уже свирепствует пандемия, а специфической вакцины еще нет, они тоже вполне годятся.
— Значит, «омикрон» — это живая вакцина?
— Не совсем так. Правильнее сказать, что он вызывает эффект живой вакцины, когда штамм становится менее губительным для человечества. Хотя, конечно, многие будут болеть, некоторые — умирать, поэтому совершенно неуместно предположение о том, что вакцинация уже не нужна.
— Петр Михайлович, есть гипотеза, что именно вирусам мы обязаны возникновением жизни, говорят также, что они являются важным регулятором численности вида… Словом, им отводится важнейшая роль в истории биосферы нашей планеты. Но есть ли от них какая-то явная польза?
— Поскольку человечество постоянно живет в окружении вирусов, было бы странно, если бы мы не приспособили это свойство для своего блага.
Так и вышло. Примеров, когда вирусы могут оказывать положительный эффект, немало.
Вот один из них. У маленьких детей в кишечнике обитают энтеровирусы. Это большое семейство, обычно не вызывающее болезненных проявлений. С возрастом они уходят из кишечника. Для чего они нужны? Установлено, что они тренируют неспецифический иммунитет, противовирусный в том числе.
Находясь в кишечнике, они за счет интерференции препятствуют заражению болезнетворными вирусами. Маленькие дети лишены специфического иммунитета и фактически обезоружены перед многими вирусами, а такой нежный возраст требует зашиты. Эту неспецифическую защиту энтеровирусы и обеспечивают, постепенно приучая организм к столкновению с вирусами. Каждая такая встреча приводит к иммунизации, и в результате ребенок приобретает некий репертуар противовирусных антител, которые обеспечат ему необходимую защиту.
Механизм такой противовирусной защиты сейчас изучается. Это новая область в науке, и те возможности, которые сейчас дают биотехнологии, позволяют изучать этот феномен на молекулярно-генетическом уровне.
Выясняется, что в основе этого явления лежат эпигенетические механизмы, когда в геноме человека возникают некие пометки на ДНК, усиливающие работу генов, отвечающих за противодействие вирусам. Это явление можно будет использовать для неспецифической профилактики вирусных инфекций.
— А можно ли научиться с помощью вирусов останавливать эпидемии?
— Да, можно останавливать эпидемии, применяя природные непатогенные вирусы, которые обладают способностью мощно индуцировать интерферон. Это противовирусный белок, который выделяет зараженная клетка, сталкиваясь с вирусом. Он распространяется по организму с кровотоком, препятствуя заражению, сообщаясь со всеми клетками организма и предупреждая их об опасности. В результате происходит перестройка свойств клеток: они становятся неспособными заражаться и погибать под действием инфекции. Этот механизм практически останавливает репликацию вируса.
То же самое можно сделать, если направленно ввести такой вирус перед угрозой заражения, когда идет волна инфекции.
Это будет кратковременная защита — на месяц или два, но тем не менее это значительно снизит вероятность заражения, что особенно важно в том случае, когда мы не знаем, с каким именно вирусом нам предстоит столкнуться. В наше время, когда возникает реальная угроза появления искусственных патогенов, такая возможность особенно важна.
— Петр Михайлович, знаю, что вы много лет занимаетесь онколитическими вирусами, с помощью которых можно лечить рак. На какой стадии сейчас находятся ваши исследования?
— Мы завершили доклинические исследования и готовы приступить к клиническим. Сейчас важно найти для этого финансирование. Конечно, дело движется удручающе медленно, ведь речь идет о возможности спасения многих жизней. Но я уверен, что такие препараты скоро появятся, в том числе у нас. Это неизбежный путь для российской и мировой медицины.
— Почему так?
— Ни для кого не секрет, что сейчас онкологическая наука зашла в тупик. В мире постоянно увеличивается количество таргетных и химиотерапевтических препаратов, которые действуют на определенные разновидности раковых клеток.
Но раковая клетка настолько пластична, что всегда найдет возможность вывернуться. В том случае, если началось метастазирование, это только вопрос времени.
— А почему в случае онколитической терапии у раковой клетки меньше шансов?
— Именно потому, что мы используем естественный механизм уничтожения раковой клетки. Если бы все мутации, которые претерпевают наши клетки, не сопровождались защитными механизмами, мы бы не прожили и нескольких месяцев. У человека и животных существуют мощные механизмы противораковой защиты, и они действуют на нескольких уровнях.
Первый уровень — внутриклеточный, когда в клетке возникает сбой и она совершает самоубийство. Второй — это уничтожение уже появившихся раковых клеток, когда система иммунных клеток при выявлении определенных неполадок подвергает «бракованную» клетку условному расстрелу. Третий — когда иммунная система выявляет новые антигены раковых клеток и вырабатывает против них иммунный ответ, уничтожая раковые клетки цитотоксическими Т-лимфоцитами.
Вся эта система защиты дает сбой, когда в результате определенных нарушений формируется скопление раковых клеток, которые начинают себя защищать от атак иммунной системы. Сейчас существует множество иммунобиологических препаратов, направленных на восстановление противоопухолевой защиты. Но такое лечение тоже зачастую оказывается неэффективным, поскольку не задействует все противоопухолевые механизмы одновременно.
При использовании онколитических вирусов речь идет о новом типе биологической терапии, когда в борьбе с раковыми клетками задействованы все ветви иммунитета. Важно, что это не токсично и практически не вызывает побочных явлений.
Лечение вирусами зачастую крайне эффективно и позволяет исключить рецидивы. Мы можем также искусственно вставлять в вирусы дополнительные терапевтические модули, которые ускорят лечение и сделают его более эффективным. Поэтому я не преувеличу, если скажу, что такая терапия — это будущее онкологии. Мы должны научиться использовать неспецифическое свойство вирусов для борьбы с раком.
— Как вы думаете, есть ли еще у вирусов какие-то полезные возможности, о которых мы пока не знаем?
— Вполне возможно, в будущем нам откроются и еще какие-то полезные свойства вирусов. В одном я уверен: нельзя сосуществовать столь длительное время так, чтобы кому-то был только вред, а кому-то — одна только польза. Всегда есть и то и другое. Наша задача — минимизировать вред и извлечь из этого соседства как можно больше пользы.
Беседовала Наталия Лескова
«Вирусы — колыбель жизни на Земли»
Вирусы — самые частые герои научных публикаций последних лет и предмет неутихающего интереса в обществе на всех уровнях. Свежий доклад Национальной разведки США о происхождении коронавируса, появившийся в сети в конце октября, по количеству запросов стал одним из самых популярных текстов. При этом никакого внятного ответа на поставленный вопрос комиссия дать так и не смогла, заявив, что возможны оба варианта: как естественный, так и искусственный.
Возникает вопрос, насколько вообще ученые знают предмет разговора? Можем ли мы сказать, что имеем более или менее полное представление о вирусах или они, несмотря на огромные вложенные средства, остаются Terra Incognita?
— Вирусология кардинально изменилась с начала нашего тысячелетия,— говорит Константин Чумаков.— Что уж говорить о том времени, когда я 50 лет назад пришел в науку. Тогда мы еще очень мало знали о геномной организации вирусов и только начинали выяснять их структуру. Сейчас мы знаем ее более или менее хорошо. И на передний край вышли исследования того, как вирусы взаимодействуют с клеткой, какие у них есть механизмы, чтобы проникнуть в нее и перестроить под свои цели. Настоящий прорыв произошел после того, как новые подходы связали вирусологию с клеточной биологией и иммунологией. А также после появления новых физико-химических методов исследования. Один из них — метод глубокого секвенирования (next generation sequencing) — дал вирусологии фантастические возможности.
Например, позволил изучать не только полные геномы вирусов, но и их тонкую популяционную структуру.
Рой вирусов
Как оказалось, вирусы — это не просто миллиард одинаковых частичек. Это рой близких, но все-таки отличающихся друг от друга вирионов. Чтобы выжить в безжалостном мире, вирусные частицы постоянно мутируют и создают особую популяцию, которую можно сравнить с гудящей толпой на стадионе. Если смотреть издали, то все толпы примерно схожи. Но при ближайшем рассмотрении может оказаться, что одна по преимуществу состоит из старушек, которые собрались обменяться комнатными растениями, а другая — из агрессивно настроенных хулиганов. Анализируя молекулярный состав вирусной толпы, можно предположить, как именно она поведет себя в дальнейшем.
Как науки о жизни меняют наш мир и нас
— По сути, речь идет о некоем облаке очень близких к друг другу вариантов, которые лишь немного отличаются генетически,— говорит Константин Чумаков.— Но именно эти тонкие отличия драматически влияют на биологические свойства вируса.
Сегодня ученые научились определять генетическую структуру популяций, и это открывает большие перспективы для понимания их поведения.
Чаще говорят о том, что такие квазивиды создают РНК-вирусы (особый тип вирусов, чей генетический материал представлен молекулой РНК). К ним относится и коронавирус. Попав в организм человека, вирус COVID-19 образует свой квазивид, который будет отличаться от того, что есть у соседа по палате. А иногда в организме одного человека встречаются субпопуляции с различными вариантами генома. Молекулярный портрет вирусной популяции — передний край науки, родившийся на стыке вирусологии, молекулярной биологии и биоинформатики.
— Сейчас любой дипломник делает такие работы, за которые раньше, может быть, дали бы Нобелевскую премию,— говорит Константин Чумаков.— Другое дело, что сегодня молодежь иногда даже не догадываются, какой наукой она занимается, потому что грань между вирусологией и общей клеточной биологией стирается. Человек может сегодня исследовать вирус, завтра — клетку, а затем — иммунную систему.
В этом есть своя опасность: они погружены, например, в мелкие нюансы работы генов, но в итоге не могут понять, как это все отразится на здоровье. Классических вирусологов, которые знают все виды вирусов и их воздействие на человека, остается очень мало.
Сеть для вирусологов
В 2011 году всемирно известные классические вирусологи организовали Глобальную вирусологическую сеть (The Global Virus Network (GVN), чтобы спасти науку как целое. Лидерами стали легендарный Роберт Галло, директор Института вирусологии человека университета Мэриленда, открывший ВИЧ, Уильям Холл из Центра исследований инфекционных заболеваний в Дублине и Рейнхард Кутц (1942–2014), директор Института Коха в Берлине. Они пригласили к сотрудничеству ведущих ученых из 30 стран. От России — заслуженного вирусолога Вадима Израилевича Агола, который в свои 92 года работает до сих пор. Уже тогда Роберт Галло предупреждал, что в вирусологии скоро не останется молодежи, которая видит науку целиком, и это чрезвычайно опасно, потому что мир стоит на пороге новой эпидемии.
У человечества слишком короткая память: оно вспоминает об ученых примерно раз в 30–40 лет — именно таков шаг пандемий. В ХХ веке первой была испанка в Первую мировую, затем эпидемия полиомиелита в 40–50-е годы, следующий — ВИЧ в 80-е. Далее Галло обращал внимание на звоночки в виде атипичных пневмоний, которые стали предвестниками нынешней мировой эпидемии, когда ученые опять стали героями дня.
— Сегодня глобальная вирусологическая — это экспертный совет ученых, которые никак не связаны с правительствами, и поэтому они могут дать оценку происходящему любой заинтересованной организации,— говорит Константин Чумаков.— GVN открывает представительства в разных странах, организует семинары, консультирует медиков и ученых. Такую функцию должна была бы выполнять ВОЗ, но она, к сожалению, давно выродилась в бюрократическую систему. Мы это прекрасно видели в начале пандемии, когда в угоду правительствам десять раз менялись правила.
Гены на низком старте
Пару месяцев назад The New York Times опубликовала большую статью о знаменитой русской научной династии — семье Чумаковых.
Естественно, на пике внимания к коронавирусу. В ней говорится, что Константин Чумаков вместе с Робертом Галло хотят проверить теорию о том, что живые вакцины могут открывать резервы иммунитета для борьбы с любыми инфекциями. Следуя этой логике, живая вакцина от полиомиелита, которую мы с детства помним, как «капли в рот», будет эффективна и против коронавируса. Ученые уверены, что если сейчас дать такой препарат жителям одного города, в нем пандемия сойдет на нет через две недели. Этот эффект в 50-е годы прошлого века описала мать Константина Михайловича — Марина Константиновна Ворошилова. Она участвовала в первых масштабных клинических испытаниях живой полиомиелитной вакцины, в том числе во время эпидемии гриппа, и отметила трех-четырехкратное снижение заболеваемости среди тех, кто получил препарат по сравнению с контрольной группой. Это было лучше, чем у специфических вакцин от гриппа.
Вирусолог, сын вирусологов
Отец Константина Чумакова, академик Михаил Петрович Чумаков, выдающийся вирусолог, основатель Института полиомиелита и вирусных энцефалитов, внедрил первую вакцину против полиомиелита.
Также он открыл и изучил вирус клещевого энцефалита, вирус чумы плотоядных и еще несколько не менее страшных инфекций. Мать, Марина Константиновна Ворошилова, тоже занималась изучением полиомиелита. Создала концепцию полезных вирусов человека и предложила метод неспецифической защиты и лечения вирусных и невирусных заболеваний, в том числе онкологических. Братья: Петр — главный научный сотрудник Института молекулярной биологии имени Энгельгардта РАН, соучредитель компании в США, которая лечит рак с помощью вирусов; Илья — молекулярный биолог, занимался расшифровкой человеческого генома во Франции; младший Алексей большую часть своей карьеры работал исследователем рака в Cedars-Sinai в Лос-Анджелесе, работая в Москве, разработал вакцину против гепатита Е, сейчас он преподает в Московской медицинской академии имени Сеченова.
— Константин Михайлович, каков механизм действия вакцины в данном случае?
— Живые вакцины вызывают не только специфический иммунитет в виде антител или каких-то клеточных реакций, они также стимулируют врожденный иммунитет — некоторые системы, которые позволяют организму защищаться от любых инфекций.
Это совершенно неспецифические механизмы, открытые почти сто лет назад. Но разобраться в молекулярном механизме этого явления не так просто. Традиционное объяснение лежит на поверхности: вирусы вызывают продукцию интерферона. Этот белок — часть врожденного иммунитета, который делает организм менее восприимчивым к другим патогенам.
— Как долго это работает?
— На самом деле длиться такой эффект должен от силы пару недель. Но недавно был обнаружен феномен так называемого натренированного врожденного иммунитета. Как оказалось, если организм подвергнуть какому-то инфекционному стимулу, воздействию возбудителя или живой вакцины, то в организме происходят так называемые эпигенетические перестройки (эпигенетика изучает модификации ДНК и ее упаковку в ядре в ходе развития и под воздействием окружающей среды.— «Ъ-Наука»). Те гены, которые отвечают за продукцию компонентов врожденного иммунитета, переходят в активированное состояние. В таком состоянии ген как бы находится на низком старте, он готов сработать в любой момент.
Это можно сравнить с чтением энциклопедии: в поисках информации вы листаете книгу, а когда находите нужный момент, кладете туда закладку, чтобы отыскать в следующий раз. То же самое происходит здесь: организм «кладет» себе такую закладку, чтобы при необходимости быстро включить тот же самый ген. Скорее всего, это явление — общий биологический феномен: организму выгодно держать наготове гены, которые использовались недавно. Поэтому после живой полиомиелитной вакцины возможен долгосрочный эффект защиты от всех инфекций.
С самого начала пандемии мы с Бобом Галло подавали заявки на проведение клинических испытаний этого метода в США, но необходимого финансирования мы не получили. Однако в России такое исследование было проведено в Кировской области Центром имени Чумакова совместно с местным медицинским университетом с очень обнадеживающим результатом. Кроме того, косвенные ретроспективные исследования в Иране показали, что среди матерей, чьи новорожденные получили живую полиомиелитную вакцину, не было ни одного случая заболевания коронавирусом.
А среди женщин сравнимого возраста и социодемографических характеристик отмечались десятки случаев заражения.
— В начале пандемии действительно ходили разговоры о том, что благодаря вакцине от полиомиелита россияне более стойко борются с коронавирусом. Но сейчас об этом что-то не слышно.
— Есть данные о том, что в странах, где применяют живую вакцину против полиомиелита, заболеваемости COVID-19 гораздо меньше. Эта корреляция достаточно четкая. В России, конечно, существует высокая смертность от коронавируса, но она все равно не шла ни в какое сравнение с тем, что было в США и в Европе. В России смертность связана с другими вещами, с тем, что россияне, к сожалению, не хотят прививаться и тем самым сами себе наносят ущерб. И, конечно, с общим уровнем медицины.
Вакцина и не только
— В США вы работаете в Отделе исследований и анализа вакцин в FDA, которое выдает разрешения на применение новых медицинских препаратов.
Вы координируете работу 35 лабораторий, каждая из которых занимается «своим» вирусом или бактерией. Зачем работать со «старыми» инфекциями, против которых разработаны надежные вакцины?
— Во-первых, главная идея нашей организации — иметь экспертизу мирового уровня по всем вопросам. Именно к нам приходят биотехнологические компании с новыми препаратами, которые нужно адекватно оценить. Прекрасным результатом такого подхода стала феноменально быстрая, но при этом сделанная по всем требованиям регистрация вакцины Pfizer от коронавируса.
Во-вторых, не бывает старых инфекций. Благодаря появлению новых методов сейчас идет активная эволюция вакцин. Например, вакцина от коклюша, сделанная еще в 50-е годы, хорошо защищала, но давала серьезные побочные реакции. Поэтому ученые создали другую, правда, через несколько лет выяснилось, что привитый ребенок может передавать бактерию окружающим. И сейчас во многих странах происходит возрождение коклюша. Поэтому в ходу работы над третьим поколением этого препарата.
— Новые препараты могут быть дешевле старых?
— Нет, они обычно намного дороже, потому что сделаны с применением последних достижений молекулярной биологии. Например, когда появился препарат от гепатита С, курс лечения обходился в $70 тыс., притом что сами пилюли стоили максимум $2. Но компания потратила миллиарды долларов на разработку и внедрение препарата, и теперь она должна их вернуть, иначе не сможет создавать новые лекарства.
— Почему тогда в условиях пандемии к старым дешевым и проверенным технологиям производства вакцины, по сути, обратились только Китай и Россия: у нас «убитую» вакцину создали в Научном центре исследований имени М. П. Чумакова.
— Во-первых, для производства такого препарата нужно обладать высокой степенью биобезопасности, которую могут обеспечить всего несколько заводов в мире. Другая причина в том, что ученым неинтересно повторять старые технологии. К началу пандемии в мире накопилось много интересных наработок, на внедрение которых никто не готов был тратить деньги.
А теперь они оказались востребованы и апробированы.
Еще один важный аспект связан со строением вируса. Дело в том, что у коронавируса есть особый S-белок, его аналоги есть и у некоторых других вирусов. Например, у респираторно-синцитиального вируса человека (вызывает инфекции дыхательных путей, часто смертелен для младенцев). В 60-е от него сделали «убитую» вакцину, но оказалось, что привитые люди болеют хуже, чем непривитые. S-белок вдруг начал производить антитела неправильного типа, которые вместо того, чтобы убивать вирус, помогали ему проникнуть в клетку. Поэтому многие опасаются использовать этот метод для такого рода вирусов. Большая удача, что в случае коронавируса такого не случилось.
— Как часто в мире происходят утечки вирусов?
— Думаю, что такие события случаются очень редко. Но здесь, как говорится, достаточно одного раза. Никто никогда не сознается в этом, особенно в закрытом обществе, которым является Китай.
Известно, что такие утечки были в разных странах, в том числе в СССР, когда по головотяпству из лаборатории ускользала бактерия или вирус. В 50-е годы, когда еще активно разрабатывали биологическое оружие, подобный инцидент случился в Соединенных Штатах. Помню, когда я переехал в Америку уже в 80-х, то в Форт-Детрике находился Военно-медицинский научно-исследовательский институт инфекционных болезней США. У них стояло сооружение наподобие огромной водонапорной башни, полностью зараженное сибирской язвой. Долгое время оно оставалось запечатанным, и все с опаской ходили мимо. (Сибирская язва вызывается бактерией Bacillus anthracis. В 1979 году в Свердловске произошла сибиреязвенная вспышка, стоившая жизни не менее чем 64 жителям города, а возможно, и 100. Ее причиной, по всей видимости, стал аварийный выброс аэрозоля с бактериями с военного предприятия, занимавшегося бактериологической защитой. – «Ъ-Наука»).
— В марте 2020 года власти КНР назвали лабораторию в Форт-Детрике возможным источником пандемии коронавируса — в ответ на обвинения лаборатории в Ухани.
Насколько просто сегодня сконструировать вирус?
— Технически на уровне генной инженерии это сделать очень просто. Существуют разработанные способы, как вносить изменения в геном вируса и бактерии. Не так давно это научились делать просто с помощью химического синтеза, когда новый вирус проектируется на компьютере, а потом синтезируется на химическом роботе.
Гораздо более сложная проблема понять, что конкретно нужно поменять. Сейчас, например, множество ученых по всему миру занимается изучением патогенности вирусов, чтобы затем делать эффективные вакцины. Для этого в вирусе нужно что-то «подкрутить», где-то «подергать», посмотреть, что за что отвечает,— это нормальный процесс исследования природы. Но, возможно, в Китае это сделали безответственно. И теперь, даже если это действительно было так, мы вряд ли что-нибудь докажем. Но нужно понимать, что вопрос биобезопасности — всегда обоюдоострое лезвие. Потому что, с одной стороны, нужно все делать максимально осмысленно, с другой — нельзя закручивать гайки и все исследования загонять в категорию BSL-4 (Bio Safety Level — уровень биологической безопасности.
— «Ъ-Наука») — это когда уже практически совсем невозможно работать, и ты можешь, облачившись в скафандр, сделать один-два эксперимента.
Счеты с вирусом
— Ваши родители во время своей работы оба заразились тяжелыми инфекциями, которые могли стать смертельными. Неужели их это никогда не останавливало?
— Это всегда было частью профессионального риска, о котором все знали. В молодости отец участвовал в первых экспедициях на Дальний Восток, где принимал участие в открытии вируса клещевого энцефалита. Мой отец всегда был очень энергичным, и то, как именно он заразился, много о нем говорит: он был настолько нетерпелив, что ему необходимо было срочно вскрыть труп погибшего от клещевого энцефалита, чтобы исследовать препарат мозга. Делал он это без всяких надлежащих инструментов, поранил себе руку осколком черепной кости и заболел. В итоге он потерял слух и подвижность правой руки. Но это нисколько не останавливало его деятельность: отец всю жизнь изучал и открывал другие опасные вирусы.
— А мама?
— Мама заразилась полиомиелитом в Сухуми. Там находился обезьяний питомник, где можно было проводить опыты по изучению другой напасти прошлого века — полиомиелита. Как именно мама заразилась, я точно не знаю, по всей вероятности, ее укусила обезьяна. После этого мама заболела и заразила меня. Тогда я только начинал вставать и делать первые шаги, а здесь после высокой температуры на какое-то время ходить перестал, хотя потом полностью выздоровел. А вот мама еще несколько лет ходила с палочкой.
— Ваш отец был, что называется, настоящим советским патриотом до конца жизни. Известно, что он всякий раз пытался убедить своего хорошего друга, всемирно известного вирусолога Альберта Сейбина, в том, что нужно строить коммунизм. Как он воспринял ваш отъезд за границу в 1989-м?
— Отец действительно был большим патриотом и убежденным коммунистом образца 20-х годов, не циничным приспособленцем, какими были коммунисты 80-х.
К сожалению, после отъезда в 1989 году я его больше не видел, он умер в 1993 году. Но в нашей переписке никогда не проскальзывала и тень упрека. Он же видел, что происходит вокруг, и гордился, что у меня там все получается. Но, конечно, ему было бы приятно, если бы я рано или поздно вернулся.
— У вас лично никогда не было страха перед инфекцией?
— Я никогда не занимался опасными вирусами. Сейчас мой научный интерес связан с созданием новых вакцин. Я принимаю участие в проекте Фонда Билла и Мелинды Гейтс. Они начали разрабатывать новую более безопасную и генетически стабильную вакцину от полиомиелита, основанную на рациональном дизайне генома. Она уже применяется несколько месяцев и показала прекрасные результаты. Также я занимаюсь молекулярным контролем вакцин на основе глубокого секвенирования. Собственно, этой темой я начал заниматься сразу после переезда в США. Метод, который мы разрабатываем сейчас, позволит анализировать такое важное понятие, как генетическая стабильность.
От него напрямую зависит безопасность и эффективность нового препарата. Если он будет одобрен, то помимо практической пользы он решит большую этическую задачу: избавит производителей вакцины от необходимости проверять новые препараты на животных. Сейчас для контроля новой вакцины приходится убивать порядка 200 обезьян или трансгенных мышей.
— Вопрос о происхождении жизни — один из краеугольных в современной науке. Ученые до сих пор скрещивают копья, пытаясь доказать, что же было первично: вирусы, которые живут внутри клеток, или собственно клетки.
— Вообще-то говоря, никто не знает, как возникла жизнь. По одной из наиболее популярных теорий, это произошло на уровне РНК. Вероятно, вначале РНК научились сами себя воспроизводить, а затем научились создавать какие-то другие молекулы, которые помогали это делать, например белки. Как назвать эту первичную РНК, которая умела только копировать себя? Это не что иное, как вирус. Вполне вероятно, что потом вирусы придумали себе клетки, когда «решили», что им выгодно окружить себя липидной оболочкой.
Молекулы РНК стали «жить» внутри этого пузырька, потом сам этот пузырек эволюционировал в клетку, а дальше клетка начала усложняться. Мне, как вирусологу, приятно думать, что именно вирусы были первичными. Можно сказать, что вирусы — колыбель жизни.
Сейчас доказано, что на самом деле они есть абсолютно везде и, более того, как ни парадоксально, по биомассе вирусов на земном шаре больше, чем остальных организмов, вместе взятых, включая всех слонов и китов. Когда стали изучать морскую воду с помощи глубокого секвенирования и метагеномного анализа, то оказалось, что в каждом миллилитре воды присутствует огромное количество вирусов, о которых мы просто не подозревали. Нет ни одного организма, в котором не было бы вирусов. Некоторые из них гуляют от одного организма к другому и вызывают болезни, но гораздо больше просто мирно сосуществуют с нами и выполняют важнейшую функцию как в эволюции в целом, так и в нашей физиологии. Потому что вирусы — идеальное средство, чтобы горизонтально передавать информацию от одного организма к другому.
— Можно ли ответить на вопрос, почему та или иная пандемия возникла именно в этот момент истории? Согласно некоторым теориям, смертоносные эпидемии появляются тогда, когда одна из популяций размножилась слишком сильно.
— Конечно, есть объективные вещи, связанные с взрывным ростом населения и глобализацией всей жизни. Но у меня есть и другое ощущение: пандемии возникают тогда, когда человечество переходит какую-то черту, вторгается туда, где его раньше не было. Например, в 30-е годы мы начали осваивать Дальний Восток, углубляясь в тайгу, и получили новое заболевание — клещевой энцефалит. В 80-е то же самое было с ВИЧ, когда, видимо, охотники убивали и ели зараженных обезьян. Аналогичная черта была перейдена с болезнью Куру. Оказалась, что болезнь — следствие каннибализма, который практиковали племена Новой Гвинеи. И передавалась она вместе с мозгом умершего родственника, который поедали на ритуальной трапезе. Сошел на нет каннибализм — исчезла и болезнь.
Так что если мы не вынесем урок из нынешней пандемии и не станем более аккуратными, то страшные трагедии будут повторяться вновь и вновь.
— Это похоже на какой-то эколого-религиозный взгляд на мир верующего человека.
— Я не воцерковленный человек, так как меня в детстве не приучили к религии. Но, мне кажется, ни один мыслящий ученый не может не верить в Бога, даже если он из-за конформизма гонит от себя эти мысли. Только на начальном этапе своей интеллектуальной эволюции, когда ученый является, условно говоря, квалифицированным технарем, который умеет расщеплять атомы, рекомбинировать какие-то вирусы и так далее, он может себе позволить заигрывать с атеизмом. Тогда у него есть некоторая иллюзия, что наука всесильна. Но постепенно приходит понимание, что есть что-то, что находится за пределами познаваемого и лежит в основе всего. У меня есть хороший пример из семейной жизни — дядя моей жены, академик Илья Михайлович Франк, нобелевский лауреат по физике.
Это был абсолютно мирового класса ученый, и это не мешало ему верить в Бога, быть воцерковленным христианином. Но говорить об этом вслух в нашей среде не принято, несмотря на то что среди ученых есть масса верующих, хотя и необязательно религиозных и тем более воцерковленных. Это ведь три разные вещи. Успех науки и технологии и кажущееся всемогущество человека в последние две-три сотни лет заронили сомнение в наличии высшего начала и породили атеизм. Но на самом деле если вдуматься, то атеизм — это ведь тоже религия, религия для безбожников. Просто есть политеистические религии, где много богов, есть монотеистические, где бог один, а есть, где количество богов равно нулю. Были религиозные воины, в которых гибла масса людей, но максимальное количество людей погибло на войнах, затеянных атеистами.
— В какой части вирусологии лично вы ожидаете прорыва в ближайшие 10–20 лет?
— По этому поводу хорошо высказался Нильс Бор: «Прогнозы — это очень неблагодарная вещь, особенно о будущем».
В одной из книжек футурологов конца XIX века задавался примерно такой же вопрос: что же будет самым главным вызовом человечеству в ХХ веке. Ответ был замечательным: вывоз конского навоза с улиц разросшихся городов. Конечно, я жду, когда количество новых технологий в вирусологии перейдет в качество и новые подходы, слияние естественно-научных подходов с информатикой и другими областями приведет к качественному рывку, и мы сможем объяснить какие-то действительно сложные биологические системы, например, как работает человеческий мозг. Но в целом это очень сложные вещи, а я чувствую себя очень некомфортно, когда анализирую что-то слишком сложное. Я поэтому и занимаюсь всю жизнь вирусами, которые предельно просты. А давать конкретные прогнозы по конкретным вещам — это неблагодарное занятие, получится точно как с конским навозом.
Теги
СМИ о Фонде
Вирусы могут как помочь нам, так и навредить
За последние несколько лет миллионы людей во всем мире радикально изменили свой образ жизни, чтобы избежать контактов с другими людьми и, таким образом, нового коронавируса.
Несмотря на социальное дистанцирование, многие все же частично заболели другими вирусными инфекциями. Это связано с тем, что ученые все чаще узнают, что многие вирусы тихо скрываются в человеческом теле, спрятанные в клетках легких, крови и нервах, а также внутри множества микробов, которые колонизируют наш кишечник.
По оценкам биологов, прямо сейчас на вашем теле и внутри него живет 380 триллионов вирусов — в 10 раз больше, чем бактерий. Некоторые могут вызвать болезнь, но многие просто сосуществуют с вами. Например, в конце 2019 года исследователи Пенсильванского университета обнаружили в дыхательных путях 19 различных штаммов редондовируса; некоторые из них были связаны с пародонтозом или заболеваниями легких, но другие, возможно, могли бороться с респираторными заболеваниями. Быстро расширяющиеся знания ученых ясно показывают, что мы состоим в основном не из «человеческих» клеток, в которые время от времени вторгаются микробы; наши тела на самом деле представляют собой суперорганизмы, сосуществующие вместе с клетками, бактериями, грибками и, что наиболее многочисленно, вирусами.
Последние подсчеты показывают, что до половины всей биологической материи в вашем теле не принадлежит человеку.
Десять лет назад исследователи едва ли знали о существовании человеческого вирома. Сегодня мы видим огромный виром как неотъемлемую часть более крупного микробиома человека, сумасшедшее одеяло из пассивных и активных микроскопических организмов, которые занимают почти каждый уголок нашего существа. Мы занимаемся картографированием вирома уже более 10 лет, и чем глубже мы исследуем, тем больше виром выглядит как партнерство, которое может влиять на нашу повседневную жизнь как положительно, так и отрицательно. Недавние исследования показывают, что мы можем даже использовать виром для укрепления собственного здоровья. Исследователи Рокфеллеровского университета, например, выделили из вируса фермент, убивающий бактерии, обнаруженные у пациентов, борющихся с метициллин-резистентной стафилококковой инфекцией. Результаты были настолько обнадеживающими, что Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов назвало фермент «прорывной терапией».
Сегодня мы регулярно говорим о «хороших» и «плохих» бактериях в нашей жизни. Вирусы попадают в те же категории. Теперь задача состоит в том, чтобы выяснить, как остановить плохие и продвигать хорошие.
Заражение при рождении
Организм человека представляет собой богатую среду для микробов, изобилующую белками, жирами и углеводами. Многие вирусы придумали, как мирно процветать в нем, не заражая нас.
Вирусы должны внедряться в клетки-хозяева для размножения, и они умеют использовать все возможности нашего тела. Около десятка лет назад недорогое секвенирование генома позволило нам обнаружить множество вирусов во рту и кишечнике. Примерно к 2013 году ученые обнаружили вирусы на коже и в дыхательных путях, крови и моче. Совсем недавно мы нашли их в еще более удивительных местах. В сентябре 2019 г., например, Чандрабали Гхош, наши коллеги и я опубликовали подробности о вирусах, которые мы обнаружили в спинномозговой жидкости взрослых, которые проходили тестирование на различные состояния.
Вирусы принадлежали к нескольким различным семействам и не были связаны с каким-либо известным заболеванием. Мы также обнаружили те же вирусы в плазме крови, суставной жидкости и грудном молоке. Ученые знали, что некоторые редкие инфекционные вирусы, особенно герпес, могут проникать в спинномозговую жидкость, но обнаружение случайных вирусов, которые казались простыми сторонними наблюдателями, стало неожиданностью. Центральная нервная система, которая считается стерильной средой, заселена несколько разнообразным вирусным сообществом.
Похоже, что наши виромы начинают накапливаться, когда мы рождаемся. Исследования показывают большое разнообразие вирусов в кишечнике младенцев вскоре после рождения, что позволяет предположить, что они, вероятно, исходят от матерей младенцев, а некоторые из них попадают в организм с грудным молоком. Количество некоторых из этих вирусов уменьшается по мере того, как младенцы вырастают до недель или месяцев; другие попадают в их тела из воздуха, воды, пищи и других людей.
Эти вирусы растут в количестве и разнообразии, заражая клетки, в которых они сохраняются в течение многих лет. Младенческие виромы нестабильны, тогда как взрослые виромы относительно стабильны. Анелловирусы, семейство из 200 различных видов, присутствуют почти у всех, когда мы становимся старше. Это отражает то, что мы наблюдаем и для бактерий.
Многие из вирусов, живущих внутри нас, не нацелены на наши клетки. Вместо этого они ищут бактерии в наших микробиомах. Известные как бактериофаги или фаги, эти вирусы проникают внутрь бактериальных клеток, используют тамошние механизмы для создания своих копий, а затем часто вырываются наружу, чтобы заразить новые бактерии, убивая при этом клетки-хозяева. Бактериофаги почти повсеместно распространены в природе. Если хорошо поискать, то можно найти их в почве, в любом источнике воды, от океана до домашнего крана, и в экстремальных условиях, таких как кислотные шахты, Арктика и горячие источники. Вы даже найдете их парящими в воздухе. Они сохраняются во всех этих местах, потому что охотятся на бактерии, живущие во всех этих местах.
Мы, люди, всего лишь еще одно охотничье угодье.
В 2017 году Софи Нгуен и Джереми Барр из Университета штата Сан-Диего продемонстрировали, что многие фаги попадают в свое окончательное место в организме, пересекая слизистые оболочки. В лабораторных экспериментах фаги работали через мембраны, выстилающие кишечник, легкие, печень, почки и даже мозг. Но когда они случайно попадают в такое место, как центральная нервная система, где мало бактерий, которые могут быть хозяевами, у них может не быть возможности размножаться, и они могут в конечном итоге погибнуть.
Ваш личный профиль вируса
Виром может сильно варьироваться от одной части тела к другой. Когда мы с Гхошем искали вирусы в неожиданных местах, мы также определили, что вирусы во рту отличаются от вирусов в кишечнике, которые отличаются от вирусов в моче или крови. Мы знали, что это относится к бактериям, но вначале у нас не было достаточно данных о вирусах. Хотя найти добровольцев, которые будут плевать в чашку, нетрудно, трудно заставить их предоставить образцы стула или крови и убедить университеты дать согласие на получение и обработку этих образцов.
Когда у нас есть товар, мы должны отфильтровать бактерии, оставив крошечные кусочки вирусного материала, которые мы можем исследовать под микроскопом и поместить в машину, которая секвенирует нуклеиновые кислоты, кодирующие присутствующие гены. Тем не менее, исследователи проделали уже достаточно этой работы, чтобы сказать, какую часть тела они исследуют, просто отметив присутствующие вирусы.
Мы с моей коллегой Мелиссой Ли из Института человеческих вакцин Дьюка также показали, что, сравнивая виромы неродственных людей, мы можем определить, живут ли они вместе. Хотя у разных людей могут быть существенно разные виромы, люди, живущие совместно, по-видимому, имеют примерно 25 процентов вирусов в своих виромах. Вирусы могут передаваться от одного члена домохозяйства к другому не только через типичные заразные средства, такие как кашель, но также через случайный контакт и общие раковины, туалеты, столы и пищу. Хотя мы изучили лишь небольшое количество людей, данные показывают, что не романтические соседи по комнате имеют тот же процент вирусов, что и романтические соседи по комнате.
Близкий контакт, кажется, мало что меняет; достаточно просто жить в одном месте.
Однако загадка непростая. Шира Абелес из Калифорнийского университета в Сан-Диего выявила большие различия в оральных виромах мужчин и женщин; причиной могли быть гормоны, но никто не продемонстрировал такой связи. Мы знаем, что виромы могут значительно различаться в зависимости от географических популяций. Например, виромы людей в западных странах менее разнообразны, чем среди людей в незападных странах. Эти различия могут быть связаны как с питанием, так и с окружающей средой.
Фото: AXS Biomedical Animation StudioБродяги или нахлебники?
Многие вирусы в нашем вироме заражают бактерии, но меньшая их часть непосредственно заражает клетки наших тканей. Эти вирусы могут быть в меньшинстве, потому что наша иммунная система подавляет их. Ивейн де Вламинк, в то время работавший в Стэнфордском университете, продемонстрировал, что, когда иммунная система человека подвергается серьезной нагрузке — например, когда кто-то получил трансплантацию органа и должен принимать иммунодепрессанты, чтобы избежать отторжения органа, — присутствие определенных вирусов резко возрастает.
В этих случаях мы наблюдаем рост как вирусов, о которых известно, что они вызывают заболевание, так и тех, которые этого не делают. Это наблюдение предполагает, что в нормальных условиях наша иммунная система контролирует виромы, но когда иммунитет ослаблен, вирусы могут легко размножаться.
Мы можем наблюдать подобный оппортунизм с COVID-19. У людей, заболевших вирусом SARS-CoV-2, особенно у тяжелобольных, могут развиться коинфекции. Наиболее распространенными являются вторичная бактериальная пневмония или бактериемия (повышение количества бактерий в кровотоке), включающая такие микроорганизмы, как Staphylococcus aureus и Streptococcus pneumoniae . Хотя реже, мы также наблюдали вирусные коинфекции, такие как грипп, респираторно-синцитиальный вирус и аденовирус. Вирусы, скрывающиеся в вироме, также могут реактивироваться, например, вирус Эпштейна-Барр и цитомегаловирус. Когда иммунная система обращает внимание на COVID, пациент может быть более восприимчив к другим вирусным вспышкам.
Многие фаги, несмотря на то, что они охотники, долгое время живут в гармонии со своей добычей и могут никогда не вырваться наружу. Вирус — это всего лишь белковый шарик, окутывающий молекулу генетических инструкций — генетический код вируса. Когда некоторые фаги заражают бактерию, они интегрируют свой геном в геном бактерии. Хотя некоторые вирусы размножаются немедленно, убивая свои бактерии-хозяева, другие фаги просто сохраняются внутри своего хозяина, словно в тихой спячке. Вероятно, это стратегия выживания; когда бактерия-хозяин делится, создавая копию своего генома, она также копирует геном фага. В этой модели выживание хозяина определяет выживание фага, поэтому фаг заинтересован в сохранении своего хозяина. Понятно, почему такая стратегия приносит пользу фагу, но не так ясно, как она может принести пользу бактериям. По какой-то причине кажется, что многие бактерии в организме привыкли жить со своими фагами.
Когда представится возможность, гибернирующие фаги могут проснуться и произвести много потомства, убивая свои клетки-хозяева.
Иногда уходящие фаги уносят с собой бактериальные гены. Эта полезная нагрузка может время от времени приносить пользу следующим бактериям, которые заражают фаги. Например, я обнаружил в слюне фаги, несущие гены, помогающие бактериям ускользать от нашей иммунной системы. Некоторые фаги даже несут гены, которые помогают бактериям сопротивляться антибиотикам. Фагам не нужны такие гены, потому что фаги не могут быть уничтожены антибиотиками, поэтому, когда они передают гены бактериям, они способствуют выживанию хозяев, что синонимично выживанию фагов. Мы часто видим такие переводы.
Фаги могут усилить защиту своего хозяина. Бактерия Pseudomonas aeruginosa , наиболее известная тем, что вызывает пневмонию, вызывает ряд заболеваний. Людям с такими заболеваниями легких, как кистозный фиброз, почти невозможно вывести эту бактерию из легких, даже если они принимают антибиотики, предназначенные для ее уничтожения. Некоторые P. aeruginosa интегрировали в свои геномы так называемые нитевидные фаги.
В 2019 году исследователи под руководством группы из Стэнфорда, в которую входили Элизабет Бергенер и Пол Боллики, обнаружили, что нитевидные фаги могут образовывать защитный плащ — слои углеводов и белков, которые помогают бактериям прятаться от антибиотиков. Это позволяет бактериям укрыться на месте, пока антибиотики не исчезнут, и жить, чтобы вызвать инфекцию в другой день.
Вирусы, которые нам помогают
Нетрудно задаться вопросом, можем ли мы использовать вирусы, живущие внутри нас, для улучшения нашего здоровья. Мы уже нашли несколько случаев, когда это происходит естественным образом. По мере того, как фаги перемещаются по телу в поисках бактерий, некоторые из них связываются с клетками на поверхности слизистых оболочек, таких как те, которые выстилают нос, горло, желудок и кишечник. Фаги не могут размножаться там, но они могут подстерегать уязвимый хозяин.
Этот процесс теоретически может защитить нас от некоторых болезней. Допустим, вы едите пищу, зараженную бактериями Salmonella .
Если бактерии соприкасаются с мембраной желудка, фаги там могут якобы заразить бактерии и убить их, прежде чем они смогут вызвать заболевание. Таким образом, фаги могут служить де-факто иммунной системой, защищающей нас от болезней. Этого пока никто не доказал, но в 2019 году исследовательская группа в Финляндии показала, что фаги, связанные со слизью свиней и радужной форели, сохраняются там в течение семи дней и защищают от одного вида бактерий, заражающих этих животных.
Одним из фагов, привлекающих большое внимание, является crAssphage, обнаруженный в 2014 году Басом Дутилом из Института Радбуда в Нидерландах. Исследования, проведенные с тех пор, показали, что он населяет большинство людей во всем мире, за исключением, по-видимому, традиционных популяций охотников-собирателей. Необычно обнаружить, что один и тот же вирус распространяется так широко и широко, и никто не связал его с каким-либо заболеванием. Ученые считают, что он контролирует распространенность обычной кишечной бактерии под названием Bacteroides .
Если это так, мы могли бы использовать его для улучшения состояния желудочно-кишечного тракта. Он настолько распространен в фекалиях человека, что исследователи теперь проверяют его в питьевой воде, чтобы увидеть, не была ли вода загрязнена сточными водами.
Врачи особенно заинтересованы в фагах, которые могут противодействовать агрессивному росту устойчивых к антибиотикам бактерий. Разработка новых антибиотиков не поспевает за ними. По оценкам Всемирной организации здравоохранения, к 2050 году эти патогены будут вызывать не менее 10 миллионов смертей ежегодно, поэтому альтернативные методы лечения жизненно важны. Фаги были открыты более 100 лет назад, и врачи пытались использовать их для лечения бактерий, вызывающих заболевания, хотя и без особого успеха. В 19Антибиотики 40-х годов заменили фаги в большинстве стран мира, потому что лекарства были намного эффективнее и проще в использовании. Теперь некоторые медицинские исследователи, такие как исследователи из Университета Рокфеллера, которые использовали фаговый фермент для борьбы с метициллин-резистентной инфекцией Staphylococcus , по-новому смотрят на фаги.
В течение многих лет большинство врачей боялись вводить фаги, потому что они не знали, будет ли иммунная система человека чрезмерно реагировать, вызывая опасные уровни воспаления. Фаги для терапевтического использования выращивают в бактериях, и если бактерии не будут полностью удалены до введения фагов, бактерии могут вызвать чрезмерно агрессивный иммунный ответ. Сегодня у нас есть более сложные методы очистки фагов, и опасения по поводу побочных реакций в значительной степени утихли.
Что действительно ограничивает использование фагов для лечения инфекционных заболеваний, так это то, что трудно найти эффективные вирусы. В течение многих лет исследователи прочесывали естественные места обитания в поисках фагов, которые могут быть активны против бактерий, вызывающих болезни человека. Теперь, когда мы знаем, что вирусов много в фекалиях, слюне и мокроте, исследователи поняли, что одним из самых богатых источников фагов могут быть местные очистные сооружения.
Несколько таких фагов уже используются для экспериментального лечения.
В знаменательном деле 2016 года, за которым наблюдал Роберт Скули, также из Калифорнийского университета. В Сан-Диего врачи использовали фаги из сточных вод, а также фаги из окружающей среды, чтобы успешно лечить Тома Паттерсона, профессора школы, который страдал полиорганной недостаточностью из-за Acinetobacter baumannii, печально известная лекарственно-устойчивая бактерия.
Улучшение здоровья
По мере того, как мы узнаем больше о роли вирусов в вироме человека, мы можем открывать больше терапевтических возможностей. Алехандро Рейес из Вашингтонского университета в Сент-Луисе показал, что фаги у мышей могут формировать бактериальные сообщества грызунов, хотя мы не уверены, что меняется в первую очередь: вирусы или бактерии. Если вирусные сообщества изменятся первыми, они смогут сформировать бактериальные сообщества, которые будут служить им. Если бактериальные сообщества изменяются первыми, вирусные сообщества, вероятно, просто адаптируются, чтобы проникнуть в измененные бактерии.
Исследователи показали, что виромы могут значительно изменяться при заболеваниях пародонта и воспалительных заболеваниях кишечника.
Хотя нам потребуется много времени, чтобы разгадать человеческий виром, важно учитывать, какого прогресса мы добились всего за 10 лет. Десять лет назад многие ученые думали о микробиоме как о своего рода пассивном слое крошечных организмов внутри тела, в основном в кишечнике. Теперь мы знаем, что хотя некоторые части микробиома действительно стабильны, другие активны и меняются. И начинает казаться, что самые динамичные игроки — это вирусы. Исследование, проведенное в 2018 году в ткани головного мозга, пожертвованной людьми, умершими от болезни Альцгеймера, выявило высокий уровень герпесвирусов. Затем, в мае 2020 года, исследователи из Университета Тафтса и Массачусетского технологического института, которые разработали мозгоподобную ткань в лаборатории, заразили ее вирусом простого герпеса 1, и ткань наполнилась амилоидными бляшечными образованиями, похожими на те, что пронизывают мозг.
людей, страдающих болезнью Альцгеймера. Удивительно осознавать, что мы можем обнаружить замечательную роль старых вирусов.
При более глубоком изучении мы можем найти новые категории вирусов, влияющих на здоровье человека, а также новые способы использования вирусов для управления нашим микробиомом и защиты от болезней. Если мы, люди, сможем понять, как управлять плохими вирусами и использовать хорошие, мы сможем помочь себе стать более сильными сверхорганизмами.
Смотреть дальше
Первоначально эта статья была опубликована под названием «Вирусы внутри вас» в журнале Scientific American 323, 6, 46–53 (декабрь 2020 г.)
doi:10.1038/scientificamerican1220-46
ОБ АВТОРАХ
Дэвид Прайд — специалист по инфекционным заболеваниям и адъюнкт-профессор патологии Калифорнийского университета в Сан-Диего.
Его лаборатория фокусируется на роли микробных сообществ в гомеостазе, здоровье и болезнях человека. Фото: Ник Хиггинс
Преимущества вирусов — причины верить
Вирусы имеют плохую репутацию. Обычно мы думаем только о том вреде, который они приносят. COVID-19пандемия является одним из недавних примеров. Это принесло всемирный террор и большой экономический ущерб. COVID присоединяется к длинному списку смертельных вирусов, который заставляет многих из нас желать, чтобы вирусов никогда не существовало. Вирусы также приносят экзистенциальную тревогу. Зачем всемогущему, вселюбящему Богу создать мир с вирусами?
Известные преимущества вирусов
Необходимы для сложной жизни . Формы жизни на Земле, более крупные и сложные, чем микробы, были бы невозможны без изобилия разнообразных вирусов. Если бы не эти вирусы, бактерии размножались бы и быстро занимали все ниши и щели на поверхности Земли. Земля превратилась бы в гигантский шар бактериальной слизи.
Эти секстиллионы бактерий потребляли бы все ресурсы, необходимые для жизни. Все живое, включая все бактерии, погибнет.
Проверка популяции бактерий . Вирусы убивают и разрушают бактерии с нужной скоростью в нужных местах, чтобы поддерживать популяцию и разнообразие бактерий, оптимальные как для бактерий, так и для всех других форм жизни. Без вирусов нас бы не было!
Водяной цикл . Вся земная жизнь в решающей степени зависит от круговорота воды. Все компоненты осадков водного цикла (дождь, туман, снег, град и мокрый снег) требуют для образования микроскопических семян (или ядер). Наиболее важными семенами для осаждения являются вирусы и бактериальные фрагменты, возникающие в результате вирусных атак. В то время как частицы пыли и сажи также могут служить семенами для образования капель дождя и снежинок, вирусы и бактериальные фрагменты позволяют формировать первоначальные кристаллы льда при более высоких температурах. У нас не было бы достаточно осадков на достаточно обширной территории, чтобы поддерживать наше сельское хозяйство и цивилизацию, если бы не вирусы.
Медицинское применение . Вирусы начинают играть важную роль в медицинской терапии и развитии медицинских технологий. В настоящее время люди обладают технологией реинжиниринга природных вирусов для борьбы с раком и лечения генетических заболеваний.
Вирусы как движущие силы биогеохимических циклов
Еще одним преимуществом вирусов является решающая роль, которую они играют в глубинных циклах углерода, кислорода и воды на Земле. Как я объяснил в своей новой книге Designed to the Core , каждый из этих трех циклов должен быть удивительно точно настроен, чтобы глобальная человеческая цивилизация стала возможной. 1 Вирусы играют важную роль в тонкой настройке.
Вирусы и фрагменты бактерий, которые они создают, представляют собой углеродсодержащие вещества. Благодаря своей роли в осадках они образуют обширные углеродистые слои на поверхности океана. Эти углеродистые листы медленно тонут и в конце концов приземляются на дно океана.
Когда они тонут, они обеспечивают важными питательными веществами глубоководную и придонную (донную) жизнь. Тектоника плит загоняет большую часть вирусных и бактериальных фрагментов в земную кору и мантию, где часть этого углеродистого материала возвращается в атмосферу в результате извержений вулканов.
Вирусы гарантируют, что углерод, кислород и вода переходят из атмосферы и океанов в земную кору и мантию, а в земные океаны и атмосферу возвращается только необходимое количество. Предыдущие исследования показали, что уровень популяции ДНК-вирусов в Мировом океане намного превышает популяции всех видов морских обитателей вместе взятых. 2 По оценкам, в океанах насчитывается 10 30 ДНК-вирусов. Если растянуть их из конца в конец, эти вирусы распространились бы вплоть до сверхгигантской галактики NGC 5128, находящейся на расстоянии 10 миллионов световых лет. Каждую секунду в океанах происходит около ста миллиардов триллионов ДНК-вирусных инфекций, ежедневно убивающих около 20% морских микробов.
Благодаря экспедициям Tara Oceans Expeditions (TOE) экологи теперь получают точную картину популяции, разнообразия, экологической и геохимической роли морских РНК-вирусов. ОО удвоили количество известных типов вирусов с 5 до 10. 3 Они идентифицировали 44 779 различных РНК-вирусных контигов (отличных последовательностей фрагментов ДНК или РНК).
Недавно опубликованный анализ данных TOE установил следующее: 4
1) Численность и разнообразие РНК-вирусов сопоставимы с ДНК-вирусами.
2) ДНК- и РНК-вирусы поражают разных хозяев.
3) ДНК-вирусы поражают преимущественно прокариотические микробы, тогда как РНК-вирусы поражают преимущественно эукариотические микробы.
4) РНК-вирусы имеют более короткий и быстроразвивающийся геном, чем ДНК-вирусы.
Оптимальная тонкая настройка показывает дизайн
Группа, которая провела анализ данных TOE, пришла к выводу, что уровни численности и разнообразия как ДНК-, так и РНК-вирусов должны быть точно настроены во всех шести морских экологических зонах (Арктика, Антарктика, Умеренный эпипелагический, тропический эпипелагический, умеренный мезопелагический и тропический мезопелагический) для поддержания оптимальных морских экосистем.
Точно так же количество и разнообразие как ДНК-, так и РНК-вирусов должно быть точно отрегулировано, чтобы поддерживать глубинные циклы углерода, кислорода и воды на уровнях, оптимальных для развитой жизни.
Это исследование показывает, что чем больше мы узнаем о вирусах, тем больше мы обнаруживаем доказательств сверхъестественного замысла Бога и заботы обо всех ресурсах Земли. Эта забота распространяется на все виды жизни на Земле и особенно на человеческую расу.
Примечания
- Хью Росс, Designed to the Core (Covina, CA: RTB Press, 2022), 211–218, https://support.reasons.org/donate-now.
- Кертис А. Саттл, «Морские вирусы — основные игроки в глобальной экосистеме», Nature Reviews Микробиология 5, вып. 10 (октябрь 2007 г.): 801–812, doi: 10.1038/nrmicro1750.
- Ахмед А. Зайед и др., «Загадочные и многочисленные морские вирусы в эволюционном происхождении РНК-вирома Земли», Science 376, №. 6589 (7 апреля 2022 г.
