Эксперт № 20 (2014)

Четвертая пандемическая Виталий Сараев

Надежды на скорую победу над инфекциями пока не оправдались. Мы продолжаем погибать от бактерий и вирусов, их число и коварство только растет. Во многом причиной этому наше нежелание реализовывать очевидные всем меры

section class="box-today"

Сюжеты

Здравоохранение:

Турист по жизненным показаниям

Геном расскажет все

/section section class="tags"

Теги

Здравоохранение

Статистика знает все

Долгосрочные прогнозы

Медицина

Наука

/section

…Заболевая ежедневно тысячами, не получая ни ухода, ни помощи ни в чем, они умирали почти без изъятия. Многие кончались днем или ночью на улице; иные, хотя и умирали в домах, давали о том знать соседям не иначе как запахом своих разлагавшихся тел. И теми и другими умиравшими повсюду все было полно… При этом им не оказывали почета ни слезами, ни свечой, ни сопутствием, наоборот, дело дошло до того, что об умерших людях думали столько же, сколько теперь об околевшей козе… В стенах города Флоренции умерло, как полагают, около ста тысяч человек, тогда как до этой смертности, вероятно, и не предполагали, что в городе было столько жителей.

figure class="banner-right"

figcaption class="cutline" Реклама /figcaption /figure

Описание чумы 1348 года во Флоренции. Джованни Боккаччо. «Декамерон»

На прошлой неделе впервые за пять лет Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) объявила чрезвычайную ситуацию международного значения. В десяти странах за последние полгода были зафиксированы случаи заболевания полиомиелитом. Хотя еще в 2013 году ВОЗ представила план полной ликвидации этой инфекции и рапортовала, что с 1988 года число случаев заболевания уменьшилось более чем на 99%. А в апреле 2014-го позаимствованный, как предполагается, у одногорбых верблюдов коронавирус в течение нескольких недель унес в Саудовской Аравии жизни более ста человек. Еще несколько десятков лет назад победа над всеми эпидемиями казалась достижимой. Но человечество вновь начинает проигрывать.

Страшные эпидемии, опустошавшие целые континенты, — дело не столь уж древнее. Только во время эпидемии гриппа в 1918–1919 годах, знаменитой испанки, умерло от 50 до 100 млн человек. На фоне эпидемий даже наиболее кровопролитная война в истории, Вторая мировая, — не столь уж значительное происшествие. По оценке историков, в результате всех войн XX века погибло около 111 млн человек — в среднем 1,1 млн человек ежегодно, что в десять раз меньше современной смертности от инфекций.

С изобретением антибиотиков и созданием вакцин от многих болезней у человечества появилась надежда на окончательную победу над инфекциями. В течение прошлого века почти полностью были побеждены проказа, чума, брюшной тиф, холера, сыпной тиф, дифтерия, полиомиелит, корь, коклюш, эпидемический паротит. В конце 1970-х путем массовой вакцинации была окончательно побеждена натуральная оспа. Благодаря современным лекарствам летальность при особо опасных инфекциях снизилась на порядок.

Однако надежда оказалась обманчивой. В последние десятилетия отмечается активизация известных и появление все новых инфекционных возбудителей. За три десятка лет после ликвидации оспы зарегистрировано более 35 новых эпидемиологически опасных болезней. Среди них ВИЧ, гепатиты C, Е и F, атипичная пневмония, птичий грипп, вирус Нипах, легионеллез, вирус Хендра, лихорадки Эбола, Марбург и Ласса, хантавирусный легочный синдром, циклоспориаз, криптоспоридиоз.

Кроме того, вернулись уже, казалось, навек оставшиеся в прошлом чума, малярия, туберкулез, золотистый стафилококк, холера, лихорадки денге, Западного Нила и Рифт-Валли, болезнь Лайма, желтая лихорадка, брюшной тиф, дифтерия, обезьянья оспа.

По данным ВОЗ, на долю инфекций сейчас приходится четверть всех смертей в мире — около 13 млн человек ежегодно, а в развивающихся странах их доля достигает 45%. Массовое использование антибиотиков приводит к появлению устойчивых к ним штаммов бактерий, а попытки создания новых вакцин пока не дают существенных результатов: за последние полтора десятка лет их удалось разработать только для вирусов гепатита В и папилломы. На данный момент человечество располагает вакцинами только против 34 патогенов, хотя известно более 400 инфекционных заболеваний. «По скорости распространения в мире лидируют ВИЧ, малярия и туберкулез. Вакцина от туберкулеза недостаточно эффективна. До сих пор не удается создать вакцины от ВИЧ и малярии. ВОЗ прогнозирует, что если в ближайшее время не будет найден эффективный способ борьбы с ВИЧ-инфекцией, то пандемия приведет к быстрому снижению численности населения Земли, — объясняет Фируз Гариб, профессор кафедры иммунологии биологического факультета МГУ. — Параллельно развиваются пандемии гепатитов В и С, “на подходе” Т-клеточный лейкоз. Это качественно новые патогены. Они препятствуют формированию иммунитета, поэтому нет периода угасания клинических проявлений болезни и выздоровления больного. Время течения инфекционной болезни начинает соответствовать продолжительности жизни человека. А длительность пандемического процесса — сроку его существования как вида».

Эволюционирующие вместе

Борьба человечества с инфекциями изначально неравна. Мы точно не сможем победить патогены, а они нас — вполне. Более 400 млн тонн живого веса человечества — слишком лакомый кусок биомассы, чтобы на нем не возникали всполохи глобальных эпидемий.

Но не стоит воспринимать бактерии и вирусы только как врагов. Человек — это уникальный симбиоз множества форм жизни. На нас и в нас живет огромное количество микробов, простейших, членистоногих, червей и грибов. В теле здорового человека обитают сотни видов микроорганизмов общим весом несколько килограммов. А число бактериальных клеток в человеке вообще на порядок больше, чем его собственных. Микрофлора критически важна для нас, она обеспечивает наше пищеварение и иммунитет. Для ее нормализации используют не только пре- и пробиотики, но и такую сложную операцию, как пересадка кала.

Инфекции сосуществуют с человеком с момента его появления. Некоторые из них, такие как Helicobacter pylori, вызывающая язву, присущи только нам как виду; другие мы позаимствовали или приручили в ходе своего распространения по Земле. Расширяя ареал своего обитания, увеличивая разнообразие хозяйственной деятельности, человек встречал все новых паразитов. Часть из них «освоила» человечество благодаря специфическим для него способам их передачи: аспирационному (в процессе речи) и парентеральному — за счет развития медицины и роста популярности внутривенных наркотиков.

Человечество пережило четыре волны распространения эпидемий. Первая связана с аграрной эволюцией, произошедшей около 10 тыс. лет назад. Одомашнивание животных, как принято считать, принесло нам значительную часть современных патогенов. Хотя последние исследования заставляют переоценить вклад братьев наших съедобных в эпидемическую картину: «Исследования возбудителей проказы, туберкулеза и желудочного патогена Helicobacter pylori показали, что карта распространения их генетической изменчивости совпадает с географией генетической изменчивости людей. Из этого можно сделать вывод, что, например, скорее человек заразил крупный рогатый скот туберкулезом, а не наоборот», — рассказывает Константин Северинов , профессор Университета Ратгерса и Сколковского института науки и технологий.

Вторая волна прошла около 2,5 тыс. лет назад, вместе с ростом городов: высокая плотность населения вкупе с неидеальными санитарными условиями сделали города прекрасными источниками эпидемий, а развитие торговли и войны способствовали распространению инфекций.

Третья волна связана с эпохой великих географических открытий: обмен микрофлорой между жителями разных континентов приводил к неприятным последствиям. Страшные эпидемии экспортированных из Европы инфекций во многом послужили причиной исчезновения империй ацтеков и инков и опустошения американского континента. Особенно преуспели христианские миссионеры: добираясь до самых отдаленных уголков Америки, они несли аборигенам не только Слово Божье, но и оспу, корь, тиф, грипп, холеру и чуму. В ответ европейцы получили сифилис.

Последняя волна эпидемий началась с середины XX века. Демографический взрыв обеспечил инфекции материалом для размножения, а увеличение плотности населения и повышение его мобильности привели к взрывному росту скорости распространения. Теперь патогены могут путешествовать со скоростью авиасообщения.

Качественный состав патогенов во многом зависит от нашей хозяйственной деятельности. Это можно легко проследить на наиболее свежих примерах эпидемий. Причиной пандемического гриппа считают сельскохозяйственное разведение уток и свиней, которое облегчает пересортировку генов птичьих вирусов и вирусов млекопитающих. Аргентинская и боливийская лихорадки появились за счет изменений в сельском хозяйстве, способствующих увеличению числа грызунов. Лихорадку долины Рифт принесло строительство дамб и ирригация. Желтая лихорадка распространяется в новых регионах за счет появления благоприятных условий для москитов — переносчиков возбудителя заболевания. Легионеллез появился с ростом популярности охлаждающих и водопроводных систем. Синдром токсического шока — с ультраабсорбирующими тампонами. А гемолитический уремический синдром — с промышленными пищевыми технологиями.

ВИЧ — «шедевр природы», самый совершенныйубийца человека

Legion-Media

Человечеству угрожает не только рост числа патогенов, но и их качественные изменения. Например, из выявленных недавно инфекций вирус Эбола убивает свыше 90% своих жертв, а прионные болезни и ВИЧ — 100%. При этом патогены наращивают свою вирулентность — способность заражать. Успехи в исследовании наших вечных соседей открывают удивительные примеры их изобретательности и коварства. Они способны не только ускользать от распознавания, но и управлять нашей иммунной системой, использовать ее против нас, входя через нее в организм.

Гонка микровооружений

Аборигены высокогорных районов Новой Гвинеи издавна страдали болезнью куру — судороги и головные боли сменялись неостановимой дрожью и мучительной смертью. Бедные жертвы и представить себе не могли, что причиной тому их рацион. Только с приходом европейских исследователей удалось выяснить, насколько опасно питаться плохо прожаренными мозгами своих родственников. Культурная традиция местных племен предполагала запекание деликатеса в бамбуковой посуде, что не обеспечивало достаточной температуры для уничтожения инфекционного агента. Впрочем, убить источник инфекции — прионы — было невозможно: они и так неживые.

Прионы — это белковые молекулы, не содержащие нуклеиновых кислот, поэтому отнести их к форме жизни сложно. Однако, попадая в наш организм, они способны размножаться — перестраивать здоровые белки в аналогичные себе, которые, накапливаясь в тканях мозга, вызывают их отмирание. Мозг жертвы медленно превращается в пористую массу, зарастая белковыми бляшками, замещающими нервную ткань. У животных это вызывает различные виды губчатых энцефалопатий, самые известные из которых — коровье бешенство, в 1980-е годы вызвавшее в Великобритании гибель около 200 тыс. голов крупного рогатого скота, и овечья трясучка. У людей прионы помимо болезни куру вызывают целый класс нейродегенеративных заболеваний, от болезни Крейтцфельдта—Якоба до фатальной семейной бессонницы — наследственной болезни, поражающей таламус.

Забавная шутка природы: прионы не чужие нам, это лишь аномальная третичная структура циркадных белков. Их здоровая форма отвечает за суточные ритмы — работу наших внутренних часов. А те же самые белки, по-другому уложенные в пространстве, неспешно превращают наш мозг в губку, отсчитывая время до мучительной смерти. Летальность прионных болезней — 100%. И хотя уже в 2006 году была создана генно-модифицированная корова, не содержащая уязвимых к прионам белков, лекарств для человека нет до сих пор. Их создание крайне затрудняет идентичность химического состава прионов здоровым белкам нашего мозга.

Прионы — яркий пример того, насколько оригинальными могут быть инфекционные агенты. Но и более массовые инфекции не менее изобретательны. Ведь им надо научиться проходить через многоэшелонную оборону нашей иммунной системы. При попадании патогена в организм первой срабатывает система врожденного иммунитета. Начавшееся воспаление обеспечивает приток крови к месту поражения, высвобождающиеся интерфероны угнетают вирусы, система комплемента разрушает бактериальные клетки и привлекает иммунные: лейкоциты, фагоциты, тучные клетки, базофилы, эозинофилы и естественные клетки-киллеры. Их задача — захватить, уничтожить и переварить чужаков. Особую роль играют клетки, отвечающие за приобретенный иммунитет: лимфоциты. После перенесенной инфекции они запоминают «в лицо» отъявленные патогены и обеспечивают при повторном инфицировании более быстрый и точный ответ.

Туберкулезная палочка успешно создает формы, устойчивые к лекарствам

Legion-Media

В ответ бактерии учатся маскироваться. Некоторые наловчились закутываться в углеводную капсулу, прячущую их от контакта с рецепторами клеток хозяина. Так, например, действуют бактерии, вызывающие менингит. Другой вариант маскировки — постоянная смена «имиджа». Многим знакомая Neisseria gonorrhoeae, вызывающая гонорею, несет на своей наружной мембране 10 различных антигенов, за которые отвечают независимо переключающиеся гены. Во время заражения хозяина антигены экспрессируются в многочисленных комбинациях, запутывая иммунную систему.

Если же замаскироваться не удалось, приходится противостоять фагоцитозу — поглощению и перевариванию чуждых клеток. Оказалось, что успешные патогены выработали меры противодействия всем шести этапам фагоцитоза. Например, сальмонелла просверливает специальным шприцем стенку клетки хозяина и впрыскивает в нее вещества, нейтрализующие клеточный иммунитет.

Адаптации бактерий к фагоцитозу способствует их тренировка на эволюционных предках макрофагов. Миллиарды лет соседства с протозойными хищниками — амебами помогли бактериям отработать навыки защиты. А свободноживущие амебы в эпидемических процессах среди людей играют роль «троянского коня», позволяющего микроорганизмам преодолеть первую линию обороны нового хозяина.

Многие бактерии, например стафилококки, стрептококки и другие, напрямую инактивируют компоненты сложной системы комплемента, предназначенной для их растворения.

Другие патогены освоили управление цитокинами — сигнальными белками иммунной системы. Например, легионеллы отключают систему тревоги, чтобы остаться незамеченными. А некоторые кишечные патогены, напротив, «вызывают огонь на себя» — провоцируемая этим диарея способствует их распространению в окружающей среде.

В наших клетках существует механизм самоочистки, аутофагия: ненужное вкрапление отделяется от остальной цитоплазмы двойной мембраной, аутофагосомой, и транспортируется в лизосомы на переработку. Таким образом из клеток удаляется целый ряд патогенов: возбудители туберкулеза и туляремии, сальмонелла, стрептококки. Однако, например, листерия и другие бактерии научились растворять ловящую их мембрану. А возбудитель пневмонии Legionella pneumophila сама формирует вокруг себя аутофагосому, но блокирует ее слияние с лизосомой.

Бактерии способны управлять жизнью и смертью клеток, беря на себя контроль апоптоза — программируемой клеточной смерти. Так, подавление самоликвидации зараженных клеток позволяет хламидиям сохранить свое пристанище. А сальмонелла сначала провоцирует апоптоз, чтобы привлечь макрофаги, но затем, попав в них, его приостанавливает, чтобы обеспечить внутриклеточное выживание и размножение. Когда же резервы клеток-хозяев заканчиваются, паразиты снова включают механизм апоптоза, чтобы быть захваченными следующими макрофагами и разнестись по всему организму. Использует клетки нашей иммунной системы в своих целях и наиболее опасный источник эпидемической угрозы — ВИЧ.

Творцы супербактерий

В мае 1796 года английский доктор Эдвард Дженнер намеренно заразил восьмилетнего мальчика коровьей оспой. А несколько позже ему же привил возбудитель натуральной оспы. Ею мальчик уже не заболел. Так была изобретена вакцинация. Именно смелый эксперимент спас жизни сотен миллионов людей. И поныне вакцины вносят главный вклад в борьбу с инфекциями.

Хотя с момента появления вакцинации у нее возникли противники. Уже во второй половине XIX века стали появляться первые антипрививочные организации. Невежество и поныне мешает борьбе с эпидемиями, несмотря на то что массовый отказ от вакцинации уже не раз приводил к серьезным вспышкам оспы, коклюша, кори, дифтерии, печальные результаты которых возвращали интерес к прививкам.

Впрочем, у противников прививок есть рациональные аргументы. «В результате заболеваний, вызванных вакцинациями, отдельные люди могут погибнуть или стать инвалидами. У значительно большего числа привитых отмечаются стойкие нарушения здоровья, и чем меньше возраст прививаемых, тем осложнений больше», — поясняет Фируз Гариб. Однако это необходимая плата за безопасность общества. Не пожертвовав небольшим процентом популяции ради создания коллективного иммунитета, можно потерять бо́льшую ее часть. «Нужно вакцинировать примерно 95 процентов населения, чтобы у 80 процентов популяции сформировать иммунитет против конкретного возбудителя», — объясняет Фируз Гариб.

Грипп — неутомимый и вечно новый спутникчеловека

Legion-Media

В экономике эта ситуация называется «эффект безбилетника». Каждый не хочет нести риски вакцинации, но если число хитрецов превысит определенный процент, то они поставят под угрозу эпидемии не только себя, но и всю популяцию. Непривитые особи способствуют не только размножению инфекционных агентов, но и их эволюции — появлению новых штаммов, угрожающих и тем, кто добросовестно привился. Впрочем, если верить данным Центра по контролю и профилактике заболеваний США, серьезные последствия от наиболее популярных прививок наступают реже чем раз на миллион доз. При этом врачи оговариваются: проблемы настолько редки, что трудно сказать, вызваны ли они вакцинами.

Вторым ключевым моментом в борьбе с инфекциями стало улучшение санитарных условий. Реки нечистот, еще не так давно разливавшиеся по улицам европейских городов, сменились современной канализацией. Обеззараживание воды сделало безопасной ежедневную гигиену. А банальный призыв «мойте руки перед едой» спас миллионы жизней. Но поведение наших современников все еще далеко от санитарных идеалов. До сих пор 30% населения Земли не имеет доступа к нормальной канализации. В Гималаях и в наши дни купаются и стирают в той же реке, в которую чуть выше по течению кидают покойников.

Третьим прорывом в борьбе с инфекциями стало изобретение антибиотиков, промышленное производство которых было организовано в начале 1940-х. Простота излечения смертельных ранее болезней казалась почти чудом. Однако в последние годы специалисты вовсю бьют тревогу. Появляется все больше лекарственно устойчивых штаммов, а новых антибиотиков практически не создается. В конце апреля ВОЗ выпустила доклад, посвященный серьезности проблемы устойчивости к антибиотикам. «В связи с отсутствием оперативных и согласованных действий многих заинтересованных сторон наш мир вступает в эпоху, когда антибиотики теряют эффективность и обычные инфекции и небольшие травмы, которые можно было излечивать в течение многих десятилетий, сейчас могут снова убивать, — заявил помощник генерального директора ВОЗ по безопасности здравоохранения Кейдзи Фукуда , считающий возможные последствия бездействия катастрофическими.

ВОЗ обращает особое внимание на устойчивость к антибиотикам семи бактерий, которые вызывают широко распространенные и серьезные болезни: заражение крови, диарею, пневмонию, инфекции мочевыводящих путей и гонорею. Эти бактерии во всех регионах мира показывают устойчивость даже к резервным антибиотикам, назначаемым в качестве крайней меры. То есть лекарств от этих штаммов не существует. Ежегодно только в странах Европейского союза свыше 25 тыс. человек умирают от инфекций, обусловленных резистентными бактериями.

Еще немного, и человечество будет отброшено в эпоху бессилия перед микробами. Причиной тому сами люди. Каждый, кто принимает антибиотики для самолечения, является ходячей лабораторией по производству новых лекарственно-устойчивых штаммов и представляет собой угрозу для окружающих.

Во многих странах для ускорения роста сельскохозяйственных животных добавляют в их корм антибиотики в субтерапевтических концентрациях. Например, в США использование антибиотиков в качестве стимуляторов роста в период с 1951 по 1978 год возросло в 50 раз (со 110 до 5580 тонн), в то время как масштабы применения антибиотиков для лечения заболеваний у людей и животных увеличились только в 10 раз. За это время многие штаммы бактерий, ранее чувствительные к антибиотикам, стали лекарственно-устойчивыми. Доказано, что резистентность сальмонеллы и кампилобактер, вызывающих инфекции у людей, связана с применением антибиотиков у сельскохозяйственных животных.

Но фармацевты не спешат выпускать новые антибиотики. «Количество известных антибиотиков — веществ биологической природы, подавляющих рост организмов, — исчисляется тысячами. Количество антибиотиков, используемых в медицинской практике, не превышает сотни. Ведь лекарство должно быть нетоксичным для человека, хорошо усвояемым, относительно стабильным, способным достигнуть патоген в месте его локализации, быть приемлемым по цене. Искать новые антибиотики, отвечающие всем этим требованиям, фармацевтическим компаниям не очень выгодно, по крайней мере по сравнению с деятельностью, направленной на получение лекарств против онкологических и других “модных” заболеваний», — объясняет Константин Северинов.

Делайте, что должно

Человек — поле конкуренции между различными видами микроорганизмов при активном вмешательстве иммунной системы. Но инфекциям невыгодно убивать людей, ведь с уничтожением нас как питательного субстрата они и сами исчезнут. Однако эволюция движима не целесообразностью, а случайностью мутаций, и какая-то из них вполне может создать патоген достаточно губительный, чтобы уничтожить человечество. В нашей истории это не впервые, Homo sapiens уже несколько раз переживали катастрофические уменьшения популяции. А некоторые виды исчезали вовсе. Например, недавно было выяснено, что мастодонты пали жертвой туберкулеза. При этом микроорганизмы способны на куда большее, чем уничтожение одного вида. Согласно одной из версий, именно одноклеточные организмы — археи — вызвали вымирание более 90% видов, случившееся в конце Пермского периода, 300–250 млн лет назад. Позаимствовав у бактерий пару генов, дающих способность питаться ацетатами, до этого в огромном количестве накопившимися в океанских отложениях, археи пережили взрывной рост и заполонили атмосферу метаном, вызвав резкое потепление.

У человека нет надежды окончательно победить патогены. За временную победу над инфекциями приходится расплачиваться. Выжившие поколения людей со слабым иммунитетом — прекрасный субстрат для эволюционирования все новых видов патогенов. Локальные победы при помощи антибиотиков лишь привели к росту доли вирусных эпидемий, занявших экологическую нишу бактерий. Но это не повод для бездействия. У нас есть способы противостоять самому страшному врагу. Большинство из них банальны: вакцинация, соблюдение санитарных норм, разработка новых лекарств и их доступность в бедных странах, следование медицинским стандартам. Несмотря на очевидность этих мер, отступление от них обходится нам в миллионы жизней каждый год.