Эволюционная патология

Недооценка эпидемиологами сложности мира микроорганизмов распространяется ими и на мир одноклеточных животных (Protozoa). Естественный отбор действует на основе «принципа экономии генов». Поэтому «пропущенные» и «оптимизированные» им «простые структуры» входят в состав «более сложных» на последующих этапах эволюции. Они как кирпичи, сооружения из которых можно разбирать и строить уже по другому замыслу. Для нас, как биологического вида, пытающегося приспособить окружающую среду «под себя», должно быть весьма интересным то обстоятельство, что появившиеся 500–600 млн лет назад многоклеточные формы жизни имели за собой не менее 3,9 млрд лет эволюции одноклеточных организмов и уже сложившиеся взаимоотношения между существовавшими в этом мире хозяевами и паразитами.

2.1. Первичный резервуар патогенных для человека микроорганизмов

Предыстория проблемы. Простейшие и их паразиты. Границы феномена сапронозного существования патогенных для людей микроорганизмов. Предадаптация к макрофагам. Исторические свидетельства.

Для прорывов в науке важно уметь выявлять артефакты, т. е. отдельные природные явления, не укладывающиеся в общепринятые научные представления. Собственно задачей ученого и является выявление таких артефактов и затем их объяснение. Но по сложившейся в науке практике в этом случае он рискует нажить себе много неприятностей, и, прежде всего, обвинений в «ненаучности». Чем банальней «научность», тем меньше, к сожалению, она вызывает к себе критическое отношение ученых. Однако если артефакт существует в объективной реальности, он неизбежно обвалит господствующую концепцию при дальнейшем совершенствовании методологии исследований. Ниже мы очень кратко рассмотрим ряд таких артефактов, меняющих наши представления о первичных резервуарах возбудителей опасных болезней человека, важных уже с точки зрения планирования противоэпидемических мероприятий, но одновременно необходимых и для понимания роли иммунной системы позвоночных в распространении ретровирусов.

Предыстория проблемы. Выдающийся немецкий гигиенист Макс Петтенкофер (Pettenkofer Max, 1818–1901) известен еще и тем, что решительно возражал против ведущей роли «заноса» микробного фактора в этиологии холеры как пандемической болезни. По Петтенкоферу, если холерный зародыш обозначить буквой X, а благоприятную для его развития почву буквой Y, а происходящий от их взаимодействия яд буквой Z, то ни X, ни Y не могут сами по себе вызывать холеру, а только один Z, т. е. яд. При этом специфическая природа яда определяется специфическим зародышем, а количество яда свойствами почвы. Благоприятной для развития яда, по мнению Петтенкофера, была почва, в верхних своих слоях пористая и проницаемая для воздуха и воды, и загрязненная в то же время отбросами органических веществ. Если холерный зародыш заносится в такую местность, где почва обладает данными свойствами, то он начинает созревать, обусловливая эпидемическое развитие болезни. Напротив, в тех местностях, где почва не обладает упомянутыми свойствами, занесение холерного зародыша не ведет к дальнейшему распространению болезни (Петтенкофер М., 1885).

Направление в эпидемиологии, связывающее развитие эпидемических болезней со свойствами почвы, называлось тогда локализмом. Петтенкофер не был ни голословен, ни одинок в своих взглядах.

Один из последователей Петтенкофера в России, профессор Казанского университета Н. К. Щепотьев (1884), исследуя географию появления вспышек чумы в Астраханской области, пришел к выводу, что для объяснения эпидемического распространения чумы «еще недостаточно одной переносчивости ее». По его наблюдениям, существуют местности, в которые чума не заносится никогда и ни при каких обстоятельствах. Для развития же эпидемии необходимо временное и местное появление еще особого фактора, независимого от чумного агента. Только с появлением этого фактора открывается возможность чумному агенту фиксироваться, развиваться и существовать в данной местности. С исчезновением этого фактора исчезает и чума; а чумный агент, выделенный больными организмами, быстро разрушается. Фактор должен иметь в различное время различную степень интенсивности и экстенсивности. Разность поражения чумой одной и той же местности в различные годы и в различные месяцы одного и того же года обусловливается именно различной степенью напряженности действия этого неизвестного фактора. Его природа определяется «совокупностью наблюдения над движением и развитием эпидемий». Щепотьев считал, что развитие чумного агента зависит от теплоты и влажности почвы. Какой-то еще не распознанный продукт разложения органических веществ почвы, образовавшийся под влиянием определенных физико-химических процессов, и составляет фактор X, столь необходимый для эпидемического развития чумы (Супотницкий М. В., Супотницкая Н. С., 2006).

К числу сторонников Петтенкофера относился знаменитый патолог того времени Р. Вирхов (Virchow; 1821–1902). Но в конечном итоге его взгляды на доминирующую роль неизвестных науке факторов почвы (Y) в развитии эпидемий большая часть ученых проигнорировала. После открытия микроорганизмов — возбудителей инфекционных болезней — «вес» набирало другое направление, контагионистическое (Р. Кох, Г. Гафки и др.), видевшее только в контактной передаче микроорганизмов причину возникновения инфекционных болезней у людей. Бактерии прекрасно «состыковывались» со средневековым учением о контагии. Но теперь стало ясно, что это живой организм (contagium vivum), а не «яд», и что его можно получать в большом количестве и изучать в лабораторных условиях. У ученых появилась новая положительная мотивация — возможность разрабатывать вакцины, сыворотки, диагностические препараты и пр., и никто не обязан был верить теоретическим выкладкам ученого — реликта добактериологической эпохи. Сам Петтенкофер окончил жизнь самоубийством, а его фамилия в бактериологии стала нарицательной и упоминалась в ХХ столетии лишь в связи со случаем, когда он, чтобы доказать непричастность холерных вибрионов к холерным эпидемиям, выпил холерную культуру. В общем, был такой ретроград — Макс Петтенкофер, не верил в очевидное, в то, что холерные пандемии вызываются холерным вибрионом, тем и запомнился.

Причина научного поражения Петтенкофера и других локалистов заключалась не в отсутствии у них аргументов своей правоты, с этим все обстояло скорее наоборот (см. «Исторические свидетельства»). Как правило, локалисты представляли своим оппонентам обширные и убедительные описания эпидемических процессов и примеры медицинской статистики. Читатель может найти некоторые из них в книге Ф. Ф. Эрисмана (1893) и убедиться в том, что сегодня на таком уровне эпидемиологический анализ уже не проводят. Дело тут было в используемой локалистами методологии — они не могли инструментально продемонстрировать факторы Х, Y и Z. Их взгляды на эпидемический процесс на фоне достижений бурно развивающейся тогда медицинской бактериологии стали выглядеть умозрительными, а обнаруженные особенности таких процессов, необъяснимые как передача «контагия», считаться артефактами. И вообще в эпидемиологии с открытием микроорганизмов — возбудителей инфекционных болезней — все стало как бы понятно и ясно. Поэтому локалистические представления подверглись не опровержению, а забвению, как уже ненужные. А микроорганизмы, возбудители инфекционных болезней людей и животных, отдельные авторы до конца 1930-х гг. продолжали называть контагиями.

Для контагионистов различия в условиях существования микроорганизмов в естественных условиях и в питательном бульоне в лаборатории, носили лишь количественный характер (концентрация и соотношение питательных веществ, температура среды, содержание кислорода и т. п.). В рамках этого подхода для них не существовало методических ограничений еще почти 100 лет. Методический уровень бактериологии, необходимый для экспериментального обоснования экологических позиций локалистов и позволяющий изучать патогенные для людей микроорганизмы в водных и почвенных экосистемах, не был достигнут не только в конце ХIХ столетия, но и почти на всем протяжении двадцатого.

Оставшись без оппонентов, ученые-контагионисты уже не стремились искать иные причины появления эпидемий и пандемий инфекционных болезней вне общих рассуждений о возможности «заноса» их возбудителей-контагиев. Эпидемиологи, сами того не подозревая, вернулись к взглядам средневековых врачей где-то времен после «черной смерти» (1346–1351). С конца XIX столетия в эпидемиологии и микробиологии господствуют антропоцентристские представления о причинах существования в природе патогенных микроорганизмов. Они очень просты и хорошо запоминаются студентами — все патогенные микроорганизмы поддерживаются в природе дикими животными и от них передаются людям, а затем распространяются между людьми. Когда реальная эпидемиология инфекционной болезни не вписывалась в эту схему, ее просто придумывали.

«Выдающимися» примерами такого подхода стали объяснения холерных пандемий заносом больными холерного вибриона из холерных местностей и возрождение раннесредневековых взглядов на эпидемиологию чумы, как на болезнь, распространяемую кораблями. Правда, теперь роль переносчика «чумного контагия» играли не вещи больных чумой, а инфицированные крысы.

Нельзя утверждать, что противоречий и «пробелов» в этих представлениях никто не замечал. Артефакты накапливались и требовали объяснения. Еще в 1956 г. W. Drozanski описал облигатные внутриклеточные паразиты свободно живущих амеб. Тогда эти микроорганизмы назвали Sarcobiumlyticum, но в последствии было установлено, что они относятся к опасному для людей семейству бактерий Legionella и их реклассифицитовали. Сегодня они известны как Legionellalytica. В 1958 г. В. И. Терских на основе своих наблюдений заново обосновал положение о том, что внешняя среда может служить средой обитания патогенных микроорганизмов.

Под давлением эпидемиологических наблюдений Mollaret H. (1963), первым среди чумологов, был вынужден вернуться к забытому в начале XX столетия учению Макса Петтенкофера (правда, не упоминая его имени), предполагающему участие почвы в поддержании в природе возбудителей опасных инфекционных болезней. Смысл его гипотезы сводится к тому, что чумной микроб при наличии соответствующих условий может длительно персистировать в почве нор грызунов (теллурическая чума). Развивая гипотезу Mollaret, М. Балтазар (1964) пришел к заключению, что цикл чумы в природных очагах состоит из двух фаз: паразитической (на грызунах и их блохах — кратковременной и неустойчивой); и непаразитической (существование в почве нор — устойчивой). Однако где находится первичный резервуар возбудителя, эти исследования не прояснили. Чумологи по-прежнему рассуждали о заносе чумы кораблями и о тому подобных «научно обоснованных» фактах.

Прошла незамеченной работа С. В Никульшина с соавт. (1993), показавших способность ряда амеб фагоцитировать Y.pestis и сохранять ее в предцистах. Механизм и эпидемическая значимость этого явления оставались непонятным до открытия явления «некультивируемости бактерий» и разработки методов молекулярной диагностики.

Суть феномена «некультивируемости» заключается в следующем. Исследователи обнаруживают микроорганизмы в одноклеточных животных (простейших) методами молекулярной диагностики, но не могут подтвердить их наличие культивированием на искусственной питательной среде. С антропоцентристской точки зрения феномен объяснялся просто — случайностью; микроорганизм случайно попал в неблагоприятную для него среду (благоприятная среда, разумеется, питательный бульон, приготовленный в лаборатории этих исследователей) и находится в состоянии стресса. Однако границы феномена оказались значительно более широкими, чем это можно ожидать от «случайности».

Простейшие и их паразиты. Свободноживущие амебы имеют, по крайней мере, две стадии развития: трофозоиты (trophozoite) — вегетативные метаболически активные формы; и цисты (cyst) — «спящие формы», позволяющие им выжить в неблагоприятных условиях среды. Отдельные амебы, такие как Naegleriaspp., имеют дополнительную стадию флагеллят (flagellate stage), другие, такие как Mayorellaи Amoeba, включают виды, не формирующие цисты (рис. 21).

^{А. вегетативная форма; Б. циста. Черная полоса внизу фотографии соответствует 2 микронам (Greub G., Didier R., 2004).}

Свободноживущие амебы представлены повсеместно и могут быть изолированы из воздуха, почвы, воды, назального секрета позвоночных. В почве они наиболее распространены в тех ее участках, которые покрыты растениями. На растениях обильно паразитируют грибы и бактерии, являющиеся пищей для свободноживущих амеб (Rodriguez-Zaragoza S., 1994). Более подробно о таксономии, анатомии и экологии простейших можно прочитать в работах Г. Н. Калкинса (1912), Л. Н. Серавина (1984), К. Хаусмана (1988) и А. П. Пехова (1994). Нас же простейшие интересуют как эволюционные предки макрофагов и как первичный резервуар возбудителей опасных инфекций для человека.

Амебы живут в широком интервале условий окружающей среды. Адаптация бактерий к протозойным хищникам происходит уже миллиарды лет, и в настоящее время ученые насчитывают не менее четырех форм их взаимодействия, хотя, естественно, эти знания являются только предварительными.

Во-первых, отдельные бактерии могут использовать их для увеличения своей численности в окружающей среде, как это показано для Klebsiellaaerogenes, размножающихся «за счет» Acanthamoeba castellanii.

Во-вторых, некоторые бактерии продуцируют литические компоненты, разрушающие простейших, и тем самым предотвращающие фагоцитоз, например Bacillusliqueniformis синтезирует литический компонент, направленный против Nagleria fowleri.

В-третьих, между бактериями и простейшими могут устанавливаться эндосимбиотические отношения. Известно, что бактерии могут оставаться в простейших длительное время в некультивируемом состоянии. Было установлено экспериментально, что паразитические бактерии могут существовать в простейших в таком состоянии не менее шести лет.

В-четвертых, в процессе эволюции и коэволюции бактерии могут совершенствовать механизм внутриклеточного существования в амебах и затем, после проникновения в организм позвоночных, пользоваться этим механизмом для выживания в макрофагах (например, Legionellapneumophila; см. ниже) (Harb O. et al., 2000).

В основе взаимодействия простейших с микроорганизмами (бактерии, дрожжи, вирусы и др.) лежит способность группы их поверхностных рецепторов взаимодействовать со структурами, богатыми углеводом маннозой. Они получили общее название — маннозные рецепторы. Их присутствие на поверхности амебы необходимо для связывания микроорганизмов, инициирования их поглощения клеткой и доставки в лизосомы для переваривания (Allen P. G., Dawidowicz E. A., 1990). Позже было показано, что и сами одноклеточные паразиты проникают в эпителиальные клетки высших животных посредством взаимодействия с маннозными рецепторами этих клеток. Например, посредством такого механизма Acanthamoebaпроникает в роговицу глаза человека и вызывает кератит (Zhantao Yang et al., 1997).

Механизмы проникновения свободноживущих почвенных амеб в организм позвоночных также сложно опосредованы с рецепторными структурами внеклеточного матрикса. Например, почвенная амеба Balamuthiamandrillaris, возбудитель смертельного для человека гранулематозного амебного энцефалита (granulomatous amoebic еncephalitis), использует для проникновения в мозг три типа компонентов внеклеточного матрикса: коллаген I, главный компонент соединительной ткани; молекулы фибронектина, имеющие критическое значение для адгезионных процессов; и ламинин-1 (laminin-1), ключевая молекула для формирования базального слоя. Распознание ламинина зависит от галактозо-связывающего белка (Rocha-Azevedo B. et al., 2007). Типичные молекулы данного типа в эукариотических клетках — галектины (galectins) относятся к семейству галактозных лектинов и широко распространены среди различных клеток животных (более подробно о галектинах см. в работе Leffler H. et al., 2004).

Весьма любопытно в аспекте понимания эволюции иммунной системы то обстоятельство, что амебы в условиях in vitro реагируют на фактор некроза опухолей (TNF), интерлейкин-1бета (IL-1бета), интерлейкин-8 (IL-8) и циклооксигеназу-2 точно также, как нейтрофилы и макрофаги — т. е. как на хемоаттрактанты (Blazquez S. et al., 2006). С филогенетической точки зрения, направленное движение клеток в ответ на внешние раздражители, является давно известной биологической реакцией (New D. C., Wong J. T., 1999). Следовательно, сигнальные молекулы, которые мы сегодня, путаясь в определениях, называем хемокинами и цитокинами, а также их рецепторы стали «средством общения» между простейшими задолго до появления нейтрофилов и макрофагов как клеток иммунной системы позвоночных организмов.

Уже в этом десятилетии обнаружены микроорганизмы — внутриклеточные паразиты простейших, не растущие на искусственных питательных средах, но являющиеся патогенными для человека. Например, T. J. Marrie et al. (2001) установили, что такие микроорганизмы, как LLAPs (Legionella-like amoebal pathogens — возбудители пневмоний), Parachlamydia acanthamoeba BN9 (болезнь Кавасаки) и Afipia felis (болезнь кошачьей царапины), паразитирующие в свободноживущих почвенных амебах, очень хорошо размножаются в человеческих моноцитах, но не растут на искусственных питательных средах.

Если "пойти в обратную сторону", т. е. проверить способность уже охарактеризованных на искусственных питательных средах патогенных для человека микроорганизмов паразитировать внутри макрофагов, непрофессиональных фагоцитов и даже в нефагоцитирующих клетках (фибробластах, эпителиоцитах), то можно обнаружить, что все они способны к такому паразитизму. Подготовленный О. В. Бухариным (1999) ретроспективный обзор таких экспериментов включает не менее 20 патогенных для человека видов бактерий. Более поздний обзор G. Greub, D. Raoult (2004) включает уже около 50 видов бактерий и отдельные виды риккетсий и вирусов.

Экспериментальные данные также свидетельствуют о другом феномене паразитизма патогенных для человека микроорганизмов у простейших — упрощении генома паразита при специализации его к своему одноклеточному хозяину. Например, сравнение геномов Yersinia pseudotuberculosis и Y. pestis для ученого, привыкшего считать, что патогенность микроорганизмов обусловлена приобретением генов факторов патогенности (т. е. усложнением генома), требует преодоления некоторого психологического барьера. Возбудитель чумы, более патогенный для человека и большинства модельных животных, чем возбудитель псевдотуберкулеза, утрачивает значительную часть генов, которые традиционно относят к генам вирулентности и патогенности. По данным, обобщенным А. П. Анисимовым (2002), по сравнению с псевдотуберкулезным микробом, Y. pestis утрачивает гены адгезинов, уреазы (сдвиг рамки считывания), инвазинов Inv и Ail (вставка IS-элементов), подвижности, способности к синтезу О-боковых цепей ЛПС (не установленные механизмы образования мутаций) и ряд других. Из 17 «биосинтетических» генов, выявленных у псевдотуберкулезного микроба, 5 в геноме Y. pestis инактивированы за счет вставок и делеций. Компьютерный анализ полного генома чумного микроба (штамм CO92, биовар Orientalis; выделен от человека, погибшего от легочной чумы) показал наличие 149 псевдогенов.

Объяснение этому феномену я вижу в сравнении экологии обоих микробов. У псевдотуберкулезного микроба очень широкий круг хозяев, в основном среди гидробионтов. Он является комменсалом для зоопланктона (дафнии, циклопы), бентосных животных (кольчатые черви, моллюски, личинки насекомых и др.) и высших растений. Возбудитель же чумы специализирован на узком круге почвенных простейших. Следовательно, упрощение его генома является следствием дегенеративной эволюции, характерной для видовой специализации любого паразита. Но специализации не к отдельным видам позвоночных животных (включая человека), а к простейшим.

Границы феномена сапронозного существования патогенных для людей микроорганизмов. О том, что границы этого феномена очень широки, свидетельствует много косвенных факторов. Например, все так называемые возбудители опасных и особоопасных инфекционных болезней (чумы, мелиоидоза, сапа, туляремии, сибирской язвы, бруцеллеза, лихорадки Ку и др.), одновременно являющиеся и потенциальными агентами биологического оружия, имеют много сходства в эпидемиологии, биологических свойствах и в клинике вызываемых ими поражений людей, объяснить которое возможно только в том случае, если предположить, что они являются истинными паразитами (или эндосимбионтами) почвенных простейших. В пользу такого предположения говорит «привязанность» вызываемых ими вспышек болезней к конкретным местностям; отсутствие у них резистентности детоксикационного типа к антибиотикам (ненужной для внутриклеточного паразитизма); вовлечение в инфекционный процесс лимфатических узлов и фагоцитирующих клеток крови; а также «запутанность» вопроса о факторах их патогенности и токсинах. Ни один из обнаруженных у них таких «факторов» не может однозначно в эксперименте прояснить клинику вызываемой микроорганизмом у людей болезни, больше похожую на реакцию организма на суперантигенный раздражитель. Не обладают они и контагиозностью, т. е. способностью передаваться от одного теплокровного организма к другому при контакте, что обычно предполагает воздушно-капельный механизм передачи возбудителя болезни непосредственно от одного заболевшего к другому. Редкие случаи «перехода» неконтагиозной бубонной чумы в контагиозную вторично-легочную лишь исключения, подтверждающие вышеприведенные наблюдения. Ни больные с такой формой чумы, ни появившиеся через инфицирование от них больные с первично-легочной чумой, не способны поддерживать возбудитель чумы в природе, так как в 100 % известных случаев (без лечения антибиотиками) они погибают. И если этим возбудителям инфекционных болезней не придумывать эпидемиологию (см. «Исторические свидетельства»), то понять, как они существуют в природе без резервуара среди простейших, практически невозможно.

Vibriocholerae. Возбудитель холерыявляется членом семейства Vibrionaceae, о котором известно, что оно прекрасно размножается в простейшихA. polyphagaи N. gruberi. Их выживание в пределах цист N. gruberiпредполагает то, что свободноживущие амебы могут длительно сохранять холерный вибрион при неблагоприятных условиях среды (Thom S. et al.,1992). Достоверно установлены биоценотические связи холерного вибриона, обитающего в воде, с водными организмами, в том числе и с растениями. Например, была показана способность ряски, зоопланктона (Islam M. et al., 1990) и низших ракообразных (Голубев Б. П.,1993) поддерживать высокую концентрацию холерного вибриона. Islam et al. (1990) также выявили активное размножение и длительную (до 15 месяцев!) персистенцию некультивируемых вибрионов Эль Тор в культуре сине-зеленых водорослей, которые признаются ими возможным резервуаром холеры в межэпидемические периоды. Марамович А. С. и Наркевич М. И. (1993) пришли к выводу о том, что водный гиацинт является природным резервуаром холеры Эль Тор. Он обеспечивает существование вибрионов в межэпидемические периоды и способствует реализации водного пути передачи возбудителя. Бухарин О. В., Литвин В. Ю. (1997) экспериментально показали, что водный гиацинт способствует размножению холерных вибрионов. Их концентрация в его стеблях и листьях была в 300 раз выше, чем в воде.

Эти и другие данные позволили Пушкаревой В. И. и Литвину В. Ю. (Пушкарева В. И., Литвин В. Ю.,1994; Пушкарева В. И.,1994), выдвинуть гипотезу о клонально-селекционном механизме изменения бактерий в почвенных и водных сообществах, способном обеспечивать формирование эпидемически значимых вариантов возбудителей сапронозов в их природных резервуарах. Гипотеза весьма интересная, поэтому ее стоит привести подробно.

В процессе естественной циркуляции холерных вибрионов среди гидробионтов — хозяев возбудителя в водоемах, имеет место селекция токсигенных клонов и их накопление в бактериальной популяции при благоприятных условиях (активном пассировании через хозяев). Всего же у холерных вибрионов в водной экосистеме формируется, как минимум, две экологические ниши. Одна из них (непосредственно водная среда) наиболее характерна для авирулентных штаммов. Вторую нишу (сообщество водных организмов) населяет преимущественно вирулентная часть микробной популяции, устойчивая к перевариванию в организме гидробионтов — первичная функция токсигенности холерных вибрионов, возможно, как раз и состоит в защите бактериальной популяции, обитающей в водоемах, от хищничества простейших и других гидробионтов. Их объем относительно друг друга меняется. Например, при изменении численности хозяев или сдвигах в структуре водного сообщества. В разных условиях и в разные сезоны в водной популяции вибрионов могут доминировать то токсигенные, то атоксигенные клоны холерных вибрионов. Изменение уровня токсигенности всей популяции вибрионов во времени происходит за счет выхода в водную среду нарастающего числа токсигенных вибрионов из организма погибших инфузорий, где они накапливаются благодаря селективному преимуществу перед атоксигенными и слаботоксигенными вибрионами. Прогревание воды до температуры 20 ⁰С и резкое увеличение трофности водоемов в июле — августе определяют пик численности холерных вибрионов, тесно сцепленный с пиком численности планктона. Интенсивно пассируясь среди гидробионтов, вибрионы окончательно выходят из покоящегося состояния (число бактериологически высеваемых культур максимально); численность и вирулентность водной популяции вибрионов резко возрастает, достигая эпидемически значимых показателей. Именно к этому периоду неизменно приурочен пик заболеваемости людей в очагах умеренных широт. Первичные и независимые случаи инфицирования холерой людей, связаны с водоемами, после чего распространение холеры может принять и вторичный (эстафетный) характер, в виде классической вспышки (по работе Бухарина О. В. и Литвина В. Ю., 1997).

Приведенная выше клонально-селекционная теория состыковывается с гениальными прозрениями Макса Петтенкофера (1885) следующим образом. Если принять нетоксигенные клоны холеного вибриона за фактор Х, то гидробионты, через которые пассируются токсигенные клоны возбудителя холеры, можно считать тем фактором Y, существование которого Петтенкофер так настойчиво отстаивал, а сами токсигенные клоны представляют собой фактор Z. Однако только ли для холерного вибриона верна эта теория?

Легионеллы. Для легионелл возможность сапронозного существования установлена бактериологическими методами еще в 1950-х гг. Вспышки легионеллезов обычно сопровождаются высокой смертностью среди заболевших людей. Поэтому экология легионелл и механизмы их проникновения в человеческие популяции находятся в поле зрения ученых уже не менее 30 лет, с момента печально известной вспышки болезни в Филадельфии в 1976 г. В данной работе легионеллы рассматриваются как «опережающий объект» в исследованиях сапронозов, что предполагает перенесение выявленных при их изучении закономерностей на менее исследованные микроорганизмы, обитающие в почвенных и водных экосистемах.

В пределах водных сообществ легионеллы существуют в ассоциации с планктоном или как составная часть биопленок (Rogers J. et al., 1994). Разные легионеллы инфицируют своих протозойных хозяев по разным механизмам, что говорит за многообразие экологических отношений в мире микроорганизмов и простейших. Амебы имеют критическое значение для существования легионелл в окружающей среде и для их способности вызывать инфекционную болезнь у людей (Harb O. et al., 2000). Схематическое изображение взаимодействия L. pneumophila и одноклеточных животных в окружающей среде и механизма ее трансмиссии к человеку приведено на рис. 22.

^{1. L. pneumophila из биопленок, формируемых совместно с другими бактериями или из их суспензий, инфицирует Рrotozoa. Проникновение в простейшие осуществляется по механизму фагоцитоза.2. После проникновения в амебу L. pneumophila остается в мембранно-связанной вакуоле, которая рекрутируется органеллами, такими как митохондрии, и не сливается с лизосомами.3. В пределах 4 ч после проникновения, вакуоль с L. pneumophila окружается эндоплазматическим ретикулумом.4. L. pneumophila реплицируется в пределах специализированной вакуоли.5. Точный механизм «выхода» бактерий из простейших неизвестен, но считается, что возможна их экскреция в составе везикул. Могут лизироваться и сами амебы.6. Передача L. рneumophila к людям осуществляется механически, через воздух, выбрасываемый кондиционерами, с каплями воды в душевых и т. п. способами.7. Legionellae могут длительное время выживать в окружающей среде. Они повторно инфицируют Protozoa или реколонизируют биопленки (Harb O. et al., 2000).}

Взаимоотношения легионелл и Protozoa, нашедшие свое отражение в патогенности этих бактерий для людей, могут быть следующими. Амебы после превращения в цисты, создают бактериям надежное убежище от враждебных условий внешней среды (температура, влажность, дезинфектанты и т. п.). Этим можно объяснить способность легионелл распространяться и населять инженерные системы зданий, прошедшие специальную обработку. К тому же, реплицирующаяся в амебах L. рneumophila становится почти в 1000 раз более резистентной к антимикробным соединениям, чем при культивировании на искусственных питательных средах (Barker J., Brown M. R., 1995). Жизненный цикл L. pneumophilaвамебах сходен с таковым в макрофагах (см. «Предадаптация к макрофагам»)(рис. 23).

^{А. адгезия; Б. поглощение; В. интернализированные бактерии. mi — митохондрия. Черная маркерная полоса соответствует 0,5 мк (Greub G., Didier R., 2004).}

Пассирование легионелл в амебах повышает их инвазивность и вирулентность для человека. В пользу последнего предположения говорят экспериментальные данные, показавшие многократно возросшую способность L. рneumophila, выращенных в простейших, внедряться в макрофаги мышей и реплицироваться в легких по сравнению с теми же легионеллами, выращенными на искусственной питательной среде (Cirillo J. D. et al., 1994). Отдельные гены, необходимые для выживания L. рneumophila в макрофагах, такие как dot/icm, pmi и mip, также нужны им для выживания в амебах (табл. 7).

_{Гены | Функция | Роль в инфекции | Примечания}

dot/icm (defect in organelle trafficking и intracellular multiplication) | Аппарат секреции IV типа. Конъюгационный перенос ДНК. | Правильное созревание фагосомы. Репликация в Protozoa. Цитотоксичность, вызванная формированием пор | Agrobacterium tumefaciens и Bordetellapertussis, используют подобную систему секреции для переноса ДНК (virB) и секреции коклюшного токсина (ptl), соответственно

pmi (protozoan and macrophage infectivity) | Неизвестная функция | Внутриклеточное выживание. Правильное созревание фагосомы. Присоединение к клетке-хозяину | Вместе с dot/icmобеспечивают L. рneumophila возможность выживать и реплицироваться в эволюционно значительно отстоящих клетках

pilBCD (encodes a prepillin peptidase) | Биогенез пилей IV типа | Секреция II типа | Секреция бактериальных белков, необходимых для внутриклеточного выживания | Аппарат секреции II типа позволяет L. рneumophila выживать в Protozoa и в клетках млекопитающих

rpos | Стационарная фаза ответа на стресс | Регуляция генов, необходимых для внутриклеточного выживания | —

prp | Гомологичен prpD-гену S. typhimurium | Внутриклеточное выживание | —

mip (macrophage infectivity potentiator) | Относится к семейству белков пептидил-пролил изомераз (peptidyl-prolyl cis/trans isomerases, — PPIase) | Внутриклеточное выживание в течение ранних стадий инфекции | Необходим для инфицирования макрофагов, эпителиальных клеток и простейших

emi (early macrophage-induced locus) | Неизвестная функция | То же | —

asd (aspartate-b-semialdehyde dehydrogenase) | Биосинтез диаминопимелата | Внутриклеточная репликация | —

Гены усвоения железа | Захват и ассимиляция внутриклеточного железа | То же | -

Способность легионелл реплицироваться в амебах показывает то, что амебы являются для этих бактерий самой адекватной питательной средой.

Chlamydophilapneumoniae. Бактерия хорошо известна как причина различных респираторных болезней и атеросклероза. Сероэпидемиологические исследования обнаружили ассоциацию антител к С. pneumoniae с атеросклерозом коронарных, сонных и церебральных артерий, а также инфарктом миокарда (Lee Ann Campbell et al., 1998). В природе бактерия поддерживается в Acanthamoebacastelanii, но не в Parachlamydiaceaeили Simkaniaceae (Essig A. et al., 1997).

Микобактерии. ДляMycobacterium leprae — микобактерии, вызывающей болезнь, уже тысячи лет известную под названием проказа, было показано, что она может поддерживаться в свободноживущих почвенных амебах. Однако бактериальной репликации или микробного лизиса амеб, вызванного этими микобактериями, описано не было, что свидетельствует в пользу их симбиотических отношений и частично объясняет клинику болезни. Развитие проказы у людей происходит в течение десятков лет, при этом инкубационный период болезни может длиться до пяти лет.

У микобактерий, вызывающих туберкулез, отношения с простейшими могут складываться как по типу эндосимбиоза, так и как паразитические. В экспериментах, выполненных в условиях in vitro, установлена способность M. avium, M. marinum, M. ulcerans, M. simiaeи M. habaneпроникать в свободно живущие почвенные простейшие. M. smegmatis, M. fortuitum и M. рhlei размножаются в самых различных амебах и вызывают их лизис.

Хорошо изучены взаимодействия между M. aviumи Acanthamoeba. Было установлено, что M. аvium, выращенная в амебах, более вирулентна чем такая же микобактерия, выращенная на искусственной питательной среде. Причины этого явления следующие. Во-первых, M. аvium, выращенная в амебах, более активно инфицирует как сами амебы, так и клеточные линии интерстинального эпителия (HT-29) и макрофаги. Во-вторых, такие M. аvium обладают расширенными возможностями по колонизации кишечника мышей, в минимальных дозах вызывают у них микобактериальную инфекцию, и быстро проникают в печень и селезенку. M. aviumпри неблагоприятных условиях среды хорошо выживает в цистах Acanthamoeba. В то же время M. avium, живущая в амебах, более резистентна, чем M. avium, находящаяся в макрофагах, к антимикробным препаратам, используемым для профилактикимикобактериоза у больных СПИДом (рифабутин, кларитромицин и азитромицин) (Greub G., Didier R., 2004).

Микобактерии, вызывающие у людей туберкулез, могут существовать длительное время как эндосимбионты простейших. Например, Zhatao Yang et al. (2007) обнаружили в контактных линзах амебы вида Acanthamoebalugdunensis. Ими было установлено, что эти амебы уже не менее 6 лет поддерживают существование микобактерий (предположительно, M. aviumили M. Intracellulare). Причем сами микобактерии не оказывали на Acanthamoeba никакого цитопатического эффекта (рис. 24).

^{A. Бактерии-эндосимбионты палочкообразной формы, случайным образом распределенные в цитоплазме трофозоита; Б. Цисты с эндосимбионтами. В. Увеличенные бактерии-эндосимбионты в цитоплазме трофозоитов. По поверхности бактерий-эндосимбионтов «рассыпаны» рибосомы. Черная маркерная полоса соответствует 2 мк. По Zhatao Yang et al. (2007).}

Механизм проникновения патогенных микобактерий в популяции людей значительно более сложен, чем у легионелл. В цепочке передачи возбудителя болезни появляется новый промежуточный хозяин — личинки кровососущих комаров. Инфицированные личинки через воду попадают в организм животных и птиц, а от них к человеку. Полученные данные согласуются с сообщениями о выделении патогенных и атипичных микобактерий из проб воды, взятых из прудов, канав и луж, и используемой для поения крупно рогатого скота, а также из опилок, соломы и сена (Ермакова М. с соавт.,1995).

Burkholderiaceae.Бактерия B.cepaciaассоциирована у людей с несколькими легочными инфекциями, особенно с цистическим фиброзом. Роль свободноживущих почвенных амеб как резервуара B. сepacia пока не доказана, однако их участие в трансмисси возбудителя возможно, так как они способны выбрасывать в окружающую среду везикулы, заполненные B. cepacia(Marolda C. L. et al., 1999).

B. pseudomallei—возбудитель опасной болезни, мелиоидоза, и потенциальный агент биологического оружия. Показано, что этот микроорганизм в условиях in vitro в амебах резистентен к антибактериальным препаратам Он также способен выживать в макрофагах после длительного лечения человека антибактериальными препаратами, вызывая у него хроническую инфекцию (Jones A. L. et al., 1999).

Francisellatularensis.Вызывает у животных и человека опасную болезнь — туляремию. Выделяют три подвида этого микроорганизма, различающихся по географическому распространению и вирулентности для людей — tularensis (наиболее вирулентен для людей), holarctica и mediasiatica. F. tularensis tularensis считается своего рода рекордсменом по пороговой инфекционной дозе, способной вызывать болезнь у человека. Обычно она колеблется в пределах 10-100 клеток, поэтому его относят к потенциальным агентам биологического оружия. В естественных условиях болезнь обнаруживается в основном среди грызунов. Микроб хорошо сохраняется в почве, зерне, фураже, но малоустойчив к высушиванию, ультрафиолету, дезинфицирующим средствам. Известные природные очаги болезни характеризуются исключительной стойкостью. Человеку F. tularensis передается трансмиссивным, контактным, оральным и аспирационным путями. Трансмиссивный механизм передачи осуществляется через клещей, преимущественно иксодовых; и летающих кровососущих двукрылых, в частности комаров и слепней (Шувалова Е. П. с соавт., 2001). Тот факт, что свободноживущие амебы могут быть буквально заполненны F. tularensis, причем в неблагоприятных условиях среды возбудитель туляремии может сохраняться в цистах A. castellanii (Abd H. et al., 2003), свидетельствует в пользу того, что простейшие являются первичным природным резервуаром этого микроорганизма (рис. 25).

^{А. Трофозоит A. castellanii без внутриклеточных включений F. tularensis (день 0). Б. Трофозоит A. castellanii с вакуолями, заполненными F. tularensis (день 9). В и Г. Рекрутирование митохондрий (короткие стрелки) и грубого эндоплазматического ретикулума (длинные стрелки) к вакуолям (см. также рис. 24), содержащим бактерии. Д. Трофозоит A. castellanii, подвергнутый энцистации (encystations) с клетками F. tularensis, включенными между двумя слоями образовавшейся двойной стенки (день 16). Е. Циста A. castellanii, содержащая F. tularensis на внутренней стороне двойной стенки (день 16) (Abd H. et al., 2003).}

Helicobacterpylori. Вызывает развитие у людей язвы желудка и язвенной В-клеточной лимфомы, ассоциированной с лимфоидной тканью слизистой желудка. То, чтоH. pyloriможет распространяться через воду, предполагает определенную роль амеб в поддержании его существования в природе. Эта гипотеза подтверждается демонстрацией способности H. pyloriк размножению в A. castellanii(Winiecka-Krusnell J. et al., 2002).

Cryptococcusneoformans.Относится к грибам, обитающим в почве. Возбудитель СПИД-индикаторной инфекции, криптококкоза. Один из лучших примеров адаптации сразу к обоим хозяевам — почвенным амебам и макрофагам людей (Greub G., Didier R., 2004).

Coxiellaburnetii. Риккетсия, возбудитель лихорадки Q, потенциальный агент биологического оружия. Филогенетически родственна легионеллам (Weisburg, W. G. et al., 1985). При поглощении почвенными амебами легко в них выживает и размножается. Инфицирование людей обычно происходит посредством вдыхания аэрозоля в зонах интенсивного разведения животных (La Scola B., Raoult D., 2001). Описаны также риккетсиоподбные организмы, являющиеся эндосимбионтами Acanthamoebaspp. (Greub G., Didier R., 2004).

Мимивирусы. В амебах Acanthamoeba polyphaga обнаружен крупный ДНК-вирус (диаметр зрелых частиц достигает 400 нм), названный мимивирусом, т. е. «имитирующий бактерию» (mimivirus — «microbe — mimicking virus»), так как его сначала приняли за бактерию (La Scola B. et al., 2003). Его другое название — мимивирус Acanthamoeba polyphaga (Acanthamoeba polyphaga mimivirus; APMV). Размер вириона мимивируса сравним с размером микобактерии. Геном APMV вмещает 1,2 млн нуклеотидов и кодирует не менее 911 предсказанных белков (Benarroch D. et al., 2006). Фагоциты мышей «встречают» APMV как «старого знакомого». E. Ghigo et al. (2008) впервые продемонстрировали, что мимивирус в условиях in vitro инфицирует макрофаги мышей путем классического фагоцитоза, выживает в них и успешно размножается (рис. 26).

^{I. Мимивирус в клетках свободно живущих амеб. А. Мимивирус и A. polyphaga, снятые с помощью сканирующего микроскопа. Черная маркерная полоса соответствует 1 мк. Б. Мимивирус. Негативное окрашивание. Снято с помощью трансмиссионного электронного микроскопа. Черная маркерная полоса соответствует 200 нм. В. Мимивирус в пределах A. polyphaga при лабораторном инфицировании. Снято с помощью трансмиссионного электронного микроскопа. Черная маркерная полоса соответствует 2 мк (Greub G., Didier R., 2004). II. Мимивирус проникает в макрофаги мышей (электронномикроскопический анализ). А. изолированный мимивирус. Б. мимивирус связывается с поверхностью макрофага. В. мимивирус проникает в клеточное выпячивание. Г и Д. на клеточной поверхности макрофага формируется чашеподобное образование, захватывающее мимивирус, начинается его проникновение в клетку. Е. поглощение макрофагом мимивируса. Ж. большая гладкая поверхность эндоцитической визикулы макрофага, содержащей мимивирусЗ. везикула, содержащая мимивирус, глубоко уходит в цитоплазму. И. везикулы, содержащие мимивирусы, случайно сливаются друг с другом. Черные маркерные полосы соответствуют указанным размерам (Ghigo E. et al., 2008).}

Таксономически мимивирус занимает положение между Poxviridae (к этому таксону относится возбудитель натуральной оспы), Iridoviridae (к ним относятся вирус африканской лихорадки свиней — African swine fever; и многие вирусы земноводных, рыб и насекомых) и Phycodnaviridae. Участие мимивируса в патологии человека пока не установлено (La Scola B. et al., 2003). E. Ghigo et al. (2008) выдвинули гипотезу, что APMV способен реплицироваться в альвеолярных макрофагах млекопитающих и вызывать у них пневмонии. Судя по обстоятельности их работы, они скоро ее проверят.

Энтеровирусы. Обычно это возбудители кишечных инфекций у детей, но у некоторых людей они могут вызывать менингоэнцефалиты и асептические менингиты. Передаются между людьми фекально-оральным путем. Широко распространены в морской воде и часто контаминируют моллюсков. Их появление в воде носит спорадический характер, но иногда они месяцами могут заражать морскую воду и воду в дельтах рек (Lo S. et al., 1976). Поэтому была высказана гипотеза, что их природным резервуаром являются простейшие, живущие в морской воде. Однако такая роль простейших в поддержании энтеровирусов не была доказана в эксперименте. Вирусы сорбировались на поверхности амебы и не проникали внутрь клетки и не размножались в ней. Исследования продолжаются и окончательных выводов пока не сделано (Greub G., Didier R., 2004).

Грипп. В истории и эпидемиологии гриппа многое говорит за его сапронозное происхождение. Поиск среди простейших животных вирусов гриппа не проводился из-за отсутствия такой постановки задачи (выгоднее бесконечно создавать «вакцину от птичьего гриппа»). Однако если предположить наличие у этих вирусов природного резервуара среди простейших почвы и гидробионтов, то проще объяснить следующие особенности гриппозных эпидемий и пандемий:

ограниченное число подтипов вирусов гриппа А, В и С человека, вызывающих гриппозные эпидемии и пандемии; и как следствие этого феномена — «возвращение» в человеческие популяции практически одних и тех же вирусов [например, вирус, циркулировавший в 1890–1900 гг., соответствует эталонному штамму А/Сингапур/1/57/ (H2N2); а вирус, циркулировавший в период с 1900 г. по 1917 г. сходен с вирусом А/Гонконг/1/57/ (H3N2); есть и другие весьма показательные примеры такого сходства];

отсутствие среди реассортантов вирусов гриппа, циркулировавших среди людей в разных регионах мира, эпидемически значимых вариантов, или вариантов, имеющих селективные преимущества перед вируcами нерекомбинантной природы;

доминирование водного механизма передачи возбудителя инфекции в природе, проявляющегося одновременными вспышками гриппозной инфекции у разных таксонов животных, вызванных одним штаммом вируса;

появление локальных вспышек гриппозной инфекции у млекопитающих и птиц при отсутствии очевидной связи с «заносом» из других регионов;

возможность развития тяжелых форм гриппа при отсутствии пандемии и выделение вирусов гриппа у заболевших людей, не соответствующих по антигенной структуре подтипу вируса, доминирующему в данный период (так называемые «асинхронизмы»);

отсутствие надежных вирусологических доказательств «положения о непрерывности эпидемического процесса при гриппе» (обычно их подменяют результатами серологических обследований, либо ссылками на «невозможность выделения вируса в межэпидемический период», «снижением вирулентности вируса», наличием «каких-то дефектов вируса, не позволяющих их выделение в обычных лабораторных моделях» и т. п.);

консервативность вируса гриппа, выделяемого от дикой водоплавающей птицы;

то обстоятельство, что все известные подтипы вируса гриппа А выделены от птиц, причем от одной особи может выделяться несколько серовариантов одновременно;

способность вируса размножаться во всех тканях, где есть эпителиальная ткань и в фагоцитирующих клетках макроорганизма;

«поразительная скорость распространения эпидемий гриппа» — если допустить то, что инфицирование водных источников вирусом гриппа происходит одновременно на обширных территориях, например, в результате изменения экологического равновесия гидробионтов;

появление новых серотипов вируса у млекопитающих и домашних птиц как результат «отрыва» вируса от своего природного резервуара и, соответственно, снятия с него селективного давления, существовавшего в природном резервуаре (подробнее см. Супотницкий М. В., 2006).

Э. И. Коренберг (2006) в пользу своей гипотезы сапронозного существования в природе вируса гриппа приводит следующие факты:

вирусы гриппа А способны длительно сохраняться во внешней среде (в воде месяц при температуре 22 °C и до 6–8 месяцев при температуре 4 °C);

все известные подтипы вируса гриппа А обнаружены у диких птиц (в основном у водоплавающих и околоводных);

у водоплавающих птиц грипп протекает бессимптомно и как кишечная инфекция, следовательно, у них нет непосредственной передачи вируса от особи к особи, что могло бы обеспечить его поддержание в природе;

пандемии гриппа обычно начинаются в теплых регионах Юго-Восточной Азии.

ВИЧ. Попытки установить роль Protozoa (Entamoebahistolytica и Giardia lamblia), патогенных обитателей кишечника человека, в распространении ВИЧ, предпринимались еще в начале 1990-х гг., правда, на низком методическом уровне. Иммунологическими методами установлено присутствие ВИЧ в E. histolytica в течение 48 ч после экспозиции к инфицированным ВИЧ культурам клеток людей (G. lamblia не взаимодействовали с ВИЧ). Но вирус не передавался посредством амеб в неинфицированные клетки. От двух ВИЧ-инфицированных пациентов были выделены ВИЧ-положительные амебы. Их лизировали и полученный лизат добавляли к неинфицированным мононуклеарным клеткам крови человека, однако клеток, инфицированных ВИЧ, обнаружено не было (Brown M. et al., 1991). Эти эксперименты свидетельствуют о том, что ВИЧ способен инфицировать, по крайней мере, отдельные виды простейших. Целесообразно поиски инфицированных ВИЧ простейших продолжить с помощью методов молекулярной диагностики в районах Африки, где население наиболее инфицировано этим вирусом.

Теперь мы можем очертить границы феномена микроорганизмов, способных к сапронозному существованию в природе и одновременно являющихся патогенными для людей. К таким микроорганизмам относятся те из них, которые начинают свое размножение в организме позвоночных в фагоцитирующих клетках. То, что феномен сапронозного существования установлен лишь для отдельных микроорганизмов, опасных для человека и позвоночных животных, во многом связано с тем, что перед учеными такая задача не ставилась.

Признание сапронозного характера существования в природе возбудителей опасных для человека инфекций требует от ученых, с одной стороны, осознания того, что существуют природные очаги инфекционных болезней иные, чем изучаемые сегодня в рамках представлений о природно-очаговых болезнях, когда первичный резервуар возбудителя инфекционной болезни ищут среди позвоночных животных; с другой — необходимость применения новых определений для описания таких очагов и эпидемиологии поддерживающихся в них патогенных микроорганизмов. Подробное обоснование того, что такое «природный резервуар», «природный очаг»,«реликтовый очаг», «усилители природного резервуара» возбудителя инфекционной болезни и других определений, выходящих за рамки учения о природной очаговости инфекционных болезней человека Д.К. Заболотного, Е.Н. Павловского и др., мы сделали ранее на примере возбудителя чумы (Супотницкий М.В., 2003; Супотницкий М.В., Супотницкая Н.С., 2006). Их определения включены в словарь терминов, приложенный к этой книге.

Предадаптация к макрофагам. По мнению J. Barker и M. R. W. Brown (1994), свободноживущие амебы в эпидемических процессах среди людей играют роль «Троянского коня», позволяющего микроорганизмам преодолеть «первую линию обороны нового хозяина». Они доставляют их в пределы «Трои», т. е. к слизистым оболочкам человека и в органы дыхания, и обеспечивают микроорганизмам надежную защиту от местных факторов иммунной системы. J. D. Cirillo et al. (1997) нашли подтверждение этой гипотезе. Они продемонстрировали увеличение способности к колонизации кишечника мышей у M. avium, когда эта бактерия была инокулирована в кишечник в составе жизнеспособной амебы. Роль свободноживущих амеб в эпидемических процессах показана на рис. 27.

^{Верхняя схема показывает роль свободноживущих амеб как резервуара внутриклеточных бактерий и как "троянского коня" в передаче бактерий позвоночным. Нижняя — их судьбу в респираторном тракте. В цитоплазме амебы размножаются более вирулентные бактерии. Вакуоли амеб являются их «убежищем». В составе амеб бактерии достигают нижних дыхательных путей, высвобождаются и поглощаются альвеолярными макрофагами, где цикл их размножения повторяется. Овалами в цитоплазме амеб и фагоцитов показаны митохондрии. По G. Greub и R. Didier (2004).}

Наиболее изучена адаптация к одноклеточным организмам легионелл. На клеточном уровне обнаружено удивительное сходство между путями, по которым Legionellaspp. адаптируются к макрофагам и амебам. Совпадает даже тип фагоцитоза, посредством которого легионелла проникает в макрофаг и амебу. Подобное сходство наблюдается на всех последующих этапах жизненного цикла легионелл в фагоцитирующих клетках (табл. 8).

_{Стадия жизненного цикла | Свободноживущие амебы | Макрофаги}

Проникновение | Обвивающий(сoiling) — фагоцитоз | Обвивающий(сoiling) — фагоцитоз

Продвижение внути клетки | Отсутствие фагосомно-лизосомного слияния | Отсутствие фагосомно-лизосомного слияния

Фагосома | Ассоциация с грубым эндоплазматическим ретикулумом | Ассоциация с грубым эндоплазматическим ретикулумом

Репликация | Интрафагосомальная | Интрафагосомальная

Выход | Лизис клетки-хозяина | Лизис клетки-хозяина

В макрофагах и амебах не происходит фагосомно-лизосомного слияния, что позволяет Legionella выживать в этих клетках. Как в тех, так и в других клетках фагосомы окружаются грубым эндоплазматическим ретикулумом, и находящиеся в них бактерии размножаются. Затем Legionellaиндуцирует лизис макрофага (амебы) и выходит во внешнюю среду, где захватывается другими макрофагами (амебами). Намолекулярном уровне основным доказательством сходства процессов фагоцитоза стало сходство генов, необходимых для осуществления фагоцитоза у простейших и макрофагов (см. работу Greub G. и Didier R., 2004; и подглаву 2.2«Простейшие — симбионты многоклеточных»).

Основываясь на филогенетическом анализе ADP/ATP-транслоказа-кодирующего гена хламидий, G Greub и D. Raoult (2003) показали, что процессы взаимной адаптации амеб, фагоцитирующих клеток многоклеточных организмов и микроорганизмов, начались более миллиарда лет назад, т. е. до появления многоклеточных форм жизни (см. подглаву 2.3). Естественный отбор «подгонял» их друг к другу, отбирал разные формы взаимоприспособления и отбраковывал не приспособившиеся к такому сосуществованию виды.

Исторические свидетельства. Признав за простейшими роль первичного резервуара микроорганизмов, патогенных для человека и животных, нам необходимо признать и то, что должны быть местности, где таких простейших много, и что существуют условия, при которых равновесие между простейшими и их паразитами или эндосимбионтами из числа микроорганизмов, нарушаются. Этот феномен сегодня мы фиксируем по микробиологически подтвержденным эпизоотиям среди животных, по обнаружению инфицированных эктопаразитов и вспышкам инфекционных болезней среди людей. Но если такие очаги существуют постоянно, то сведения об их активизации, т. е. об эпидемических катастрофах, должны периодически фиксироваться в исторических источниках. Ниже, применительно к контексту данной книги, мы приведем только отдельные из них.

Начнем с масштабных эпидемических катастроф. Удивительным образом совпадают местности, охваченные чумой в период ее первой пандемии (VI столетие, «чума Юстиниана») и второй (1346–1351 гг., «черная смерть»). Совпадают даже сроки распространения пандемий — каждая приблизительно «укладывается» в 5 лет. Обе пандемии развились как бубонные (во время второй пандемии у многих больных бубонной чумой развивалась вторично-легочная чума; этот феномен более подробно изложен в нашей книге; Супотницкий М. В., Супотницкая Н. С., 2006). Но известно, что, во-первых, бубоная чума не выходит из своих природных очагов и не заносится ни больными людьми, ни больными грызунами, ни их эктопаразитами; во-вторых, классических очагов чумы, например, в понимании Д. К. Заболотного (1926) или таких, которые описаны в современном учебнике Е. П. Шуваловой (2001), в Европе сегодня нет. Тем не менее существуют исторические свидетельства о чудовищных вспышках чумы в Европе, когда людям казалось, что «наступил конец света».

Сузим горизонт нашего видения до эпидемий чумы средины XVII столетия. Со времен «черной смерти» прошло три столетия. Неконтагиозная болезнь, бубонная чума, вновь «расползается» по Европе в направлении с юга и востока на запад и север и поражает те же города, что и во времена «черной смерти» (Генуя, 1647; Барселона, 1653; Копенгаген и Москва, 1654; Неаполь и Силезия, 1656; Амстердам, 1658; Лондон, 1665). В этих эпидемиях гибнет не менее миллиона человек, но ни в одном из перечисленных городов сегодня нет даже «следов» природных очагов чумы в понимании авторов двух вышеприведенных источников.

Теперь посмотрим на «частный случай» — на отдельные обстоятельства бубонной чумы, вспыхнувшей в Одессе 1812 г. В исторических источниках она проходит как «портовая», т. е. занесенная кораблями. Но материалы комиссии статского советники Н. Трегубова, расследовавшей причины чумы в городе, свидетельствуют об отсутствии заболеваний чумой в Одесском портовом карантине, хотя через него «прошло» за весь 1812 г. 8,5 тыс. человек. Чума началась не в порту, а среди актеров одесского театра (Белиловский В. А. с соавт., 1904). В нашей книге приведена карта того времени, показывающая распространение чумы по Малороссии в 1812 г. Ее зафиксировали среди людей в десятках населенных пунктах, разбросанных по всему краю, не имеющему сегодня природных очагов чумы в традиционном, бактериологическом их подтверждении (Супотницкий М. В., Супотницкая Н. С., 2006). Мы еще многого не знаем о природной очаговости чумы!

Любопытны наблюдения холеры, сделанные локалистами того времени. Исследуя динамику появления холерных вспышек в населенных пунктах Казанской губернии, Н. К. Щепотьев (1890) заметил, что холера распространялась «против течения рек», поэтому он считал, что «извержения холерных больных» не могли служить источником заражения населенных пунктов ниже по течению рек. Он также заметил, что в 1853 г. эпидемии в Демьянском, Ядринском и Чебоксарском уездах начались и прекратились одновременно. Анализ территориального распределения холерных случаев за 30 лет позволил ему установить, что в течение четырех крупных холерных эпидемий (1847, 1848, 1853 и 1871 гг.), как правило, болезнь поражала людей в одних и тех же местностях Казанской губернии. Это означает, что холерный вибрион не завозился и не заносился, а существовал в этих местностях, как и полагал Щепотьев, аутохонно.

Теперь обратимся к знаменитому спору Макса Петтенкофера с Робертом Кохом о роли воды в распространении холеры. Не будем сразу считать Петтенкофера ретроградом, а вникнем в его аргументацию. Контагионисты во главе с Кохом и Гафки (1887), в подтверждение роли воды в переносе возбудителя холеры, утверждали, что строительство водопровода в Калькутте в 1867 г. привело к резкому снижению заболеваемости населения города холерой. Петтенкофер (локалисты), проанализировав статистические данные по заболеваемости холерой в Калькутте, пришел к выводу, что она имеет пульсирующий характер. Поэтому в течение последних 25 лет холера в Калькутте была значительно слабее, чем в предшествовавшее 25-летие. И как раз слабое проявление болезни совпадает с введением в эксплуатацию водопровода. Поэтому Петтенкофер согласился с тем, что Кох, на первый взгляд, имел некоторое основание приписать именно водопроводу преобладающее значение в ослаблении холеры. Но не более того. Оказалось, что эти скачки холерной смертности — то вверх, то вниз — встречаются как в период времени до 1869 г., так и после него.

Петтенкофер указал на продолжительное снижение заболеваемости холерой в Калькутте в 1847–1850 гг. Холера «держалась» на сравнительно низких цифрах в 1854, 1855 и 1857 гг. Но самое заметное падение холерной кривой начинается с 1864 г., т. е. за 3 года до открытия нового водопровода. В этот год без всякого водопровода холерная смертность была в три раза меньшей, чем в предшествовавшем 1866 г. Минимум холерной смертности в течение этой волны падает на 1871 г., когда водопроводом было снабжено еще сравнительно небольшое количество домов. Затем, с 1872 г., когда число домов, присоединяющихся к водопроводу, быстро увеличивается, холера снова усиливается и достигает своего максимума в 1876 г., правда, значительно уступающего максимумам прежних периодов. После этого — новое понижение холерной смертности, с минимумом в 1880 г., за которым опять следует подъем кривой, максимум которой падает на 1884 г. Холерная волна, начавшаяся с 1880 г., оказалась выше ее предшественницы, занявшей десятилетие с 1871 по 1881 г. Петтенкофер указал на следующее обстоятельство: «В Калькутте Коху рассказали не всю правду. Верно то, что городской водопровод, разносящий хорошо фильтруемую воду из Ганга, впервые стал снабжать форт Вильяма 25 марта 1873 г.; но заметное ослабление холеры в крепости началось уже с 1863 г., когда водоснабжение производилось еще из прудов, находящихся на лугах вокруг крепости. Единственная защита этих прудов от загрязнения состояла из низких деревянных заборов, да, пожалуй, еще из стоявших вблизи часовых». Обобщив эти наблюдения, Петтенкофер сделал шуточное заключение, что «параллельно распространению водопровода увеличивается и холера».

Ну а если серьезно, то локалисты пришли к выводу, что «в Калькутте совпадения между водоснабжением и развитием холеры, в котором можно было бы усматривать причинную связь, не существует». Кох был вынужден отвечать оппонентам, так как, с точки зрения его теории о распространении холеры питьевой водой, было непонятно, как это в 1871 г., когда в Калькутте пользовалось новым водоснабжением не более 2000 домов (притом, разумеется, по преимуществу домов в хороших частях города, которые вообще сравнительно свободны от холеры), холера похитила жизни всего 796 человек, тогда как в 1876 г., когда число домов, снабженных водопроводной водой, доходило уже до 10 тыс., от холеры умерло 2272 человека. Явление это объяснялось Кохом указанием на недостаток водопроводной воды, ощущаемый преимущественно бедной частью населения, вынужденной пользоваться водой из реки и из прудов. Петтенкофер и другие локалисты не приняли объяснение Коха и указали ему на то, что, во-первых, недостаток воды был констатирован официально еще в 1872 г., т. е. как раз в то время, когда кривая холерной заболеваемости стояла очень низко; во-вторых, они привели ему статистику, показывающую, что холерная смертность в предместьях города, вовсе не снабженных водой из водопровода, обнаруживает колебания по времени, соответствующие тем, которые происходят в центре города. И окончательно они «добили» аргументы, приведенные Кохом, используя статистику холерной заболеваемости по всей Бенгальской провинции Индии, в которой тогда жило около 30 млн. человек. Оказывается, в 1871–1874 гг. эпидемия холеры была сравнительно слаба, но она снова усилилась в 1876–1877 гг. точно так же, как и в самом городе. Такое же явление повторилось и в 1880 г., когда холерный минимум в Калькутте совпал с таким же минимумом во всей провинции. Если не придумывать эпидемиологию холеры, то ее очень трудно объяснять, разве что только для учебников (более подробно описание пандемий холеры приведено в подглаве 4.1.2).

В исторических источниках приводятся описания и трудно объяснимых с точки зрения контагионистических представлений, совпадений эпидемических катастроф. В период с 1918 г. по 1922 г. по Поволжью, Прикаспию, Закавказью, Забайкалью и по разным местностям, прилегающим к границам России, прокатились вспышки чумы. В 1918 г. радикально изменилась ситуация по холере. Вспышки болезни зафиксированы в 40 российских губерниях, в Средней Азии, на Кавказе и в Сибири (до Якутска). Холера не прекращалась и в 1919 г. и в 1920 г. даже зимой. Но размах холерной эпидемии 1921 г. был настолько большим, что ее выделили в отдельную эпидемию, сопоставимую по потерям среди населения с наиболее крупными холерными эпидемиями прошлого. Смертность от холеры среди населения составила 55 % от количества заболевших. В некоторых населенных пунктах она достигала 80 и даже 100 %. Летом (!) 1918 г. в Росси вспыхнула пандемия гриппа, названная тогда «испанкой». В период 1918–1922 гг. Россия пережила невиданную в мировой истории эпидемию сыпного и возвратного тифов. Большие и узловые станции железных дорог были забиты трупами людей, умерших от тифа. На некоторых станциях залежи трупов достигли огромных размеров, города не успевали открывать тифозные больницы. От «сыпняка» погибла армия адмирала А. В. Колчака. Обычно за сыпным тифом (смертность от 8 до 80 %, что зависело от условий жизни заболевшего) следовал возвратный тиф (смертность до 3 %); тех, кто переживал паразитарные тифы, «прореживали» холера и голод. В 1921 г. внезапно малярия «вышла» далеко за пределы своего обычного распространения, она охватила всю страну и продвинулась даже в ее северные районы. Тяжелые формы тропической малярии, наблюдавшиеся до войны только в предгорьях Кавказа, в Поволжье и в Средней Азии, распространились по всей республике — малярия приняла характер жесточайшего народного бедствия. Ее отличала необычайная смертность — за 1921 г. 11,3 % от числа заболевших первично, но в некоторых группах населения смертность доходила до 80 %.

Не всегда эти эпидемические события поддаются объяснению трудностями гражданской войны и разрухой того времени. Так чума может проникнуть в населенные пункты только после активизации ее природных очагов, на что человек влиять не может. Но активизация таких очагов почему-то происходила в те годы на огромных территориях России и прилегающих к ней стран. Распространение паразитарных тифов в эти годы было отмечено не только в России и в перенесших войну Европейских странах, но и в Латинской Америке. Для холеры того времени отмечали отсутствие связи ее появления с движениями людских потоков. Например, холеры не было в Красноярске, расположенном на перегруженной холерными больными Транссибирской магистрали, а в Средней Азии ею, как правило, болели только местные жители. Необъясненным осталось повсеместное присутствие в те годы холерного вибриона в источниках питьевой воды даже в северных безлюдных районах Сибири. Например, в реке Иртыш в пределах Тобольска, в реке Туре в пределах Тюмени, в реках Ишиме, Карасуни и Мергени в пределах города Ишима Тюменской области (и выше и ниже по реке), и в воде рек и колодцев более умеренных широт.

Напоминание этих фактов должно предостеречь читателя от упрощенного отношения к экологии возбудителей опасных инфекций. Возможно, что при столь значительных различиях между собой по биологическим свойствам (возбудители чумы и холеры — это бактерии; возбудители паразитарных тифов — риккетсии; возбудитель гриппа — РНК-вирус; возбудители малярии — одноклеточные паразиты крови), их экологические ниши на отдельных территориях находятся в зависимости от одних и тех же природных факторов, что и вылилось в чудовищную эпидемическую катастрофу 1918–1922 гг.

Простейшие, обитатели водных и почвенных экосистем, являются как эволюционными предками макрофагов, так и резервуаром возбудителей инфекционных болезней для многоклеточных организмов, и эти два феномена находятся в причинно-следственной связи друг с другом. Роль простейших в поддержании в природе возбудителей опасных инфекционных болезней людей эмпирически зафиксировал Макс Петтенкофер в виде фактора, названного им «фактором Y». К микроорганизмам, способным к сапронозному существованию и одновременно являющимся патогенными для людей, относятся те из них, которые начинают свое размножение в организме в фагоцитирующих клетках, т. е. почти все из известных на сегодняшний день. То, что феномен сапронозного существования пока установлен лишь для отдельных микроорганизмов, опасных для человека, означает новизну данного направления исследований и дает шансы исследователям на обнаружение новых природных закономерностей и явлений. Способность многих недавно выявленных микроорганизмов размножаться только в фагоцитирующих клетках, свидетельствует в пользу того, что именно они, а не искусственные питательные среды современных лабораторий, являются питательной средой, наиболее адекватной их физиологическим потребностям. Нам придется внести очень серьезные изменения в свои представления о физиологии и биохимии микроорганизмов, когда мы начнем их изучать в естественных экосистемах.

Имеющиеся экспериментальные данные по экологии микроорганизмов, эпидемиологические наблюдения и исторические свидетельства, позволяют предположить наличие в природе стойких природных очагов возбудителей опасных для людей инфекционных болезней (в том числе и ВИЧ), не подпадающих под рассмотрение современных теорий природно-очаговых болезней и существующих как «подводная часть айсберга» очагов, обнаруживаемых бактериологическими или вирусологическими способами. Границы и организация таких очагов могут быть установлены с помощью методов молекулярной диагностики, но такую задачу ученые еще должны перед собой поставить. Для понятийной дифференциации таких очагов от тех, территориальные границы которых очерчены по эпизоотиям среди диких животных, мы предложили их называть реликтовыми очагами (Супотницкий М. В., 2003, 2004, 2005: Супотницкий М. В., Супотницкая Н. С., 2006).

2.2. Простейшие — симбионты многоклеточных

«Чужие здесь не ходят». Возбудитель сибирской язвы. Возбудители бруцеллеза. Возбудитель туляремии. Возбудитель чумы. Вирус натуральной оспы (ВНО). Микобактерии. Ретровирусы.

При усложнении многоклеточных организмов сложившиеся за миллиарды лет отношения между клетками, способными к фагоцитозу и их паразитами, продолжали оставаться прежними. Этот феномен пока не изучен системно, и я вынужден для его описания использовать разрозненные экспериментальные данные разных авторов.

«Чужие здесь не ходят». Такие отношения обнаруживаются уже тогда, когда начинаешь анализировать пути проникновения в организм людей и животных микроорганизмов, вызывающих у них опасные инфекционные болезни. Не только легионеллы проникают в организм человека через макрофаги (см. подглаву 2.1 «Границы феномена сапронозного существования патогенных для людей микроорганизмов»). Эти же макрофаги «спасают» возбудитель сибирской язвы, попавший в альвеолы легких в составе мелкодисперсного аэрозоля, и переносят его в более благоприятные условия медиастинальных лимфатических узлов, где он размножается, а затем вызывает генерализованную инфекцию (Guildi-Rontani C., 2002). Возбудители брюшного тифа, дизентерии, патогенные иерсинии (Y. enterocolitica и Y. pseudotuberculosis) используют для своего выживания в организме человека посредничество М-клеток пейеровых бляшек (Agmina s. insulae Peyeri) подвздошной кишки. Дальнейшая их диссеминация происходит исключительно благодаря выживанию внутри макрофагов, которые мигрируют через лимфатическую систему (Smith H., 1996; Finlay B., Falkow S., 1997). Возбудитель туляремии проникает в макрофаги при любом механизме инфицирования и с их «помощью» в течение нескольких дней поражает все ретикулоэндотелиальные ткани (Ellis J., Green M., 2002). Возбудитель бруцеллеза инфицирует как фагоцитарные клетки — макрофаги, так и нефагоцитарные — трофобласты беременных животных (Ko J., Splitter G. A., 2003). Сам организм теплокровного хозяина является для этих микроорганизмов биологическим тупиком.

Возбудитель сибирской язвы. В настоящее время экология Bacillusanthracis изучена плохо и обычно ее описание ограничивается упоминанием того, что микроорганизм может долго существовать в почве и хорошо растет на мясопептонных средах (см. например, работы Шуваловой Е. П. с соавт., 2001; Таршиса М. Г. и Черкасского Б. Л., 1997). Но из-за его высоких поражающих свойств как агента биологического оружия, патогенез сибирской язвы у людей и животных изучен очень обстоятельно (см. работы: Dixon T. D., et al., 1999; Prince A. S., 2003; Guarner J. et al., 2003).

Эндоспоры Bacillusanthracisмогут проникать в макроорганизм любыми путями (чрезкожно, аэрогенно, энтерально и др.), но все их пути ведут в макрофаги, выступающие как универсальные входные ворота инфекции (рис. 28).

^{Макрофаги поглощают бациллы и мигрируют к региональным лимфатическим узлам. Вегетативные B. anthracis растут в лимфатических узлах, вызывая регионарный геморрагический лимфаденит. Бактерии распространяются через кровь и лимфу по всему организму и вызывают большое число смертельных исходов из-за септицемии. В случаях легочной формы болезни, перибронхиальные геморрагические лимфадениты блокируют легочный лимфатический дренаж, вызывая отек легких. Смерть наступает от септицемии, токсемии или легочной недостаточности и может произойти через 1–7 суток после заражения. 1 — низкоуровневое прорастание и рост в участке инфицирования ведут к локальному отеку и некротическому поражению кожи; 2 — низкоуровневое прорастание и рост в участке инфицирования ведут к массивному выпоту, отеку слизистой и некротическому поражению кишечника; 3 — лимфагенное и гематогенное распространение B. anthracis.MAPKK (mitogen-activated protein kinase kinase) — митоген-активированный белок киназы киназы; TNF — фактор некроза опухолей; IL — интерлейкин (Dixon T. D., et al., 1999).}

Отношения B. anthracis с эволюционными предшественниками макрофагов, свободноживущими почвенными амебами, в процессе эволюции сложилиськакпаразитические, т. е. они их использовали для своего размножения, разрушали и сохранялись в окружающей среде в виде спор. После заглатывания спор другими простейшими, цикл повторялся. Такой вывод можно сделать, не имея пока данных о взаимоотношении сибиреязвенного микроба с простейшими почв исходя из наблюдений за его поведением в альвеолярных макрофагах млекопитающих. Макрофаги поглощают споры B. anthracisпосредством фагоцитоза (рис. 29.).

^{AM были инфицированы спорами B. anthracis (штамм Sterne) и через 30 мин исследованы с помощью трансмиссионного электронного микроскопа. Положение споры внутри AM показано стрелкой. Черная полоса соответствует 2 микронам (Ribot W. et al., 2006).}

Инфицировав альвеолярные макрофаги, споры быстро достигают эндосомальных компартментов, где должно происходить их разрушение. Однако некоторые споры остаются жизнеспособными и после прорастания превращаются в бациллы, которые реплицируются внутри макрофагов. По данным S. Ruthel et al. (2004), это происходит следующим образом. Временные интервалы «прорастания» спор варьировали, но обычно бациллы начинали удлиняться через 4–5 часов после проникновения в альвеолярные макрофаги, и реплицировались уже через 5–6 часов. В их экспериментах до 10 % макрофагов оказались неспособными подавить репликацию сибиреязвенного микроба. Среднее количество спор на макрофаг, которое в последующем приводило к репликации бактерий, составило 6–7, следовательно, более высокая множественность заражения повышала возможность преодоления спорами защитной способности макрофагов.

Форма макрофагов была типичным отражением роста бацилл внутри макрофагов: плазматическая мембрана макрофагов растягивалась, чтобы вместить все бациллы, и примерно через 7 часов макрофаг разрывался. Споры образовывали цепочки еще внутри клеток, до их гибели. В организме животных этот процесс завершался уже в лимфатических узлах (Ruthel S. et al., 2004). Следовательно, альвеолярные макрофаги не запускают каскад иммунных реакций, направленных на освобождение организма от возбудителя сибирской язвы, а «пособничают» ему, доставляя его в более безопасные для размножения ткани, но так им было предопределено естественным отбором еще в архее.

В начале 1990-х гг. установлено, что и токсины B. anthracisдействуют на организм человека опосредованно, через макрофаги. Когда у мышей удаляли макрофаги, они приобретали устойчивость к сибиреязвенному токсину (Hanna P. C. et al., 1993). Вегетативные B. anthracisсекретируют два экзотоксина. Отечный токсин является кальмодулин-зависимой аденилат-циклазой (calmodulin-dependent adenylate cyclase), увеличивающей внутриклеточные уровни циклического AMP (cAMP) при проникновении в большинство типов клеток. В месте введения токсина в ткани экспериментальных животных нарушается водный гомеостаз и появляется массивный отек. Летальный токсин (LT) представляет собой цинкметаллопротеазу (zinc metalloprotease), которая вызывает гипервоспалительное состояние макрофагов, активируя пути окислительного взрыва и высвобождая активированные кислородом интермедиаты, а также продукцию провоспалительных цитокинов, таких как фактор некроза опухолей альфа (TNF-альфа) и интерлейкин-1бета, ответственные за шок и смерть больного (Dixon T. D. et al., 1999).

Размножению B. anthracisв альвеолярных макрофагах способствует летальный токсин. Подвергнутые его воздействию макрофаги не утрачивают способности поглощать споры возбудителя сибирской язвы, однако в значительной мере теряют способность освобождаться от них (Ribot W. et al., 2006).

На первый взгляд, продуцирование B. anthracisтоксиновсвидетельствует лишь об одном зловещем предназначении этого микроорганизма — массовые убийства людей и животных на территориях, с древности называемых «проклятыми полями», другое с антропоцентристских представлений об эпидемических процессах нелогично. Но еще Ю. В. Вертиев (1996) обратил внимание на сходство структуры и механизма действия бактериальных токсинов, интерферонов, бактериоцинов и гормонов. Эти вещества синтезируются одним типом клеток, в то время как воздействуют на другие типы клеток в чрезвычайно низкой концентрации (10^-11-10^-14 М). Они обладают сходной молекулярной организацией — состоят как минимум из двух функционально и структурно различных белков: энзиматического и рецепторного; имеют сходные звенья молекулярного механизма действия (связывание с рецепторами, активация, транслокация внутрь клетки и модификация клеточных мишеней); обладают сходной кинетикой биологического эффекта — одноударный эффект; и, наконец, все эти вещества в определенных дозах токсичны.

Если предположить, что способность бактерий синтезировать токсины закрепляло какую-то неизвестную сегодня сигнальную функцию в образуемом ими биоценозе, то понятен и двухкомпонентный состав, и одноударность их действия (по бинарным токсинам бацилл см. обзорную работу Barth H. et al., 2004). Преимущество такой структуры для передачи сигналов заключается в том, что при ее распространении из центра сигнал не ослабляется на большом расстоянии. Если бы передача сигнала осуществлялась структурами, не способными к лиганд-специфическому взаимодействию, то сигнал ослабевал бы по мере диффузии сигнальных молекул. Отсюда, как следствие, способность воздействовать на другие типы клеток в чрезвычайно низких концентрациях. Применительно к почвенным свободноживущим амебам такое действие должно заключаться в блокировании каких-то их защитных функций, облегчающих микроорганизму проникновение в эти организмы и последующее размножение. Выброс почвенными фагоцитирующими клетками хемокинов — это сигнал о помощи, адресованный другим простейшим, своего рода призыв двигаться к месту нападения «на своих». У многоклеточных организмов это свойство хемокинов используется для направленной миграции лейкоцитов в очаг воспаления (см. подглаву 2.2 «Реликтовая иммунная система человека»).

Возбудители бруцеллеза. Виды Brucella (B. melitensis, B. suis, abortus, B. canis) являются опасными патогенами сельскохозяйственных животных и человека и рассматриватся учеными в качестве потенциальных агентов биологического оружия. Об экологии бруцелл известно еще меньше, чем об экологии возбудителя сибирской язвы. Считается, что бруцеллез является исключительно зоонозной инфекцией. Имеются экспериментальные данные, свидетельствующие о значительной устойчивости бруцелл во внешней среде (Шувалова Е. П. с соавт., 2001; Таршис М. Г., Черкасский Б. Л., 1997).

О взаимоотношениях бруцелл с простейшими, естественно, ничего неизвестно, однако их взаимоотношения с макрофагами изучены весьма обстоятельно и, что весьма важно для достижения цели нашей работы, они между ними складываются совсем иначе, чем у B. anthracis.

Бруцеллы обитают в организме млекопитащих преимущественно внутри макрофагов и плацентарных трофобластов. Хронический характер вызываемых Brucella инфекций обусловлен в основном их способностью к длительному существованию в фагосомном компартменте фагоцитирующих клеток их хозяев (рис. 30).

R. M. Roop et al. (2004) называют их способность выживать и размножаться в макрофагах «потрясающей» («impressive»). Их удивляет то обстоятельство, что, хотя опсонизация специфическими IgG или активация гамма-интерфероном повышает бруцеллацидную активность культивированных макрофагов, вирулентные штаммы все же выживают в этих клетках и демонстрируют внутриклеточную репликацию. Механизм выживания бруцелл в макрофагах следующий.

Сразу после проникновения в макрофаг бруцеллы располагаются в подкисленном компартменте, который сливается с компонентами ранней стадии эндосомного обмена. Там они переживают окислительный взрыв. Поэтому нет ничего удивительного в том, что в экспериментах они весьма устойчивы к действию факторов внешней среды, хотя с ней сами непосредственно не соприкасаются. Продвижение содержащих бруцеллы вакуолей по эндосомно-лизосомному пути обмена ограничено, и вирулентные штаммы переносятся во внутриклеточный компартмент, обычно называемый репликативной фагосомой. Иногда его еще называют «бруцеллосомой». Репликативные фагосомы возникают в результате обычного клеточного процесса — постоянных взаимодействий между содержащей Brucella вакуолью и эндоплазматическим ретикулумом макрофагов хозяина. Эти репликативные фагосомы не только не сливаются с лизосомами, но и внутри их повышается рH; условия среды становятся более благоприятными для внутриклеточного существования бруцелл (рис. 31).

Недавно было продемонстрировано, что гладкий липополисахарид (ЛПС) В. abortus обладает иммуномодулирующей активностью, которая потенциально помогает бактерии в обеспечении длительного существования в макрофагах хозяина. В частности, эта молекула не разрушается фагоцитами, а переносится к их клеточной поверхности, где она образует макродомены с молекулами МНС класса II. Образование комплекса «МНС класса II — ЛПС» приводит к снижению способности инфицированного хозяина активировать специфичные к антигенам Brucella CD4⁺ Т-клетки (Forestier et al., 2000).

Отсутствие этапа слияния с лизосомами сближает репликативный цикл бруцелл с репликативным циклом легионелл (см. рис. 22), и делает его непохожим на репликативный цикл возбудителя сибирской язвы. Бруцеллы имеют совершенно иной набор генов «факторов вирулентности», чем B. anthracis. Большинство из таких идентифицированных генов необходимы не для нанесения микроорганизмом «поражения» фагоцитирующей клетке, а для физиологической адаптации к условиям среды в ее репликативной фагосоме. Например, это гены, кодирующие фермент цитохром-bd-оксидазу, имеющий высокий аффинитет к кислороду и позволяющий бруцеллам выживать в условиях окислительного стресса. Оперон bvrRS Brucella кодирует двухкомпонентную регуляторную систему, контролирующую экспрессию генов, содействующих сохранению целостности клеточной оболочки. Измененные свойства мембраны bvrRS-мутантов В. abortus делают их менее устойчивыми к кислой среде, в которой им приходится находиться в фагосомном компартменте макрофагов хозяина на ранних стадиях инфекции. Обнаружено также, что bvrRS-мутанты В. abortus неспособны достичь репликативной фагосомы (более подробно о таких «факторах вирулентности» см. в работе Roop R. M. et al., 2004).

Для нас в цикле размножения бруцелл в макрофагах важно другое — проглядывающееся многообразие отношений между прокариотами и эукариотическими одноклеточными почвенными обитателями. В отличие от B. anthracis, бруцеллы ведут эндосимбиотический образ жизни в макрофагах и, соответственно, в свободноживущих почвенных амебах, что неизбежно сказывается на клинике вызываемой ими болезни. Бруцеллез — хроническое и длительное страдание, сопровождающееся изнурительной лихорадкой. В настоящее время не существует безопасной и эффективной вакцины, которую можно использовать для предупреждения развития бруцеллеза у людей. Лечение этой болезни антибиотиками требует длительного применения их определенной комбинации. К тому же число случаев возврата болезни после завершения курса антибиотикотерапии достигает 10 % — сложившиеся в архее эндосимбиотические отношения бруцелл с фагоцитирующими клетками пока выше возможностей человека.

Возбудитель туляремии. Экспериментально установлена способность возбудителя этой болезни, F. tularensis, поддерживаться в почвенных простейших A. castellanii (см. рис. 25) и макрофагах (рис. 32).

^{А. F. novicida в пределах фагоцитирующей везикулы. Черная полоса соответствует 0.5 мк. Б. Детали фагоцитирующей везикулы, содержащей F. noivicida в пределах макрофага. Характерны небольшие везикулы в пределах крупной везикулы и небольшие светлые везикулы, ассоциированные с наружной поверхностью везикулы (стрелки). Черная полоса соответствует 0.25 мк. В. Фагоцитирующая везикула макрофага, содержащая F. tularensis LVS. Черная полоса соответствует 0.25 мк. Г. Детали фагоцитирующей везикулы, содержащей F. tularensis LVS. Характерным является то, что периплазматическое пространство и наружную мембрану можно различить, так как мембрана ограничена фагоцитирующей везикулой. Черная полоса соответствует 0.25 мк. Везикулы содержат бесформенный или электронно-яркий материал, обычно ассоциированный с содержащими бактерии везикулами. Микроорганизмы обозначены звездочкой (Antony L. et al., 1991).}

L. Antony et al. (1991) изучили рост в макрофагах грызунов F. tularensis и близкородственного микроорганизма F. novicida. Ими обнаружено, что хотя представители Francisellasp., попав в макрофаги, выживают в пределах фагосом по одинаковому механизму, не сливаясь с лизосомами (также как бруцеллы и легионеллы), но макрофаги разных видов грызунов они «различают». Так, возбудитель туляремии оказался способным расти в макрофагах мышей, крыс и морских свинок; F. novicida размножалась в макрофагах мышей и морских свинок, но не крыс. Этот феномен косвенно свидетельствует о существовании у представителей таксона Francisella разных хозяев среди одноклеточных в природных резервуарах.

Показательно и то, что F. tularensis убивает своих случайных хозяев-макрофагов точно таким же образом, как и паразиты свободноживущих амеб — размножившись, они индуцируют апоптическую гибель клетки-хозяина. В отношении макрофагов так поступают многие патогенные для человека микроорганизмы — Salmonella, Yersinia, Shigella, Legionella, Brucella. Правда, у каждого из них свой сценарий апоптоза, зависящий от их жизненного цикла в фагоцитирующих клетках (Xin-He Lai et al., 2001; Fernandez-Prada C. V., 2003).

Возбудитель чумы. До обнаружения ВИЧ, по своей способности вызывать катастрофические эпидемии он не знал равных. Относится к потенциальным агентам биологического оружия и уже неудачно использовался японской армией в военных целях в годы Второй мировой войны. С конца XIX столетия считается, что возбудитель чумы поддерживается в природе среди грызунов. У отдельных ученых подозрения о сапронозном существовании Yersiniapestisпоявились гораздо раньше, еще тогда, когда не только не существовало этого термина, но и сам возбудитель чумы не был открыт. Возможность поддержания возбудителя чумы среди простейших показана в 1991 г. (см. подглаву 2.1 «Простейшие и их паразиты» и нашу книгу: Супотницкий М. В., Супотницкая Н. С., 2006).

Экспериментальные доказательства того, что Y. pestis проникает в организм человека, затем выживает, размножается и распространяется по органам и тканям с помощью макрофагов, получены почти 50 лет назад (Cavanaugh D. C., Randall R., 1959). Везикулы, содержащие Y. pestis, обычно обнаруживают в фаголизосомах (рис. 33).

^{Снимки сделаны на поздней стадии инфекции. Вокруг внутриклеточно расположенных Y. pestis (Y) всегда находится мембрана (М). На изображениях В и С показаны крошечные везикулы (V), часто ассоциирующиеся с бактериями внутри мембраны. Черная полоса соответствует 0,1 мк (Straley S., Harmon P., 1984).}

Показано, что продолжительность существования Y. pestis в пределах макрофагов во время инфекционного процесса зависит от природы хозяина и инфицированных тканей. До 80 % фагосом перитонеальных макрофагов, населенных Y. pestis, сливаются с лизосомами в течение ближайших 2,5 ч после инфицирования, процесс заканчивается в течение 8 ч. Но за это время возбудитель чумы формирует вместительную вакуоль и успевает размножиться (Grabenstein J. et al., 2006). Следовательно, в патогенезе чумной инфекции проявляется эволюционно закрепленная за Y. pestis способность к паразитическому существованию среди почвенных простейших, когда микроорганизм не вступает в эндосимбиотические отношения со своим хозяином. Но мир простейших очень сложен и разнообразен. Возможно, что среди одних простейших возбудителю чумы удается существовать как эндосимбионту, среди других, ставших эволюционными предшественниками макрофагов, он размножается как паразит. Экспериментально это пока никак не подтверждено, но такие альтернативы в существовании Y. pestis могут объяснить как некоторые особенности чумных эпидемий, так и клиники самой болезни.

Для эпидемий чумы, воспринимаемых современниками как катастрофические (пандемия «черной смерти» в 1346–1351 гг., вспышки чумы в Лондоне в 1665 г., в Марселе в 1721 г., в Москве в 1771 г. и др.), характерны:

1) постепенное распространение болезни по территории;

и 2) цикличность эпидемического процесса.

Первые случаи болезни вызываются маловирулентными возбудителями, сотни людей ходят с бубонами, но смертность среди них невысока. Затем вирулентность Y. pestisповышается, смертность среди людей нарастает, бубоны «затвердевают», болезнь проявляет себя в крайне тяжелых формах, по восприятию современников чума на этой стадии эпидемического цикла не поддается лечению, но, достигнув определенного пика, эпидемия резко идет на убыль. Болезнь вновь проявляется в относительно легкой форме. Врачи получают возможность сообщать о своих успехах в лечении чумы с помощью порошка из крабьего глаза, «уксуса четырех разбойников» или просто выжигая бубон раскаленной кочергой.

Первую особенность эпидемий чумы можно объяснить проникновением Y. pestisиз экосистем «простейшие-Y. pestis», в которых она существует как эндосимбионт; в простейшие, где она размножается как паразит. Если количество таких простейших в среде, окружающей экосистему «простейшие-Y. pestis», по каким-то причинам достигло неизвестной нам критической массы, то Y. pestis попадает в окружающую среду (в почву). Корнями трубчатых растений бактерия «выносится» на поверхность во все возрастающих количествах. Стебли этих растений поедают грызуны и инфицируются Y. pestis. Далее через эктопаразитов инфицировавшихся грызунов возбудитель чумы проникает в дома людей и вызывает среди них вспышку чумы.

Вторая особенность эпидемий чумы заключается в постепенном нарастании вирулентности Y. pestis (см. нашу книгу: Супотницкий М. В., Супотницкая Н. С., 2006). По аналогии с объяснением повышения вирулентности возбудителя холеры среди гидробионтов, данным Пушкаревой В. И. и Литвиным В. Ю. (см. подглаву 2.1 «Границы феномена сапронозного существования патогенных для людей микроорганизмов»), этот феномен можно объяснить клональной селекцией вирулентных штаммов Y. pestis среди простейших, в которых она ведет паразитическое существование. Снижение вирулентности Y. pestisвызвано как повышением резистентностисамих свободноживущих простейших, так и грызунов, вовлеченных в процесс передачи этого микроорганизма людям (гибель высокочувствительных к Y. pestis грызунов и простейших, формирование иммунных к возбудителю чумы популяций грызунов и др.). Высоковирулентные штаммы возбудителя чумы сами обрывают цепочки, по которым они распространяются из активизировавшихся реликтовых очагов.

Клиника болезни у человека или грызуна, предопределяется паразитированием Y. pestis среди макрофагов. Возбудитель из места проникновения (например, места укуса чумной блохи) заносится в ближайшие лимфатические узлы, они воспаляются. Из кровеносной системы в инфицированный лимфатический узел рекрутируются другие макрофаги, так формируется бубон, заполненный останками погибших макрофагов. Размножившиеся Y. pestis поступают из лимфоузлов в кровь (септицемия); выброс разрушающимися макрофагами огромного количества лимфокинов, нехарактерного для иммунных реакций, протекающих в варианте нормы и к которым адаптирован организм, дает картину шока и помрачения сознания больных. У людей отдельных генотипов развиваются кожные (карбункулы, петехии, геморрагии) и/или легочные поражения (вторичная легочная чума). Так как процесс разрушения макрофагов протекает быстро и возбудитель чумы поступает в кровь, где он доступен действию антибиотиков, то своевременно начатая антибиотикотерапия обычно дает эффект (в отличие от антибиотикотерапии при бруцеллезе, возбудитель которого вступает в эндосимбиотические отношения с макрофагами; см. выше). Поэтому сегодня смертность при бубонной чуме составляет не более 8 %, вместо 50–80 % в эпоху «до антибиотиков».

В лимфоидных тканях при чумной инфекции происходят процессы, которые берут начало еще во времена господства на Земле одноклеточных организмов. В весьма содержательных экспериментах Marketon M. et al. (2005) было обнаружено, что в селезенке мыши при экспериментальной чумной инфекции практически не поражаются Т- и В-клетки, хотя они там представляют большинство. Зато «в полном составе» гибнут такие клетки-мишени, как макрофаги, дендритные клетки и гранулоциты/нейтрофилы. Авторы делают вывод, что Y. pestis, используя систему секреции III типа для разрушения клеток с врожденными иммунными функциями, добивается ускорения летального исхода при чуме. Невольно возникает вопрос к этим авторам, а что, Т- и В-клетки у нас не обладают иммунными функциями, раз возбудитель чумы их «не замечает»? Ведь именно Т-клетки при взаимодействии с макрофагами инициируют у них эффективное слияние фагосом, захвативших бактерии, с лизосомами, разрушающими внутриклеточные патогены и выступают «организаторами» комплексного иммунного ответа на возбудитель чумы. И именно антигенраспознающие рецепторы В-клеток запускают синтез антител, специфичных к структурам Y. pestis. К феномену отбора возбудителями опасных болезней клеток иммунной системы в качестве мишеней мы еще вернемся в главе 3.

Вирус натуральной оспы (ВНО). ВНО тысячелетиями был спутником человека, он встречал его после рождения, и нередко сразу же провожал в «последний путь», что сегодня напоминает «выбраковку» Природой отдельных особей вида Homo sapiens. Вызываемая ВНО болезнь оказалась единственной в истории эпидемий, которую с древности считали «очистительной» (см. работу Губерта В., 1896). А так как натуральная оспа до введения массовой противооспенной вакцинации поражала почти всех детей до года, то ее до начала XVIII столетия не относили к инфекционным болезням, а считали «врожденным» заболеванием, которое обязательно должно проявится у ребенка после рождения. Например, Авиценна (см. его труд «Канон врачебной науки», кн. 4) утверждал, что оспа есть результат брожения в крови человека, сходное с брожениями, которые происходят в выжатых соках плодов и приводят к тому, что их частицы отделяются одна от другой. Причиной такого борожения крови ребенка являются «остатки питательного вещества месячных женщины, образовавшегося при беременности или зародившегося после нее от мутных, нехороших яств, которые разжижают состав крови и волнуют ее».

В настоящее время натуральная оспа считается уничтоженной. Мы не нашли данных, свидетельствующих о возможности поддержания ВНО среди почвенных амеб, но его поведение среди макрофагов ничем не отличается от поведения тех микроорганизмов, для которых такая связь установлена, впрочем, судите сами.

ВНО среди людей распространяется воздушно-капельным путем. В организме человека он предварительно накапливается в альвеолярных макрофагах, затем по лимфатическим путям проникает в лимфатические узлы, где происходит его репликация, после чего ВНО обнаруживается в свободных макрофагах иммунной системы и в крови (первичная виремия). Дальнейшее его распространение происходит по лимфатической системе, и, только накопившись в фагоцитах, он в больших количествах попадает в кровоток (вторичная виремия). Даже если ВНО попадает в организм человека нехарактерным для него путем, например, через порез в коже, его накопление осуществляется фагоцитирующими клетками. Сначала он проникает в макрофаги, ими заносится в лимфатические узлы, там размножается и затем распространяется по организму (Маренникова С.С., Щелкунов С.Н., 1998) (более подробно о генерализации ВНО см. подглаве 3.1).

Микобактерии. Ежегодно в мире выявляется до 8 млн новых случаев туберкулеза среди людей (Hui Pan et al., 2005) и от 500 до 700 тыс. новых заболевших «малозаразной» болезнью — проказой (Scollard D. M. et al., 2006). Сегодня имеются веские основания считать возбудители туберкулеза (M. tuberculosis) и проказы (M. leprae) сапронозами (см. подраздел 2.1). Эти два микроорганизма, несмотря на свое таксономическое сходство, вызывают у людей разные болезни, а их распространение в человеческих популяциях проявляется разными эпидемическими процессами. Ниже мы рассмотрим элементы их прошлого сапронозного существования в инфекционном процессе. В подразделе 4.1 обратимся к механизмам, которые вовлекают эти микроорганизмы в эпидемии.

M. tuberculosis. Ежегодно в мире погибает около 2 млн больных туберкулезом (Hui Pan et al., 2005). Возбудитель болезни проникает в организм человека через альвеолы, куда он попадает в составе капелек аэрозоля. Далее возбудитель туберкулеза диссеминируется по организму посредством фагоцитирующих клеток. Прежде всего, это альвеолярные макрофаги, клетки альвеолярного эпителия II типа — пневмоциты (pneumocytes), они присутствуют в альвеолах в гораздо большем количестве, чем макрофаги, и могут попадать в желудочно-кишечный тракт человека; и дендритные клетки (Smith I., 2003). Последние в фундаментальных руководствах обычно описываются с точки зрения осуществления ими «иммунного надзора» в нелимфоидных органах и тканях, где они захватывают антигены и процессируют их в пептиды. После этого, процессированные антигены связываются с антигенпредставляющими молекулами дендритных клеток (белки классов I и II главного комплекса гистосовместимости), те представляют эти антигены цитотоксическим лимфоцитам и Т-хелперам, и «иммунный надзор» пресекает развитие инфекционного процесса (см., например, руководство М. А. Пальцева, 2004).

Возможно, эта схема работает против каких-то других микроорганизмов, но только не в отношении «старых знакомых» фагоцитирующих клеток — M. tuberculosis и M. leprae. В отличие от дифференцированных макрофагов, дендритные клетки обладают способностью к активной миграции по тканям организма и поэтому их считают важным фактором в развитии инфекционного процесса при туберкулезе и проказе (Smith I., 2003; Scollard D. M. et al., 2006).

Однако вернемся к M. tuberculosis. В легочных тканях инфицированные фагоцитирующие клетки в пределах от 2 до 6 недель вызывают клеточные иммунные ответы, проявляющиеся «наплывом» лимфоцитов и активацией и повреждением макрофагов, формирующих так называемую гранулему — казеозные очаги, окруженные фибриновой тканью. Казеозную («творожистую»; caseum = cheese) массу гранулемы формируют погибшие макрофаги (более подробно о формировании и классификации таких гранулем см. в работе Grosset J., 2003). Жизнеспособные M. tuberculosis обычно сохраняются в казеозном центре гранулемы и могут реактивироваться и инфицировать дыхательные пути, вызывая некроз бронхов и образуя полости в легочной ткани. Фиброзные изменения легочной ткани соответствуют отчаянной попытке защитных механизмов хозяина остановить инфекционный процесс путем формирования вокруг центральной зоны некроза защитного вала из коллагена, эластина и гексозаминов (Schluger N. W., 2005).

Роль альвеолярных макрофагов в этом процессе следующая. M. tuberculosis связывается с ними посредством рецепторов комплемента (CR1, CR2, CR3 и CR4), маннозных рецепторов и других поверхностных молекул, хорошо «знакомых» микобактерии из их совместного эволюционного прошлого (например, toll-like receptor 2; TLR2) (Schluger N. W., 2004). Взаимодействие бациллы с маннозным рецептором фагоцитирующей клетки происходит через поверхностный микобактериальный гликопротеин липоарабиноманн (lipoarabinomannan, LAM) (Schlesinger L. S., 1994). M. tuberculosis проникает в макрофаг посредством эндоцитирующей вакуоли — фагосомы (Smith I., 2003).

Туберкулезная палочка не имеет классических факторов вирулентности, подобных токсинам Corynebacterium diphtheriae, Escherichia coli O157:H7, Shigella dysenteriae или Vibrio cholerae, определяющих клинику болезни. Однако микобактерия ингибирует фагосомно-лизосомное слияние [phagosome — lysosome (P-L) fusion] еще в момент своего контакта с фагоцитирующей клеткой. P. Kang et al. (2005) установили, что взаимодействие липоарабиноманна микобактерии с маннозным рецептором является ключевым моментом предотвращения фагосомно-лизосомного слияния. Благодаря ему предотвращается формирование кислой среды во внутриэндосомальном пространстве и блокируется увеличение концентрации Ca²⁺ в цитозоле макрофага. Так как увеличение концентрации Ca²⁺ стимулирует другие защитные реакции клетки-хозяина на инфекцию, например, такие как «респираторный взрыв», продукция NO и цитокинов, то блокирование этой реакции помогает M. tuberculosis избежать срабатывания защитных механизмов хозяина не только на уровне макрофага, но иммунной системы в целом. Такая «выносливость» туберкулезной бациллы в ранней эндосоме уменьшает экспрессию белка главного комплекса гистосовместимости II типа на поверхности макрофага и презентацию антигенов M. tuberculosis Т-хелперам, что приводит к длительному персистированию этого микроорганизма среди клеток реликтовой иммунной системы (объяснение термина «клетки реликтовой иммунной системы» приведено в подглаве 2.3). Детально механизм, посредством которого патогенные микобактерии предотвращают созревание фагосомы, не изучен (Smith I., 2003). Однако микобактерии могут существовать в фагоцитирующих клетках в больших количества и это никак не отражается на прогрессировании болезни (Kaushal D. et al., 2002). Неконтролируемый рост M. tuberculosis, начинающийся обычно из сайта инфекции, приводит к обширным разрушениям легочной ткани и гибели пациента из-за кислородной недостаточности и легочного кровотечения. Неблагоприятный исход болезни может быть связан с облитерацией легочной паренхимы из-за хронической кислородной недостаточности, с обструкцией бронхо-альвеолярной проходимости в результате гранулематозного роста и по другим причинами (Шебанов Ф.В., 1964). Их мы рассмотрим в подразделе 4.1.

M. leprae — возбудитель «малозаразной» инфекционной болезни — проказы (другое название — лепра). «Малозаразной» она считается с позиций контагионистических представлений, предполагающих, что источником возбудителя болезни является больной человек, но эпидемические цепочки между случаями заражения людей удается проследить далеко не всегда. Общее количество таких больных в мире в 1988 г. приближалось к 11 млн, из них 62 % приходилось на Азию, 34 % на Африку (Hastings R. еt al., 1988). В начале этого столетия, по данным ВОЗ, их насчитывалось уже 15 млн человек (Шувалова Е.П. с соавт., 2001). Сами механизмы заражения человека M. leprae далеко не так очевидны, как казалось еще несколько лет тому назад. Например, A. Hagge et al. (2004) и D. M. Scollard et al. (2006) вообще предпочли не давать их конкретного объяснения, указав на то, что механизмы трансмиссии возбудителя проказы между людьми неизвестны. Неизвестны так же инфицирующая доза возбудителя болезни, точное количество инфицированных M. leprae людей, так как до появления первых клинических признаков болезни нет возможноcти установить сам факт их инфицирования; а соответственно нет полной ясности и по границам эндемичных по проказе регионов мира.

Таксономическое сходство M. leprae с M. tuberculosis свидетельствует об удивительном многообразии взаимоотношений в мире микроорганизмов. Геном M. leprae не превышает 3.3 Mb (миллионов оснований), тогда как у M. tuberculosis он достигает 4.4 Mb. У возбудителя проказы снижено соотношение содержания G+C (58 % у M. leprae, против 66 % у M. tuberculosis). И главное, M. leprae содержит только 1614 открытых рамок считывания генов и 1133 псевдогенов, в отличие от 3993 функционирующих генов и 6 псевдогенов, имеющихся у M. tuberculosis. Массив функционирующих генов M. leprae почти на 50 % меньший, чем у M. tuberculosis, у которой около 90 % генома представлены функционирующими генами. Такое упрощение генома M. leprae проявляется элиминированием целых метаболических путей. У возбудителя лепры вырождена защита от токсических радикалов, отдельные гены, определяющие механизмы функционирования детоксикации, являются псевдогенами, ни один из дополнительных 142 генов, найденных только у M. leprae, не связан с метаболическими путями. M. leprae не способна поглощать железо из окружающей среды (см. http://www.leprosy-ila.org/Mycobacterium.html). Ее до сих пор не научились культивировать на искусственных питательных средах.

Дегенеративность генома M. leprae сказывается на скорости ее размножения в клетках человека. Ее удвоение в макрофаге требует от 10 до 20 суток. У M. tuberculosis этот процесс занимает не более 20 ч, E. coli в жидкой искусственной питательной среде делится за 20 мин (Bjune G. et al., 1983). Сравнение геномов возбудителей туберкулеза и проказы показывает более глубокую специализацию M. leprae к пока еще неизвестному природному резервуару среди простейших, чем это можно ожидать для M. tuberculosis.

Более 95 % людей устойчивы к проказе. M. leprae проникает в организм человека через повреждения кожных покровов или поверхность слизистых оболочек. В большинстве случаев внедрившиеся бациллы погибают и не вызывают болезни у человека. Однако в отдельных случаях, которые мы детально рассмотрим в подразделе 4.1, развивается латентная лепра, которая может переходить в ту или иную клиническую и иммуногистопатологическую форму болезни (лепроматозная, туберкулоидная и недифференцированная) в зависимости от характера иммунной реакции организма человека на возбудитель болезни. Лепроматозная лепра (lepromatous leprosy, LL) развивается тогда, когда иммунный ответ проявляется Th2-типом цитокинового профиля с плохо выраженным клеточным иммунитетом. На противоположном конце спектра иммунных ответов находится туберкулоидная лепра (tuberculoid leprosy, TT) с выраженным клеточным иммунным ответом и Th1-типом цитокинового профиля. Между этими двумя полярными формами лепры располагаются различные смешанные варианты ее течения (Hagge A. et al., 2004).

Для специфической гранулемы лепроматозного типа характерно наличие крупных «лепрозных клеток» (клеток Вирхова) с вакуолизированной протоплазмой и массой заключенных в них M. leprae. Кроме того, в состав гранулемы входят лимфоциты, плазматические клетки, фибробласты и изредка тучные и гигантские клетки. Между инфильтратом и нижней границей эпидермиса обычно остается узкая полоска неизмененной соединительной ткани. В период обострения болезни (лепроматозная реакция) присоединяются сосудистые изменения, гнойно-фибриноидная экссудация, затем расплавление с участием эозинофилов и лейкоцитов. Гранулема туберкулоидной проказы типична, но не специфична. Она состоит из эпителиоидных клеток с примесью гигантских и окружена лимфоцитарным валом. Около сильно измененных нервных веточек встречаются единичные бациллы M. leprae. В фазе обострения (туберкулоидная реакция) кровеносные сосуды расширены, наблюдается интерстициальный отек, в центре гранулемы — фибиноидный некроз и скопление лимфоцитов. Поражения недифференцированного типа состоят из лимфоцитов и небольшого количества гистиоцитов и фибробластов. Инфильтрат располагается преимущественно периневрально. Нервные клетки подвергаются восходящим дегенеративным и деструктивным изменениям. Бациллы M. leprae обнаруживаются не всегда, и их, как правило, мало (Торсуев Н. А., 1964).

Как и M. tuberculosis, M. leprae паразитирует в фагоцитирующих клетках и способна подавлять их взаимодействие с Т-хелперами (подробнее об иммунных реакциях на возбудитель проказы см. в работе D. M. Scollard et al., 2006). В основном это дендритные клетки, макрофаги и Шванновские клетки нервной ткани. M. leprae распространяется по тканям преимущественно дендритными клетками. Макрофаги являются основным хозяином M. leprae в организме человека. С поверхностью макрофагов человека возбудитель проказы связывается посредством рецепторов тех же типов, что и M. tuberculosis: маннозных (C-type lectin receptors, CD206), Toll-подобных и рецепторов комплемента (CR1 и CR3 на поверхности моноцитов; и CR1, CR3, и CR4 на поверхности макрофагов). Также им блокируется слияние фагосомы с лизосомой, «респираторный взрыв», продукция NO и цитокинов, что позволяет M. leprae избежать быстрой гибели в фагосоме (Scollard D. M. et al., 2006).

Макрофаг не убивает M. leprae, и если Т-специфический иммунитет активируется, как это имеет место у больных с лепроматозной формой болезни, макрофаги остаются неактивированными, и размножение бацилл в них продолжается (см. выше). Затем макрофаг разрывается, и M. leprae инфицирует новые макрофаги, «собравшиеся» в участок поражения (Hagge A. et al., 2004). В одном макрофаге можно насчитать 100 и более лепрозных бацилл, но это не сказывается на его жизнеспособности. В условиях in vitro при температуре 33⁰ С макрофаг может поддерживать M. leprae неделями (Scollard D. M. et al., 2006). Это предпочтительная для возбудителя проказы температура тканей человека, поэтому лепрозные поражения в основном располагаются в холодных участках поверхности кожи (Sasaki S. et al., 2001). Лепроматозный участок кожи может содержать до 10¹⁰ бацилл M. leprae на грамм ткани (Hastings R. et al., 1988).

Шванновские клетки (леммоциты) представляют собой клетки нервной ткани, образующие оболочки длинных отростков нервных клеток (аксонов) в периферических нервах и ганглиях. Филогенетически это очень древняя ткань — подобная оболочка окружает периферические нервы моллюсков и червей. Шванновские клетки похожи на простейшие организмы, они имеют реснички и способны к волнообразным движениям. В отношении отростков нервных клеток они выполняют опорную функцию. Через вещество шванновских клеток или на их стыке в отросток нервной клетки проникают метаболиты.

M. leprae проникает в шванновскую клетку путем взаимодействия с G-доменом альфа2-цепи ламинина (laminin 2) и вызывает поражения нервной системы на поздней стадии болезни (Rambukkana A. et al., 1998). Взаимодействие происходит за счет двух адгезинов клеточной стенки микобактерии — фенольного гликолипида (phenolic glycolipid-1, PGL-1) и LBP21, гистоноподобного протеина, закодированного у M. leprae геном ML1683 (Barker L., 2006). А дальше уже сама M. leprae начинает наращивать свою экологическую нишу, как это она делает в своем первичном природном резервуаре. Установлено, что путем индукции циклина D1 (сyclin D1) и p21, двух ключевых регуляторов G1-фазы клеточного цикла, внутриклеточная M. leprae вызывает размножение немиелинизированных (non-myelinated) Шванновских клеток (Tapinos N., Rambukkana A., 2005) — механизм, который никак не может сформироваться в результате коэволюции M. leprae и Homo sapiens.

Ретровирусы. ВИЧ-инфекция проявляется очевидной патологией — нарушением функционирования иммунной системы. Поэтому с самого начала изучения этой проблемы интерес у ученых вызывали только те феномены, которые имеют отношение к взаимодействию вируса с клетками иммунной системы человека и их последствиям. Такая позиция понятна, если воспринимать события, происходящие с участием иммунной системы человека, во-первых, в его, человека, ощущении времени; во-вторых, если считать наши представления об иммунной системе законченными, нуждающимися лишь в мелких дополнения. А чтобы эта позиция стала еще прочнее, надо просто не учитывать то обстоятельство, что ВИЧ в принципе не может научиться управлять иммунной системой человека, так как у них обоих нет возможности для совместной эволюции и «учебы». ВИЧ, если он вызывает инфекционный процесс у хозяина, то уже не оставляет после себя живых и чему-то «научившихся» (коэволюционировавших) особей.

Роль тканевых макрофагов в патогенезе ВИЧ-инфекции также оказалась очень не похожей на ту, которую им положено играть в иммунном ответе на возбудитель инфекционной болезни, придерживаясь учебников по иммунологии. Было установлено, что они не только не «переваривают» ВИЧ, но и «перетаскивают» его в лимфатические узлы и ткани мозга (Koening S. et al., 1986; Kaul M. et al., 2005; Trujillo R. et al., 2007) (рис. 34).

^{ВИЧ проникает в ЦНС с макрофагами. Клетки макрофагальных линий составляют большинство из ВИЧ-1-инфицированных клеток мозга, которые формируют многоядерные гигантские клетки, гистопатологический признак продуктивной ВИЧ-1 инфекции в мозге. Инфицированные макрофаги (MF)/микроглия высвобождают различные нейротоксические субстанции. MMPs (matrix metalloproteinases) — матриксметаллопротеазы. Более подробно о механизмах повреждения мозга при ВИЧ-инфекции см. в работе Kaul M. et al., 2005.}

Еще макрофаги играют резервуарную роль для ВИЧ, делая его недоступным ни для средств антиретровирусной терапии, ни для специфических антител (Orenstein J. M. et al., 1997). Но этим «странности» во взаимоотношениях ВИЧ с фагоцитирующими клетками человека не кончаются, они плавно переходят в пробелы в представлениях об эволюции нашего вида (см. подглаву 2.3).

Выше на конкретных примерах показана способность фагоцитирующих клеток человека и почвенных простейших взаимодействовать с микроорганизмами и друг с другом посредством одних и тех же рецепторов — маннозных (mannose receptor, MR) (см. подглаву 2.1 «Простейшие и их паразиты»). Но и ВИЧ демонстрирует этот же путь проникновения в фагоцитирующие клетки человека. После проникновения ВИЧ в макрофаги посредством маннозного рецептора, его дальнейшая судьба напоминает судьбу представителей Brucella sp. — он становится внутриклеточным эндосимбионтом. Такая возможность у ВИЧ существует благодаря его поверхностному гликопротеину gp 120, лишь наполовину представляющему собой белковую молекулу. Оставшуюся половину составляют гликозилированные карбонгидратные группы. Функциональное значение этих остатков сахаров было продемонстрировано через исследование исключительной плотности гликозилирования оболочки HIV-1, предотвращающей связывание и нейтрализацию вируса антителами, но не связывание с маннозными рецепторами макрофагов (Wei X. et al., 2003).

R. Trujillo et al. (2007) установили, что избирательность ВИЧ-1 по отношению к специфическим типам клеток является регулируемой посредством взаимодействия между вирусной оболочкой и клеточными рецепторами. Когда ВИЧ проникает в клетку посредством CD4 и других хемокиновых рецепторов, специфически взаимодействующих с gp120 оболочки вируса, то его «поведение» в клетке становится другим — он начинает реплицироваться, активно используя ресурсы клетки, т. е. «превращается» в паразита (рис. 35).

^{Неинфекционный путь HIV-1 — в присутствии MR (правая схема), богатые маннозой карбонгидраты gp120 инициируют проникновение вируса в макрофаг. Этот путь проявляет себя презентацией антигенов вируса через CD1b-антиген, и индуцирует клеточный иммунитет. Инфекционный путь HIV-1 (левая схема) регулируется через протеин/протеиновое взаимодействие между gp120 ВИЧ-1 и клеточными белковыми рецепторами, сгруппированными с корецепторами. MR — маннозный рецептор (Trujillo R. et al., 2007).}

Аналогично Plasmodium (P. knowlesi и P. vivax) ВИЧ использует рецепторы хемокинов, известные как DARC (рецептор хемокина, связанный с антигеном Даффи). DARC экспрессируется эритроцитами, капиллярными эндотелиальными клетками, эпителиальными клетками собирательных почечных трубочек, легочными альвеолами и мозжечковыми клетками Пуркинье (Pogo A. O., Chaudhuri A., 2000), что позволяет эритроцитам действовать как ретровирусный резервуар (Lachgar A. et al., 1998). Любопытно то, что этот рецептор очень древний, так как он взаимодействует с хемокинами C–X-C и C–C подклассов (Lachgar A. et al., 1998), чья эволюционная история начинается в архее (см. подглаву 2.3).

ВИЧ имеет собственный белок, вызывающий хемотаксическую активность моноцитов человека — Nef. Ранее он был известен как фактор, способствующий прогрессированию СПИДа. Но M. H. Lehmann et al. (2006) уточнили механизм его действия. Они установили, что внеклеточный Nef дозозависимо увеличивает миграцию моноцитов; благодаря этому механизму ВИЧ распространяется по организму человека.

Ретровирусы в лабораторных условиях легко инфицируют модельных животных через дыхательные пути. В естественных условиях такой путь передачи не только им не нужен, но и противоречит их стратегии паразитизма (см. подглаву 3.3). Эти результаты можно объяснить по аналогии с вышеприведенными данными следующим образом. ВИЧ легко проникает в альвеолярные макрофаги модельных животных потому, что он уже хорошо знаком с их эволюционными предшественниками — свободноживущими амебами почв.

В пользу последнего предположения также свидетельствуют:

1) многократное инфицирование приматов на протяжении их эволюционной истории ретровирусами одного семействе (см. подглаву 1.3);

2) наличие в геноме отдельных «молодых» видов млекопитающих «древних» ретровирусов приматов.

Например, получены доказательства, по крайней мере, двух «взрывов» распространения ERV–L по геному мышей, но не крыс, имевших место менее чем 10 млн лет назад. Однако в геноме приматов ERV–L «обосновались» не менее чем 45 млн лет назад (Benit L. et al., 1999). Естественно, что мыши не могут быть эволюционной ветвью приматов и инфицировались они ERV–L уже после дивергенции их предкового вида на крыс и мышей. Поэтому объяснить наличие в их геноме копий этих ретровирусов от какого-то общего предка грызунов, а не от источника «вне вида», поддерживающего эти ретровирусы в экзогенном состоянии миллионы лет, весьма затруднительно.

Ни один из перечисленных в подглаве микроорганизмов, включая ВИЧ, не нуждается для своего поддержания в природе в существовании человека как биологического вида. Поэтому не может быть и речи об их совместной эволюции. Даже те механизмы их взаимодействия, которые производят впечатление «хорошо пригнанных» друг к другу, «пригонялись» в тот период геологического времени, когда в природе господствовали простейшие-эукариоты и прокариотические организмы. ВИЧ взаимодействует с фагоцитирующими клетками человека с использованием тех же механизмов, что и другие паразиты свободноживущих простейших. В то же время поддержание экзогенных ретровирусов клетками реликтовой иммунной системы многоклеточных организмов проявляется другим процессом, эволюционным. Мы рассмотрим его ниже.

2.3. Архейские предки иммунной системы человека

Локус генов Rag1/2. Суперсемейство иммуноглобулинов (Ig-SF). Реликтовая иммунная система человека. «Сборка» многоклеточных организмов. Третий акт творения — «кембрийский взрыв». Торможение эволюции. Гуморальная и клеточная иммунные системы. Белки AID/APOBEC. TRIM5альфа.

Обычно в монографиях, описывающих функционирование иммунной системы человека (см., например, обстоятельную работу Белоцкого С. М. и Авталиона З. З., 2006), ее организация представляется законченной и продуманной схемой, в соответствии с которой все ее звенья дружно противостоят враждебному проникновению опасных микроорганизмов. Общепринятое понимание функционирования иммунной системы иммунологами предполагает исключительно дословное толкование латинского термина immunitas — невосприимчивость организма по отношению к возбудителям заразных болезней. Подразумевается, что где инфекция, там и иммунитет. Отсюда следует убеждение многих ученых в том, что иммунная система человека борется с ВИЧ-инфекцией, и надо только ей помочь в этой борьбе, однако практически сделать это не удается. Для понимания причин этих неудач нам надо заглянуть в прошлое нашей иммунной системы.

Локус генов Rag1/2. Это гены ферментов, являющихся ключевыми участниками V(D)J-рекомбинации (см. Словарь терминов). Традиционно считается, что гуморальная иммунная система, в основе которой лежит V(D)J-рекомбинация, — эволюционное приобретение позвоночных (см. у Купера Э., 1980). Может быть, так оно и есть на самом деле, но вот сам локус генов Rag1/2 имеет гораздо более древнее происхождение, чем позвоночные, и в эволюционный период «до позвоночных» он играл роль рекомбиназы ретровирусов (Fugmann S. D. et al., 2006).

Обнаружено значительное структурное сходство между RAG-белками и белками, принадлежащими к суперсемейству интеграз ретровирусов. Для них установлены общие механизмы рассечения цепей ДНК (одноцепочечный разрыв через гидролиз и перенос нити через трансэстерификацию); потребность в дивалентных ионах металлов (Mg²⁺ или Mn²⁺); способность использовать альтернативные нуклеофилы, такие как алкоголь; образование шпилек ДНК; и способность к обратной реакции (disintegration) (Polard P., Chandler M., 1995; Landree M. A. et al., 1999).

Суперсемейство иммуноглобулинов (Ig-SF). Это огромное семейство белков адгезии, название которого более известно по названию одного из факторов иммунной системы позвоночных — иммуноглобулиновых антител, эволюционно появившихся в этом семействе последними. Основными критериями включения белков в суперсемейство являются определенная пространственная организация молекул и статистически достоверная гомология с известными иммуноглобулинами. Каждый домен, входящий в состав иммуноглобулина, представляет собой двухслойное молекулярное образование, построенное по принципу нескольких антипараллельных бета-структур, стабилизированных связями — S — S—. Так образуется молекулярная конформационная структура, свойственная только членам суперсемейства иммуноглобулинов. В англоязычной литературе она получила обозначение Ig-fold (иммуноглобулиновая складчатость) (рис. 36).

^{А. диаграмма кристаллографического анализа V-домена тяжелой цепи миеломного белка New человека, демонстрирующая характер двухслойной складчатости типа Ig-fold данного домена. Б. схема связи между бета-структурными слоями и альфа-спиральными положениям Ig-fold. Черные линии — гипервариабельные участки (рисунок из книги Галактионова В. Г., 2005).}

В аспекте понимания происхождения самих белков Ig-SF любопытно то, что и они не являются оригинальными структурами, появившимися исключительно для осуществления разнообразных механизмов клеточной адгезии. Да и появиться «ниоткуда» они не могли, природа экономна в том, что касается базовых структур поддержания живой материи. Их происхождение уходит к очень древним белкам адгезии — гистонам, осуществляющим управление работой генов и стабилизирующим вторичную структуру ДНК и хроматина (см. подглаву 1.1). Гистоны управляют скоростью V(D)J-рекомбинации у индивидуума (Espinoza C., Feeney A., 2005). Но Ig-SF в «гистоновом мире» играет более древнюю роль, чем сами гистоны — роль шаперонов, т. е. структур, поддерживающих конформацию эгистонов и определяющих характер гистон/гистонового взаимодействия (рис. 37).

^{А. Общая структура шаперона Asf1N, связывающего гистоновые белки H3альфа3. 1 — Asf1N, связывающийся со спиралью H3альфа3; 2 — бета-цепи (обозначены посредством номенклатуры, принятой для переключающегося типа Ig-подобной складчатости; switched-type Ig-like folds).Б. Структурные детали взаимодействия шаперона Asf1N с гистоновыми белками. 1 — Asf1N; 2 — гистоновые белки H3альфа3. Ван-дер-Вальсовые взаимодействия показаны полукружиями. Ионное спаривание и взаимодействие за счет образования водородных связей показаны пунктирными линиями (по Antczak A. J. et al., 2006).}

Следовательно, конформационная структуратипаIg-fold берет свое начало еще в эпоху протоклеточных образований, когда каждый домен гистонового белка образовывался в результате ретротранспозиционной активности первых ретроэлементов. Сформировавшиеся на основе структур типа Ig-fold гидрофобные белки оказались востребованными эволюцией как строительный материал многоклеточности. Посредством дупликаций и перестановок генов, кодирующих Ig-fold, сформировалось суперсемейство иммуноглобулинов.

Сегодня к этому семейству относятся молекулы Т-клеточного антигенраспознающего комплекса, молекулы I и II классов МНС, корецепторы Т-клеток CD4 и CD8, однодоменные белки — Thy-1, b₂-м, Р₀, различные адгезины и рецепторные молекулы, способствующие контактному взаимодействию иммунокомпетентных клеток или адсорбции различных классов иммуноглобулинов на клеточной поверхности. На лимфоидных клетках одна треть поверхностных молекул — это члены суперсемейства иммуноглобулинов (Галактионов В. Г., 2005).

Наиболее древними в этом суперсемействе являются белки Р₀ и Thy-1, так как они представляют собой однодоменные белки, не связанные на клеточной поверхности с какими-либо другими. При этом ген, контролирующий синтез Р₀, имеет в средней части интрон. Данное обстоятельство, по мнению В. Г. Галактионова (2005), позволяет предположить его происхождение от гена для полудоменного пептида, составляющего один из бета-структурных слоев в современных доменах IgSF. В результате тандемной дупликации гена для наиболее раннего полудоменного предшественника сформировался Р₀-подобный белок. Прошедшая делеция интронной части гена Р₀ обеспечила возникновение гена-предшественника для антигена Thy-1. Это событие произошло не менее 2 млрд лет назад. Полипептиды, серологически родственные белку Thy-1 млекопитающих, обнаружены у одноклеточных эукариот и прокариот, дождевых червей, головоногих и брюхоногих моллюсков, рептилий, рыб, птиц. О генной организации и распространенности других членов Ig-SF можно прочитать в книге В. Г. Галактионова (2005), мы же пока остановимся на антигене Thy-1. Его функциональное предназначение точно не определено. Крайне раннее его появление в филогенезе связано с процессом возникновения многоклеточных организмов, когда он выступал в качестве одного из поверхностных молекулярных факторов межклеточной адгезии, используя механизм гомофильного межклеточного взаимодействия, т. е. контактного взаимодействия «своего» со «своим» (Barclay A. N., 1999).

Реликтовая иммунная система человека. В подглаве 2.1 («Простейшие и их паразиты») мы привели экспериментальные данные S. Blazquez et al. (2006), показывающие существование ответных реакций у амеб на фактор некроза опухолей (TNF), интерлейкин-1бета (IL-1бета), интерлейкин-8 (IL-8) и циклооксигеназу-2, аналогичные таковым у нейтрофилов и макрофагов многоклеточных организмов. Следовательно, не только эти хемокины и цитокины стали «средством общения» между эукариотами-простейшими задолго до появления нейтрофилов и макрофагов как клеток иммунной системы позвоночных организмов, но и рецепторы, посредством которых осуществлялось взаимодействие простейших. Эти же рецепторы за миллиарды лет совместной эволюции научились использовать внутриклеточные прокариотические паразиты простейших. В ходе эволюции многоклеточных форм жизни они были унаследованы «все пакетом».

Хемокины. Даже сам термин «хемокин» был применен к этим молекулам, поскольку считали, что их основная биологическая активность является хемотаксической, т. е., направляющей движение клеток по градиентам концентрации хемокинов во время воспалительных реакций. Хотя хемокины представляют только один класс многих типов известных хемотактинов (chemotactins), включающих широкий молекулярный спектр веществ от липидов до нуклеотидов, они выгодно отличаются от остальных благодаря своей молекулярной стабильности и специфичности клеток-мишеней. Любопытно и то, что хемокины представляют собой гомологичное суперсемейство сравнительно небольших белков от 8 до 17 кДа, появившееся в результате дупликации и модификации одного анцестрального гена (Chensue S. W., 2001).

Сравнительный анализ аминокислотных последовательностей млекопитающих и примитивных позвоночных показывает, что группы СХС и СС хемокинов разошлись от предкового гена еще до появления самих позвоночных (Najakshin A. M. et al., 1999) (рис. 38).

^{Суперсемейство хемокинов делится на подклассы (подсемейства) на основе расположения цистеиновых остатков, локализованных в N-терминальной области этих молекул. Подклассы обозначены как С, СС, СХС и СХХХС, где С означает количество цистеиновых остатков в N-терминальной области, а Х представляет количество лежащих между ними аминокислот. Подсемейство СХС разделяется иногда еще на типы ELR и non-ELR на основании присутствия или отсутствия последовательности из трех аминокислот (Глу-Лей-Арг), которая предшествует первому цистеиновому аминокислотному остатку первичной структуры этих хемокинов. Присутствие последовательности сообщает ангиогенную функцию этому типу хемокинов, тогда как ELR-отрицательные хемокины обнаруживают ангиостатические свойства. Все основные подсемейства хемокинов сформировались еще до появления позвоночных животных (Najakshin A. M. et al., 1999).}

Рецепторы хемокинов. Впервые они были описаны на «опережающем объекте» таких исследований, на лейкоцитах. Впоследствии рецепторы хемокинов обнаружены на эндодермальных, мезенхимных, эктодермальных и нейроэктодермальных клетках многоклеточных организмов. Однако если сопоставить данные, приведенные на рис. 38, с данными, обобщенными в табл. 9, то следует сделать вывод, что основные подсемейства лимфокинов, взаимодействующих с клетками современных позвоночных, и соответственно их рецепторы существовали еще до сформирования этого таксона, и при определенной настойчивости их всех можно найти и у простейших. Работа S. Blazquez et al. (2006) — это сигнал о «созревающем» направлении таких исследований.

_{Рецептор | Лиганды | Экспрессия | Хромосома}[13]

Подсемейство СХС

CXCR1 | IL-8, KC, MIP-2 GCP-2 | Нейтрофилы, моноциты, базофилы, тучные клетки, эндотелиальные клетки, Т-клетки, NК-клетки | 2 (Ч)

CXCR2 | IL-8, GRO-альфа, NAP-2, ENA-78 | Нейтрофилы, моноциты, базофилы, тучные клетки, эндотелиальные клетки, Т-клетки, NK-клетки, астроциты, нейроны | 2,1 (Ч,М)

CXCR3 | IP-10, MIG, I-TAC | Активированные клетки Th1 | Х (Ч,М)

CXCR4 (фузин) | SDF-1альфа | Миелоидные клетки, Т-клетки, В-клетки, эпителиальные клетки, эндотелиальные клетки, дендритные клетки | 2, 1 (Ч,М)

CXCR5 (BLR1) | BLC/BCA-1 | В-клетки | 11, 9 (Ч,М)

DARC (антиген | Duffy) | IL-8, GRO-альфа, RANTES, MCP-1, TARC | Эритроциты, эндотелиальные клетки, Т-клетки | 1 (Ч)

Подсемейство СС

CCR1 | MIP-1альфа, RANTES, MCP-3, MPIF-1, HCC-1 | Нейтрофилы, моноциты, тучные клетки, Т-клетки, В-клетки, клетки NK, астроциты, нейроны | 3,9 (Ч,М)

CCR2a, CCR2b | MCP-1, MCP-3, MCP-4 | Моноциты, Т-клетки, В-клетки, базофилы | 3,9 (Ч,М)

CCR4 | MDC, TARC | Базофилы, клетки NK, дендритные клетки, клетки Th1, клетки Th2 | 3,9 (Ч,М)

CCR3 | Эотаксин 1–3, RANTES, MCP-3, MCP-4 | Клетки Th2, эозинофилы, базофилы | 3,9 (Ч,М)

CCR5 | RANTES, MIP-1альфа, MIP-1бета | Моноциты, дендритные клетки, клетки Th1, эпителиальные клетки | 3,9 (Ч,М)

CCR6 | LARC/MIP-3альфа/Exodus | Лимфоциты, дендритные клетки | 6(Ч) | CCR7 | SLC/6Ckine/Exodus2/TCA4, | CКbeta-11/MIP-3beta/ELC | Т-клетки, В-клетки, моноциты, клетки NK, дендритные клетки | 17 (Ч)

CCR8 | 1309/mТCA3,TARC | Моноциты, клетки Th2, клетки гладкой мышцы, тимоциты | 3(Ч)

CCR9 | TECK,RANTES MIP-1альфа, | MIP-1бета | Тимоциты, дендритные клетки, активированные макрофаги | 3 (Ч)

CCR10 | CTACK/ILC | Т-клетки, фибробласты, меланоциты, клетки Лангерганса, плацентарные клетки, клетки печени | 3 (Ч)

Подсемейство XCR

ХCR (GPR5) | Лимфотактин | Т-клетки, В-клетки, клетки NK | 3 (Ч,М)

Подсемейство СХ3CR1

CX3CR1 (V28) | Fractalkine | Клетки NK, моноциты, Т-клетки | 3(Ч)

Хемокины оказывают действие на фагоцитирующие клетки единообразно — через рецепторы, связанные с гуанозиннуклеотидом-белком (guanosine nucleotide-protein-coupled receptor; GPCR). Подобно всем рецепторам, связанным с GPCR, рецепторы хемокинов имеют семь трансмембранных гидрофобных доменов с тремя внутриклеточными и тремя внеклеточными гидрофильными петлями. Потенциально гликозилированная внеклеточная аминотерминальная область участвует в связывании хемокина, тогда как внутриклеточная карбокситерминальная область участвует в связывании с белком G и подвержена регуляторному фосфорилированию. Активация рецепторов хемокинов начинается со связывания с внеклеточным лигандом, что инициирует взаимодействие с внутриклеточными покоящимися ГДФ-несущими тримерными белками G. Это приводит к обмену ГДФ на ГТФ, вызывая распад белка G на субъединицы альфа-G и бета/гамма-G. Последняя субъединица, в свою очередь, активирует такие ферменты как фосфолипаза С и фосфоинозитид-3-киназа, которые конвертируют фосфотидилинозитол-4,5-дифосфат (IP₂) в фосфотидилинозитол-1,4,5-трифосфат (IP₃) и диацилглицерин (DAG). IP₃ стимулирует приток ионов кальция, и DAG активирует изоформы протеинкиназы С (РКС). Таким образом, подготавливается внутриклеточная среда для фосфорилирования с участием ряда киназ (например, активированная митогеном протеинкиназа, протеин-трипсин-киназа) и небольших ГТФаз (например, Ras и Rho), которые в конечном счете оказывают влияние на клеточные функции, такие как адгезия, хемотаксис, дегрануляция и взрыв респираторной активности (Luttrell L. M. et al., 1997).

Белки трансдукции сигналов. Интересным аспектом биологии макрофагов было обнаружение связи их рецепторов с белками G, представляющими большой класс белков трансдукции клеточных сигналов (Locati M., Murphy P. M., 1999). Но и у этих белков эволюционная история начинается в архее. Анализ последовательностей альфа-субъединиц гетеротримерного G-белка Protozoa, проведенный D. C. New и J. T. Wong (1998), показал, что они имеют не только обширную гомологию со своими двойниками у млекопитающих, но и абсолютную гомологию последовательностей наиболее значимых функциональных регионов этих белков.

GPCR относятся к суперсемейству родственных рецепторов, участвующих в трансдукции широкого спектра внеклеточных сигнальных молекул, таких как гормоны, нейротрансмиттеры, цитокины (интерлейкины, факторы некроза опухоли и интерфероны — способны регулировать экспрессию хемокинов и наоборот), ароматизаторы, свет и др. Рецепторы хемокинов имеют длину от 320 до 380 аминокислот. Также как и сами хемокины, они обнаруживают значительную гомологию последовательностей. Всего их более тысячи, и их рассмотрение не входит в задачу этой работы (более подробно о рецепторах хемокинов см. у Chensue S. W., 2001).

Как «не по учебнику» в отношении некоторых бактерий и вирусов ведут себя мобилизованные хемокинами фагоцитирующие клетки позвоночных, мы уже кратко рассмотрели выше (см. подглаву 2.1). Но выбросы фагоцитирующими клетками хемокинов дают и другие эффекты, обычно не включаемые в однозначные схемы функционирования иммунной системы, предназначенные для студентов. Например, этиологический агент болезни Лайма, Borrelia burgdorferi, стимулирует синтез MIP-1альфа, IL-8, GRO-альфа, MCP-1 и RANTES человеческими моноцитами. Но их появление в крови в повышенных количествах не только не приводит к эффективной элиминации макрофагами бореллий из организма человека, но и вызывает повреждение его тканей и хронический артрит (Sprenger H. et al., 1997). H. Yoneyama с сотр. (1998) продемонстрировали, что внезапно и быстро развивающийся гепатит, индуцированный Propionibacterium acnes и эндотоксином, зависел от TARC — лиганда CCR4, ответственного за мобилизацию печеночных СD4⁺ Т-клеток ССR4⁺ хозяина. Мобилизация иммунных клеток ассоциировалась с печеночной недостаточностью, приводящей к летальным исходам. Здесь важно отметить и другую сторону повреждения паразитическим организмом тканей хозяина и следующего за этим летального исхода болезни — они оказываются совершенно бессмысленными для поддержания в природе самого паразита.

Нет необходимости приводить такие наблюдения дальше. Их более чем достаточно, что бы усомниться в «разумном устройстве» (с точки зрения человека, конечно) организации нашей иммунной системы на уровне взаимодействия фагоцитирующих клеток между собой и с паразитическими микроорганизмами. Да и сами паразиты не могут «похвастать» целесообразным поведением в отношении макрофагов. Впрочем, эту иммунную систему специально никто и не создавал по какому-то заранее продуманному плану, предполагая, что ее основное предназначение состоит в элиминации патогенных микроорганизмов. Она случайно сложилась из клеток, первоначально предназначенных выполнять всего лишь роль «мусорщиков» у первых многоклеточных организмов (как, например, это делают блуждающие амебоциты у губок), но в ходе эволюции хордовых закрепилась за ними естественным отбором. В интересах дальнейшего изложения материала назовем ее реликтовой иммунной системой.

«Сборка» многоклеточных организмов. Архейская жизнь предполагала сложную систему отношений между одноклеточными организмами. Они «общались» между собой с помощью сигнальных молекул, известных нам сегодня под общими названиями хемокинов и лимфокинов. Их рецепторы воспринимали химические сигналы, поступавшие из окружающей среды, а белки трансдукции сигналов управляли клеточными функциями. Ни центральной нервной системы, ни «мыслительной деятельности» для существования таких организмов в течение сотен миллионов лет не требовалось. Но такого количества жизни, которое существовало в конце Архея и в Протерозое, на планете никогда больше не было, чему есть следующее подтверждение.

В 1990-е гг. на архипелаге Шпицберген открыта уникальная по полноте последовательность позднепротерозойских осадков, отлагавшихся в период с 850 до 600 млн лет назад. Исследовав эти осадки на предмет изотопного отношения ¹²C/¹³C, Э. Нолль (1996) установил, что на протяжении всего этого времени темпы захоронения органического углерода оставались самыми высокими за всю историю Земли (цит. по работе Еськова К. Ю., 2004). Несомненно то, что жизнь именно тогда пережила свой период количественного «расцвета».

И такая жизнь могла бы быть вполне самодостаточной, если бы в ее организацию не вмешивалась ретровирусная эволюция (см. подглаву 1.1). Антиэнтропийные процессы наращивания и усложнения генома одноклеточных организмов, вызванные увеличением числа копий их генов и появлением новых экзонов, продолжались (их механизмы см. в подглаве 1.2) — эволюционный маховик раскручивался; 840–740 млн лет назад появились первые эволюционные пробы многоклеточности. Ими были бесскелетные организмы, названные по месту обнаружения хайнаньской биотой — первый акт творения многоклеточной жизни. Для них характерно членистое строение, отражающее дупликацию генетического материала, осуществляемую ретроэлементами.

Однако сложные многоклеточные формы жизни, как и миллиарды лет до этого (в нашем ощущении времени), все еще не закреплялись естественным отбором. Демону Дарвина не хватало механизма поддержания «многоклеточности», предполагающего соединение в единое целое «своих» и исключение «не своих» клеток. Этот механизм мог сформироваться на основе молекул специфической адгезии. Но для того чтобы такая «специфичность» появилась у поверхностных белков сотен разных клеток, формирующих целостный организм, естественный отбор должен был «перепробовать» миллионы вариантов адгезионных молекул. Выбирать же Демону Дарвина было пока не из чего, о чем свидетельствуют окаменелые останки так называемой эдиакарской фауны, сменившие хайнаньскую биоту 620–600 млн лет назад (более подробно о них см. в работе Иванцова А. Ю., 2001). Система вновь достигла равновесного, стабильного состояния.

Второй акт творения многоклеточной жизни обозначил себя организмами, форма тела которых была построена по типу «стеганого одеяла», т. е. оно состояло из однообразных члеников, устроенных по одному образцу — различные варианты широкой ленты со вздутиями. Наличие повторов таких сложных структур, как членики, свидетельствует о первых пробах кластерной организации генов. Видовое разнообразие на этом уровне дифференциации многоклеточных организмов еще было незначительным (рис. 39).

^{Сприггина — по-видимому, кольчатый червь, начавший эволюционировать в сторону членистоногих (образовался головной щит, почти как у трилобита). «Существа» строятся за счет повторов кластеров генетической информации. Питаясь путем диффузии через поверхность тела, они не нуждались во внутренних органах; и, возможно, были не многоклеточными, а синцитиальными (многоядерными). Рисунок с сайта: http://www.macroevolution.narod.ru/_pediacara.htm.}

Нельзя считать, что и та эволюционная игра ретроэлементов была неудачной. Эдикарская фауна существовала десятки миллионов лет и оставила след в геологических отложениях. Такие «стеганые одеяла» достигали до полутора метров в длину и, возможно, они до сих пор качались бы в морской толще, если бы не накопившаяся критическая масса ретроэлементов. Из них и благодаря им начал формироваться механизм генных перестановок, известный сегодня как V(D)J-рекомбинация. Этот процесс, как впрочем, и все остальное в эволюции, начался со случайности.

По данным, обобщенным В. Г. Галактионовым (2004, 2005), J. Klein и H. Nicjladis (2005), прародителем V-генов суперсемейства иммуноглобулинов (вариабельные области L- и H-цепей иммуноглобулинов — от их взаимодействия между собой зависит специфичность иммуноглобулиновых белков) был ген белка Thy-1. Он образовался не менее 2 млрд лет назад в результате дивергенции какого-то другого более древнего гена белка, послужившего прототипом V- и С-доменов (см. «Суперсемейство иммуноглобулинов»).

Но прежде чем возникло основное свойство Ig-SF — разнообразие специфического взаимодействия с высокомолекулярными структурами, должно было произойти другое важное эволюционное событие — фрагментация V-гена. Ждать его после появления гена белка Thy-1 пришлось всего 1,5 млрд лет. Главным «виновником» формирования современного Ig-SF оказался ретровирус, который внедрился в единый V-ген предков позвоночных животных около 450 млн лет назад. Это событие привело к расщеплению V-гена на собственно V-ген и D- и J-сегменты. Геномные участки, оказавшись самостоятельными, подвергались обычным генетическим процессам — в первую очередь транслокациям, тандемным дупликациям, рекомбинациям и случайным мутациям, инициируемым ретроэлементами.

Сначала многообразие таких структур увеличивалось за счет транслокаций (например, члены Ig-SF, имеющие V2-C2- и V1-C1-комбинации доменов) и тандемных дупликаций, включающих не только отдельные С- и V-гены, но и генные блоки V–C, в том числе те, которые усложнены включением D- и J-сегментов (V-D-J-C) или (V-J-C); т. е. в организации таких генов можно увидеть аналогию со «стегаными одеялами» эдикарской фауны. В результате сформировался кластерный тип контроля над специфичностью антиген-распознающих молекул. Однако подобный тип формирования Ig-SF имел пределы, обусловленные величиной генома и невозможностью бесконечного наращивания кластерного типа организации генов. И вновь эволюции жизни помогла «случайность» ретровирусной эволюции, обусловленная активностью ретроэлементов генома простейших и первых многоклеточных.

Интродуцировавшиеся в геном первых позвоночных ретровирусные гены рекомбиназ RAG-1 и RAG-2 ускорили процесс реорганизации V-, D-, J-генных сегментов (см. «Локус генов Rag1/2»). Случайность объединения V-, D-, J-генных сегментов определила множественность синтезируемых V-доменов и возможность дальнейшей эволюции специфического иммунитета. Сколько потребовалось миллионов лет для реализации такой «случайности», неизвестно, но их уже не приходилось «ждать» миллиарды лет — эволюционный маховик начал раскручиваться. Возникло множество V-генов (у млекопитающих в настоящее время их более 500). Недавние исследования последовательностей генома человека показали, что Ig-домены кодируют не менее 765 генов из 24 тыс. (Lander E. S. et al., 2001). Подробно об этих процессах можно прочитать в работах В. Г. Галактионова (2005) и J. Klein и H. Nicjladis (2005), ниже мы приводим только схему эволюции Ig-SF (рис. 40).

^{Молекулы ГКГС, рецепторов Т- и В-клеток появляются в результате процессов, за которыми всегда стоят ретроэлементы — дупликации и рекомбинации общих (анцестральных) генов. В данном случае это были гены, кодирующие бета-структурные слои и альфа-спиральные положения Ig-fold.}

С закреплением естественным отбором механизма V(D)J-рекомбинации, стало возрастать количество структур, способных к специфическому узнаванию «своего» (гомофильное узнавание) и «чужого» (гетерофильное узнавание). Дупликации и перестановки экзонов генов Ig-SF дали естественному отбору больше альтернатив в выборе конкурентоспособных многоклеточных структур. Эволюция живых существ теперь могла идти не только по пути наращивания структур, устроенных по одному образцу, но и по пути их дифференциации (табл. 10).

_{Молекулярная формула | Обозначение | Таксономическая группа | Взаимодействие с лигандом}

V2 | Thy-1, Po | От одноклеточных до млекопитающих | Гомофильное

V2-V2 | RTK, SAM | Губки | Гомофильное

V2-V2 | DTRK | Насекомые | Гомофильное

V2-V2/C2 | NITR | Костистые рыбы | Гомофильное

V1-C1-C1-C1-C1-C1 | NAR | Хрящевые рыбы | Гетерофильное

(Vl-D-J-Cl)n | Ig, TKP | Хрящевые рыбы | Гетерофильное

Vln-Dn-Jn-Cln | Ig, TKP | Челюстноротые позвоночные | Гетерофильное

Осуществляющие функцию фагоцитоза симбионты-простейшие (выше их совокупность в пределах многоклеточного организма мы условились называть реликтовой иммунной системой), по-прежнему, как и в архее (см. подглаву 2.2), использовались отдельными паразитическими микроорганизмами для размножения, но уже в пределах многоклеточного организма. Естественный отбор не мог предложить многоклеточным организмам альтернативу Ig-SF, выходящую за рамки организации сложившихся межклеточных взаимодействий.

Многоклеточность могла «работать» против ретровирусов, если бы она не закреплялась естественным отбором параллельно с системами репродукции и иммунитета. Этот механизм очень важно понять.

Среди простейших эукариотов ретровирусы передавались как вертикально при их делении (эндогенные ретровирусы и ретроэлементы), так и горизонтально (экзогенные ретровирусы путем взаимодействия с рецепторами на поверхности клеток или прямой передачей по филоподиям; см. подглаву 1.1). По мере усложнения многоклеточной жизни эти механизмы распространения ретровирусов должны были потерять свое значение по следующим причинам.

Во-первых, специализация клеток (тканей) вела к тому, что многоклеточные организмы неизбежно должны были получить некую оболочку, отграничивающую их от окружающей среды. Тем самым блокировался бы и доступ к рецепторам клеток, в которых происходит их персистирование и размножение, т. е. в фагоцитирующих клетках, теперь уже специализирующихся в роли «мусорщиков». Что и произошло в отношении других паразитов свободноживущих простейших, например, возбудителей чумы, сибирской язвы, туляремии, ортопоксвирусных инфекций и др., не способных интегрироваться с геномом хозяина. Случайно попав в организм многоклеточного животного, они либо вызывают его гибель, либо элиминируются клетками иммунной системы, осуществляющими функцию «присмотра» за их потенциальными хозяевами — фагоцитирующими клетками (см. ниже «Иммунная система»). Использовать его для собственного поддержания в природе они не могут (см. подглаву 2.2).

Во-вторых, «унаследованные» многоклеточными организмами ретровирусы и другие ретроэлементы без механизма их обмена с другими многоклеточными организмами, подверглись бы нейтральной эволюции и генетико-автоматическим процессам.

Оба этих явления, разумеется, имели место в ходе эволюции многоклеточных форм жизни постоянно, но они компенсировались горизонтальной передачей экзогенных ретровирусов и их последующей (а иногда и повторной) эндогенизацией (см. подглаву 1.2). А вот ответ на вопрос — почему естественный отбор закрепил горизонтальную передачу ретровирусов за многоклеточными, может быть следующим. Он не мог отобрать другие формы многоклеточной жизни — без ретровирусов они не «собрались» в единое целое и не размножались.

Эндогенные ретровирусы активны на всех этапах репродукции многоклеточных организмов: сперматогенез и овуляция, регуляция экспрессии генов плаценты, трофоэктодермальный рост и дифференциация (trophectoderm growth and differentiation), взаимодействие между плодом и матерью, подавление иммунных реакций со стороны организма материи в отношении плода, дифференциация тканей плода и др. (см. работы Arimi M. M. et al., 2006; Prudhomme S. et al., 2005). Уже у кольчатых червей (Annelida, сегментированные черви) многочисленные фагоцитирующие клетки не способны поглощать живые сперматозоиды своего вида, но активно устраняют погибшие клетки и сперматозоиды других видов (Купер Э., 1980).

Показателен и сам механизм участия эндогенных ретровирусов в формировании плода. В плаценте оболочечные белки ретровирусов выполняют ту же роль белков слияния, что и при формировании протоклеточных образований в архее; и при переходе одноклеточных форм жизни в многоклеточные во времена так называемой эдиакарской фауны (см. рис. 39). Они экспрессируются в синцитиотрофобластном слое (syncytiotrophoblast layer), образованном посредством слияния мононуклеарных цитотрофобластов, и образуют участки синцития в тех участках плаценты, где начинается взаимодействие матери и плода (Dunlap K. et al., 2006). Уже эти данные свидетельствуют о том, что информация, определяющая целостное развитие многоклеточного организма, хотя и содержится в зиготе, но только как некая потенция, которая не реализуется без участия ретровирусов матери.

Путь экзогенным ретровирусам в многоклеточный организм прокладывается и подстраховывается самим многоклеточным организмом посредством полового процесса. Феномен хорошо изучен у людей. Семянная жидкость содержит большое количество различных иммуносупрессивных агентов. Они подавляют иммунные реакции на аллогенные белки, представленные на поверхности сперматозоидов и в семянной жидкости, со стороны слизистых поверхностей нижних половых путей женщины. Это увеличивает продолжительность жизни сперматозоидов и гарантирует зачатие (Kelly R. W. et al., 1991). Но одновременно семянная жидкость препятствует устранению инфицированных вирусами макрофагов посредством киллерной активности Т-клеток и натуральных киллерных клеток (NK-клетки), так как действие цитокинов, вызывающих такие реакции, переключается макроорганизмом «с точностью наоборот». Активность этих клеток стимулируется интерлейкином 12 (IL12) и подавляется интерлейкином 10 (IL10), однако в нижних родовых путях женщины активность IL12 подавлена, а IL10 стимулирована (Kelly R. et al., 1997).

Сами сперматозоиды к передаче экзогенных ретровирусов между особями вида Homo sapiens отношения не имеют. По данным A. J. Quayle et al. (1997), в 75 % исследованных им образцов спермы ВИЧ-серопозитивных людей ВИЧ были инфицированы Т-клетки, и в 38 % образцов — макрофаги. Но ими ни в одном эксперименте не была обнаружена ДНК ВИЧ в подвижных сперматозоидах. По данным же P. L. Vernazza et al. (1997), количество РНК ВИЧ крови коррелирует с количеством РНК ВИЧ семянной жидкости, т. е. по отношению к ВИЧ кровь и семянная жидкость являются «сообщающимися сосудами».

Система иммунитета , которую привычно называют «врожденной» (фагоцитоз, комплемент), также соблюдает интересы ВИЧ, а не человека. По данным H. Bouchlal et al. (2002), оба, X 5- и R 5-тропные штаммы вируса проникают через слизистую и инфицируют эпителий половых путей благодаря активации факторов комплемента, содержащихся в семянной жидкости. Благодаря опсонизации они инфицируют клетки, имеющие рецептор комплемента на своей поверхности.

Еще более надежно «подстраховывается» иммунной системой человека передача ВИЧ от матери к плоду. Его транспорт через синцитиотрофобластный слой осуществляется с помощью антител к gp120 и gp41 по обоим механизмам, объединенным под названием «феномен антителозависимого усиления инфекции» (см. Toth F. D. et al., 1994; и подглаву 3.2 «Феномен антителозависимого усиления инфекции»).

Третий акт творения — «кембрийский взрыв». Теперь, когда иммунная система первых позвоночных «научилась» поддерживать их целостную структуру и одновременно стала средой размножения ретровирусов, вращение маховика эволюции ещеболее ускорилось. Палеонтологи отмечают, что 490–435 млн лет назад (Кембрий) на планете появились многоклеточные организмы современного типа, начался их выход из морей на материки и освоение ими всей поверхности Земли — этот феномен назван учеными Кембрийским взрывом. В триасе (Триасовый период, 230–190 млн лет назад) вращение маховика эволюции достигло своего максимума. В эволюции таксонов дупликации отдельных генов уступают их кластерной организации, теперь уже кластеры генов дуплицируются ретроэлементами, что периодически проявляется «неадаптивными признаками» у стремительно появляющихся новых многоклеточных видов. По суше затоптались животные причудливых форм и огромных размеров, само существование которых трудно объяснить «дарвиновской приспособленностью»: диплодки — нелепые травоядные гиганты с маленькой головой на тонкой длинной шее из десятков повторяющихся позвонков, поворачивающихся только в горизонтальном направлении. При наличии длинной шеи тяжелому диплодку пришлось миллионы лет питаться низкорослой растительностью на болотах; стегозавры — массивные травоядные ящеры с двумя рядами асимметрично повторяющихся тонких треугольных костяных пластин на спине, предназначение которых до сих пор вызывает споры среди ученых; и др. В конце юра (Юрский период, 190–136 млн лет назад) рыбу в морях ловили летающие ящеры-птеранодоны с размахом крыльев до 18 метров. И ответ на вопрос, кто тут к кому «приспосабливался» — вид к «неадаптивному признаку» или «неадаптивный признак» к виду, а вместе — к условиям окружающей среды, никак однозначно не следует из дарвиновских представлений об «эволюции без скачков». Но такое буйство разнообразия жизни должно было когда-то кончиться. Оно и кончилось — маховик эволюции «пошел в разнос» в меловом периоде (136—66 млн лет назад), что проявилось, прежде всего, вымиранием рептилий. Им на смену в высвободившиеся экологические ниши пришли млекопитающие (Палеогеновый период, 66–25 млн лет назад). Но их «золотой век» оказался еще короче, они стали угасать в неогене (Неогеновый период, 25—1,8 млн лет назад). Ныне живущие слоны, носороги, лошадиные лишь жалкие остатки палеогеновой фауны млекопитающих.

Торможение эволюции. Разумеется, некоторые палеонтологи объясняют массовые вымирания видов (кризисы биоразнообразия) тектоническими катастрофами и климатическими изменениями, и, в частности похолоданием климата. При этом они как бы не замечают того, что эти «вымирания» растягивались на десятки миллионов лет. Продолжительность же ледниковых эр на Земле составляет не менее трети всего времени ее эволюции за последние 2,5 млрд лет. А если учесть длительные начальные фазы зарождения оледенения и его постепенной деградации, то эпохи оледенения займут почти столько же времени, сколько и теплые, безледные, условия. Интересно то, что великое оледенение Пермского периода (закончилось 270 млн лет назад) не привело к принципиальному изменению фауны (более подробно о ледниковых периодах в истории Земли см. в кн. Б. Джона с соавт., 1982).

Сегодня (Кайнозой) условия для существования жизни лучше, чем в конце Архея и в Протерозое, однако биологическое разнообразие на планете снижается. И тому должны быть более серьезные основания, чем деятельность человека, так как и ему самому она не дает идеальной адаптации к факторам внешней среды. За последние 30 тыс. лет из трех видов «мыслящих» приматов, вымерли два, но и они уже не отражали того многообразия «мыслящей жизни», которое породили среди приматов толчки ретровирусной эволюции 5–2 млн лет назад (см. подглаву 1.2 и и рис. 6).

Когда эволюционисты пишут о неадаптивных признаках или видах, то обычно подразумевается то, что их должен устранить естественный отбор и, естественно, немедленно. Но в эволюции «немедленно» может соответствовать геологическим периодам или даже эпохам. Поэтому палеонтологи только фиксируют выборку видов-долгожителей из общей массы когда-либо возникавших форм. Быстро эволюционирующие виды наряду с быстро вымирающими видами не оставляют заметных следов в истории биосферы (рис. 41).

^{А — Многообразие групп позвоночных с отсутствующими звеньями быстро вымерших видов (пунктирные линии). Б — кембрийская фауна; естественный отбор «экспериментирует» дупликациями генетического материала. В — Триас; ящер-стегозавр с «неадаптивными» метровыми позвонками, образующими гребень с натянутой перепонкой — естественный отбор «манипулирует» уже кластерами генов и дупликациями генетического материала, ящер же долго не задержался. Г — конец палеогена; каменные ступка и пестик, найденные в 1877 г. в породе, возраст которой насчитывает не менее 33 млн лет. Совсем не обязательно в этой находке видеть артефакт — в подглаве 1.2 приведены данные, показывающие, что активность мозга зависит от сценариев активности HERV-K и Alu-элементов. Предметы могли быть сделаны мыслящими существами палеогена, но не обязательно людьми. Интеллект — это не самый надежный адаптивный признак даже для человеческого общества. Для естественного отбора плоская голова может оказаться предпочтительней «мыслящей». Рисунки из книг Бэджента М., 2004; Яблокова А. В. и Юсуфова А. Г., 1998.}

Если использовать терминологию, предложенную создателем неравновесной термодинамики И. Пригожиным (см., Пригожин И., Стенгерс И., 1986), то быстро эволюционирующие и быстро вымирающие виды можно назвать диссипативными , т. е. они представляют собой безвозвратные потери энергии (диссипации), затраченной в ходе ретровирусной эволюции на самоорганизацию живого. На эволюционном древе, если таковое удается построить, диссипативные виды занимают место коротких боковых побегов от основного ствола, оборвавшихся по неясным причинам.

Торможение маховика эволюции осуществлялось теми же разнонаправленными механизмами, какими он раскручивался, поменялся только их суммарный вектор. Ретровирусы, реплицирующиеся в цитоплазме клеток иммунной системы многоклеточных организмов, распространялись между особями половым путем, приводя к вымираниям те виды, где они не смогли пройти через процесс эндогенизации. Раскручивание маховика эволюции привело к переизбытку экзогенных ретровирусов, и, соответственно, к чрезмерному вымиранию молодых видов. Их эволюция обрывалась, биологическое разнообразие на планете сокращалось. Эндогенизировавшиеся ретровирусы увеличивали пластические возможности генома таксона и способствовали его эволюции по пути анагенеза или кладогенеза (см. подглаву 1.2). Однако и этот процесс оказался с «изнанкой».

Эндогенизация ретровирусов имела свои пределы из-за ограниченной емкости генома данного таксона — ретровирусная эволюция уступала место нейтральной (более подробно о феномене нейтральной эволюции см. в работе Masatoshi N., 2005). Но сами эндогенные ретровирусы не являлись статическими объектами. Они участвовали в неаллельных гомологических рекомбинациях генома хозяина (non-allelic homologous recombination), интегрировались с функционирующими генами, блокируя их функцию, тем самым снижали жизнеспособность отдельных особей (см. подглаву 4.2.4.). К тому же они и наследовались в последующих поколениях по законам Менделя. Их накопление в крупных панмиксических популяциях выше какого-то критического предела делало пластичность генома чрезмерной для дальнейшего существования вида.

Большое количество активных ретроэлементов способствовало избыточному синтезу обратной транскриптазы. Она транскрибировала случайным образом и с большим количеством ошибок (неправильные вставки оснований в растущей цепи кДНК с частотой от 1 на 1700 до 1 на 4000 оснований) уже не только ретровирусную РНК, но и другие клеточные РНК, обычно транскрибируемые РНК-полимеразой III. В результате активные транскрибируемые гены замещались псевдогенами, и эффективные метаболические процессы, лежащие в основе гигантизма триасовой жизни и великолепных форм юра, тормозились. На смену причудливым гигантам пришли «приглаженные» естественным отбором невзрачные мелкие особи с геномом, «забитым» псевдогенами (табл. 11).

_{Ген | Число генов | Число псевдогенов}

ЧЕЛОВЕК

Аргинино-сукцинат синтетаза | 1 | 14

В-актин | 1 | 20

В-тубулин | 2 | 15–20

Cu/Zn супероксид-дисмутаза | 1 | 4

Цитохром С | 2 | 20–30

Дигидрофолат-редуктаза | 1 | 5

Немускульный тропомиозин | 1 | 3

Глицеральдегид-3-фосфат дегидрогеназа | 1 | 25

Фосфоглицерат-киназа | (ген и ретроген) | 2 | 1

Рибосомальный белок L32 | 1 | 20

Триозо-фосфат изомераза | 1 | 5–6

МЫШЬ

А-глобин | 2 | 1

Цитокератин эндо-А | 1 | 1

Глицеральдегид-3-фосфат дегидрогеназа | 1 | 200

Миозин (легкая цепь) | 1 | 1

Пропиомеланокортин | 1 | 1

Рибосомальный белок L7 | 1–2 | 20

Рибосомальный белок L30 | 1 | 15

Рибосомальный белок L32 | 1 | 16–20

КРЫСА

А-тубулин | 2 | 10–20

Цитохром С | 1 | 20-30

Введенное мною положение о ретровирусной эволюции (см. подглаву 1.1) возможно поможет найти некоторый консенсус в спорах между эволюционистами и креационистами (антиэволюционистами), касающихся причин якобы отсутствия промежуточных видов, подтверждающих сам феномен эволюции, и невозможности наблюдать эволюционные процессы сегодня. По первому предмету спора я писал выше. По второму выскажу только осторожное предположение. Массового видообразования в четвертичном периоде палеонтологи не фиксируют из-за исчерпания емкости генома большинства существующих таксонов позвоночных, о чем косвенно свидетельствуют псевдогенизация эволюционно наиболее активных их генов и возраст наиболее распространенных ретроэлементов (см. подглаву 1.2); но по этим же причинам палеонтологи имеют возможность фиксировать вымирание отдельных видов как часть эволюционного процесса.

Гуморальная и клеточная иммунные системы. Простейшие — фагоцитирующие эндосимбионты многоклеточных образований не могли при дальнейшем усложнении многоклеточной жизни защитить ее от случайного проникновения отдельных прокариотов и одноклеточных эукариотов. Отработанные в течение миллиардов лет совместной эволюции механизмы лиганд-рецепторного узнавания между этими формами жизни продолжали действовать и в новых условиях. Благодаря им реликтовая иммунная система играла роль Троянского коня для многоклеточного организма (см. подглаву 2.2). Поэтому преимущество под давлением естественного отбора стали получать многоклеточные виды, у которых формировались взаимосвязанные системы по узнаванию и элиминации инфицированных фагоцитирующих клеток. У позвоночных они сложились еще в одну систему иммунитета, которую ученые условно делят на гуморальную и клеточную.

Паразит (микоплазма, бактерия или вирус), попав в организм позвоночного животного, встречает там уже не только своих «старых знакомых» по архейской эре — фагоцитирующие клетки, но и нечто качественно иное — иммунную систему — т. е. комплекс взаимосвязанных реакций органов и тканей макроорганизма на такое проникновение. И если судить по работе Marketon M. et al. (2005), он «не узнает» клетки иммунной системы, эволюционировавшие уже в многоклеточных организмах. В селезенке мыши при экспериментальной чумной инфекции практически не поражаются Т- и В-клетки, составляющие там большинство. Зато «в полном составе» гибнут все фагоцитирующие клетки. «В упор не замечает» лимфоциты и возбудитель натуральной оспы (McFadden G., 2004).

Паразит, сумевший «незамеченным» проникнуть в фагоцитирующую клетку, становится слишком заметным иммунной системе, начав размножаться. Синтезирующиеся вирусные белки либо ЛПС бактерий образуют комплексы с поверхностными антигенами клетки (антигены гистосовместимости или трансплантационные антигены), а те распознаются Т-лимфоцитами. Активировавшиеся Т-лимфоциты связываются своими рецепторами с инфицированной фагоцитирующей клеткой и убивают ее посредством апоптоза и особых литических белков — перфоринов и цитолизинов, поэтому такое звено иммунитета называют клеточным.

Микроорганизм, сумевший размножиться в макрофаге, в дальнейшем имеет дело с неизвестными ему из архейской жизни клонами узкоспециализированных В-лимфоцитов, запускающих синтез антител, специфичных к его поверхностным белкам. Сам по себе В-лимфоцит для такого паразита безвреден, но связанный антителом, синтезированным В-лимфоцитом, он легко становится «добычей» тех, кого привык использовать для собственного обитания, питания и размножения. Эту часть иммунных реакций (включая активизацию системы комплемента) исследователи традиционно относят к гуморальному иммунитету.

Общим для генетических систем, кодирующих антитела, рецепторы В- и Т-клеток и трансплантационные антигены является их сложная интрон-экзонная организация и выраженная полигенность. Репертуар антител ученые затрудняются определить, считая, что он «насчитывает миллионы специфичностей». Ни одна другая генетическая система организма не имеет такого количества аллельных форм определенного гена, как трансплантационные антигены. В систему входят около 400 генов, обнаружено 3,6 млн строительных блоков ДНК, общее число фенотипов HLA составляет около 20 млрд. Системы не дублируют друг друга по специфичности распознавания антигенов. Сложная интрон-экзонная организация генов — это обычный результат деятельности ретроэлементов (см. рис. 7, 13 и 15). Более подробно об эволюции иммунной системы позвоночных можно прочитать в работах Албертса Б. с совт., 1994; Ройта А. с соавт., 2000; Стила Э. с соавт., 2002; Галактионова В.Г., 2004, 2005; Clark R., Kupper T., 2005 и др. В следующей главе мы рассмотрим «ответы» иммунной системы на ретровирусы, которые подтверждают высказанное выше положение о причастности ретровирусов к созданию иммунной системы многоклеточных организмов вообще, и человека в частности. Но прежде чем перейти к столь непопулярной у разработчиков ВИЧ-вакцин теме, я хочу обратить внимание читателя на роль в инфекционных и эпидемических процессах, вызываемых ретровирусами, так называемых антиретровирусных систем (факторов) клеток.

БелкиAID/APOBEC. Семейство AID/APOBEC включает белки, способные деаминировать цитозин на урацил у однонитевых полинуклеотидов. Они выполняют разные физиологические функции в клетке. APOBEC1 (обнаружен первым) редактирует посредством этого механизма мРНК аполипопротеина В (ApoB), внедряя преждевременный стоп-кодон и индуцируя продукцию «обрезанного» ApoB, который имеет уже другую функцию. Роль APOBEC2 остается неясной, но эволюционно он считается «родительским» для всего семейства (Cullen B. G., 2006).

Активационно-индуцируемая деаминаза (activation-induced deaminase, AID) также имеет древнее происхождение. Она функционирует в активированных В-клетках, где случайным образом редактирует дезоксицитизин (deoxycytidine) в дезоксиуридин (deoxyuridine) в локусах иммуноглобулиновых генов и является триггером активации процесса соматической гипермутации (somatic hypermutation, SHM) Ig-вариабельного региона генов, которые кодируют антиген-связывающие сайты. Если активность AID оказывается направленной на не Ig-гены, то это приводит к злокачественному перерождению В-клеток, но механизм, отвечающий за «нацеливание» SHM на Ig-гены, неизвестен (Ronai D. et al., 2005).

Ген APOBEC 3G (apolipoprotein B mRNA-editing enzyme, catalytic polypeptide-like 3G) кодирует белок, который упаковывается в ретровирусные частицы, где дезаминирует цитозин на урацил в минус цепи вирусной ДНК в процессе обратной транскрипции. В результате чего в плюс цепи кДНК гуанозин заменяется аденином, и репликация ВИЧ останавливается. Этот механизм распространяется только на ВИЧ, лишенные гена белка Vif (фактор инфекционности вируса), и не влияет на продукцию вируса с полноценным Vif. Ген APOBEC 3G функционирует одинаковым образом как в Т-клетках-хелперах, так и в макрофагах (Wahl S. et al., 2006).

Геном человека и других приматов кодирует, по крайней мере, пять, а возможно, и семь таких белков, сгруппированных в отдельный генный кластер на хромосоме 22. Любопытно то, что белки APOBEC3 всегда (!) неэффективны в отношении ретровирусов, обычно инфицирующих Т-хелперы и макрофаги данного вида, но, как правило, оказываются эффективными в отношении гетерологичных ретровирусов (Cullen B. G., 2006). Если отказаться от антропоцентрических надежд на то, что иммунная система человека предназначена для существования только его самого, то придется признать, что благодаря белкам APOBEC3 Т-хелперы и макрофаги устраняют мутантные формы ВИЧ, не способные распространяться по популяциям вида Homo sapiens. По своей сути этот странный механизм компенсирует ошибки в гене vif, допущенные обратной транскриптазой при синтезе ДНК на матрице РНК.

Эволюционное происхождение APOBEC неясно. Гомологи APOBEC2 обнаружены у костных рыб, но APOBEC3 у рыб и птиц не выявлено. Скорость несинонимичных замен у APOBEC3 приматов значительно выше синонимичных, что свидетельствует о постоянном селективном давлении на них (Cullen B., 2006). В этой связи посмотрим на эволюцию и организацию всего семейства APOBEC3 генов (рис. 42).

^{Левая часть рисунка: (A) Транслируемые и нетранслируемые участки транскриптов показаны заполненными и пустыми прямоугольниками соответственно. Экзоны, кодирующие цинккоординирующие домены (zinccoordinating domain — их использовали для построения эволюционного древа), затенены серым цветом. Заполненный серым цветом прямоугольник APOBEC1 соответствует участку последнего экзона без соответствующих последовательностей в других AID/APOBEC генах. (Б) Гипотетическая схема происхождения и дивергенции семейства APOBEC3 у млекопитающих, стартовавшая с двух анцестральных доменов (Z1 [круг] и Z2 [квадрат]), каждый из которых составляет двудоменный APOBEC3 или два отдельных, дивергировавших однодоменных APOBEC3. Z1 у приматов является весьма разнообразным. Он включает вариант, дивергировавший на субтипы Z1a (открытые круги) и Z1b (заполненные круги). По Conticello S. G. et al., 2005.Правая часть рисунка: (В) APOBEC2 «гомо»-димер. (Г) huAPOBEC3G (hu — человеческий). Выделены 6 активных и псевдо-активных сайтов, два цинк-иона и положение остатка D128, ключевого для взаимодействия с Vif. APOBEC3G имеет два домена цитозиндеаминазы (cytosine deaminase, CDA) — показаны антипараллельными бета-слоями; каталитически неактивный домен (N-CDA), содержит домен, взаимодействующий с Vif, необходимый для энкапсидации APOBEC3G. C–CDA — каталитически активный домен. Остатки с 124 по 127 играют активную роль в упаковке APOBEC3G в вирион ВИЧ. Остатки с 128 по 130 критичны для взаимодействия ВИЧ с Vif. По Zhang Kun-Lin et al., 2007.}

S. G. Conticello et al. (2005) считают такую организацию локуса APOBEC3 приматов следствием неправильного кроссовера и рекомбинации, характерных для ретровирусной активности. Во всяком случае, остатки ретровирусов с повторяющимися элементами (главным образом, LTR из ERV класса I) в сумме составляют до 19 % полного локуса APOBEC3 человека. Наиболее интенсивно они представлены в регионах, фланкирующих APOBEC3G и APOBEC3H. В пользу своей гипотезы S. G. Conticello et al. (2005) приводят тот факт, что псевдогены APOBEC3 на хромосоме 12 происходят от ретротранспозиционных актов.

В свете приведенных данных по элиминации Т-клетками дефектных ВИЧ, представление о том, что ВИЧ поражает Т-клетки для того, чтобы размножаться, будет упрощением проблемы необратимости ВИЧ-инфекции. Надо отнестись серьезно к возможности и того, что в эволюционном прошлом позвоночных ретровирусы «создали» APOBEC3 «под себя», и эти белки продолжают играть какую-то не совсем понятную для нас роль в их собственной эволюции, происходящей уже с нашим участием. В этом аспекте проблемы любопытны данные M. C. Mikl et al. (2005), не обнаруживших фенотипические отклонения у мышей с разрушенным геном белка APOBEC3. К тому же остается неясным фактор, оказывающий селективное давление на эти гены в течение миллионов лет.

TRIM5альфа. Антиретровирусный белковый комплекс, названный трехсоставным взаимодействующим мотивом 5альфа (tripartite interaction motif 5альфа, TRIM5альфа), идентифицирован M. Stremlau et al. (2004) в клетках обезьян-резусов, обладающих способностью ингибировать активность ВИЧ-1. Вскоре разные группы исследователей продемонстрировали, что антиретровирусные факторы, известные как Ref1 (human antiviral factor; антивирусный фактор людей) и Lv1 (simian factor; обезьяний фактор), являются вариантами TRIM5альфа, специфичными для отдельных видов млекопитающих (Towers G. J., 2007). TRIM5 (также известен как RBCC-домен; RBCC domain), включает RING-домен (RING domain), B-бокс 2-домен (B Box 2 domain; Box — в данном случае это научный сленг, речь идет об экзоне, на схеме обозначенном квадратом) и свернутое кольцо (coiled coil), благодаря которому этот комплекс получил такое странное название. RING является цинк-связывающим доменом, обычно вовлеченным в специфические белок-белковые взаимодействия. Многие RING-домены обладают Е3-убиквитинлигазной активностью (E3 ubiquitin ligase activity), т. е. способностью метить субстраты для протеаз, тем самым повышая специфичность их действия. Поэтому TRIM5 вызывает RING-зависимую аутоубиквитинилацию белков (auto-ubiquitinylation) — он вносит в молекулу оболочечного белка вируса сигналы протеолитической деградации. B-бокс существует в двух альтернативных вариантах — либо B-бокс 1, либо B-бокс 2. TRIM5 включает B-бокс 2. B-боксы имеют цинк-связывающий мотив и вовлечены в белок-белковые взаимодействия. Два типа В-боксов имеют различающиеся первичные последовательности, но в третичных структурах, образуемых RING, в их конформации особых отличий нет (Towers G. J., 2007).

мРНК TRIM5 подвергается многократному сплайсингу, образуя семейства изоформ, каждая из которых короче другой от С-конца. Наибольшая по длине изоформа, TRIM5альфа, кодирует C-терминальный B30.2-домен, взаимодействующий с вирусным капсидом и определяющий антивирусную активность TRIM5. Самые короткие изоформы, TRIM5гамма и TRIM5бета, не имеют B30.2-доменов и действуют как ограничители активности TRIM5альфа при сверхэкспрессии TRIM5. Если предположить, что короткие изоформы TRIM5 формируют гетеромультимеры посредством сворачивания кольца (via the coiled coil) и конкурируют за связывание с вирусом с B30.2-доменами, то можно также предположить и то, что антиретровирусная активность регулируется через сплайсинг РНК TRIM5. Кроме того, отдельный белок TRIM, обладающий антиретровирусной активностью, может блокироваться в результате воздействия на него других TRIM-белков. Например, экспрессия TRIM34 может уменьшить антиретровирусную активность TRIM5 через их гетеромультимеризацию (Zhang F. et al., 2006; Towers G. J., 2007).

TRIM5альфа является тримерным белком и взаимодействует с гексамерным капсидом вируса через пролиновые пептидные группы, находящиеся в cis-конформации. Он способен быстро «обвиться» вокруг капсида вируса перед его взаимодействием с протеасомой и внести «сигналы» для протеолиза посредством RING-зависимой аутоубиквитинилации (см. выше). Формирование комплекса «вирус-TRIM5альфа» блокирует этап «раздевания» вируса и перенос его нуклеиновой кислоты в ядро клетки. Инфекция блокируется еще до обратной транскрипции вирусной РНК. Исследование TRIM5альфа у близкородственных приматов показало, что различия между ними, определяющие антивирусную специфичность, обнаруживаются в участках B30.2-домена. Судя по высокому соотношению dN/dS, эти участки белка, соответствующие его поверхностным петлям, в ходе эволюции приматов подверглись позитивной селекции (Towers G. J., 2007).

Протеиновое семейство TRIM возникло в результате дупликации последовательности предкового гена, что характерно для активности ретроэлементов. Ген TRIM5 человека расположен на хромосоме 11 в пределах группы тесно связанных TRIM, включающих TRIM 5, 6, 34 и 22. Эти TRIM либо не имеют, либо имеют относительно слабую антиретровирусную активность против близких ретровирусов (ВИЧ-1, ВИЧ-2, SIVmac, EIAV и MLV). Трудно сказать, почему это происходит. Возможно, они имеют какую-то другую, альтернативную функцию, или они просто неактивны против этой «выборки» ретровирусов. Во всяком случае, TRIM 6, 22 и 34, непохожие на TRIM5, не имеют B30.2 доменов, что предполагает в эволюционном прошлом отсутствие на них того селективного давления, которому подвергался TRIM5 (Li X. et al., 2007).

Взаимодействие между ВИЧ-1 и TRIM5альфа в клетках приматов Старого Света возможно благодаря циклофилину А (сyclophilin A, CypA). CypA — пептидилпролилизомераза (peptidyl prolyl isomerase), выполняющая цис/транс-изомеризацию (сis/trans isomerisation) пролиновых пептидных групп (proline peptide bonds) белков. CypA взаимодействует с молекулами gag лентивируса в инфицированных клетках, приводя их к рекрутингу в «нарождающиеся» вирионы (Thali M. et al., 1994). CypA также взаимодействует с проникшим в клетку кором ВИЧ-1. И такое взаимодействие более важно для поддержания инфекционности вируса, чем взаимодействие циклофелина с «собирающимся» кором (Towers G. J. et al., 2003). CypA выполняет cis/trans-изомеризацию пептидных групп G89-P90 на наружной поверхности капсида ВИЧ. Эта активность пополняет cis-конформацию капсида и вовлекает капсид в рестрицирующийся комплекс с TRIM5альфа. Если активность CypA в клетке-мишени снижена, то TRIM5альфа не может взаимодействовать с капсидом, по большей части находящимся в trans-конформации (Towers G. J., 2007).

Тот факт, что гены TRIM 10, 15, 26, 27, 31, 38, 39 и 40 ассоциированы с главным комплексом гистосовместимости на хромосоме 6 и во время гриппозной инфекции их экспрессия усиливается, позволяет предположить возможность их участия в работе системы гуморального и клеточного иммунитета (Nisole S. et al., 2005). Однако активность CypA не связана с активностью TRIM5альфа. Поэтому Z. Keckesova et al. (2005) считают антиретровирусную активность TRIM5альфа не зависящей от реакций иммунной системы человека.

Оба известных антиретровирусных фактора, TRIM5альфа в комплексе с CypA и APOBEC3, защищают клетки только от «чужеродных» для них ретровирусов. В отношении же «своих» ретровирусов они являются фильтрами, гарантирующими виду, что другие экзогенные ретровирусы не могут составить им конкуренцию. Для вида Homo sapiens антиретровирусные факторы TRIM5альфа и APOBEC3 являются гарантами успешности его инфицирования ВИЧ-1. С антропоцентрической точки зрения их существование с такой функцией бессмысленно. Однако если посмотреть на распространение ретровирусов в эволюционном аспекте проблемы, то смысл в поддержании естественным отбором TRIM5альфа и APOBEC3 все же есть. Они обеспечивают условия для эндогенизации в зародышевую линию хозяина экзогенных ретровирусов, что происходит в ходе процесса, который мы понимаем как пандемический. Чем более масштабный характер принимает пандемия, тем больше генетическое разнообразие как самих ретровирусов, так и взаимодействующих с ними хозяев. Эндогенизация происходит случайно, но это такая же случайность, как и выстрел из револьвера при игре в «русскую рулетку», когда заполнение патронами барабана и нажатие на курок происходят со все возрастающей скоростью.

Эволюционное прошлое иммунной системы многоклеточных организмов свидетельствует о закреплении за ней естественным отбором резервуарной роли по отношению к ретровирусам. Поэтому можно утверждать, что эволюционный процесс среди многоклеточных организмов (по крайней мере, из царства животных) реализуется через клетки, которые мы относим к иммунной системе. В нашем восприятии времени мы видим только одну их функцию — защиту организма от антигенно-чужеродных веществ. Но благодаря клеткам иммунной системы происходит размножение и накопление экзогенных ретровирусов до какой-то критической массы, которая позволяет некоторым из них эндогенизироваться в зародышевой линии отдельных особей инфицированного вида, и в дальнейшем передаваться вертикально, меняя его эволюционную траекторию по механизму аллопатрического или симпатрического видообразования. ВИЧ/СПИД-пандемия среди вида Homo sapiens — частное проявление этого процесса в эволюции таксона приматов.