Знание-сила, 2001 № 08 (890)

Н асколько африканские вирусы страшнее Бармалея?

Было время, когда главными опасностями Африки казались акулы, злые крокодилы, но особенно – разбойник Бармалей. Впрочем, его (хотя и с переменным успехом) одолевал доктор Айболит. У этой истории давность почти столетняя. Но совсем недавно было снято несколько фильмов с очень похожим сюжетом. В них, правда, в борьбу вступает уже не очкастый дедушка, а ученый-супермен в облике Стивена Сигала. Но ведь и новый противник, даром что мельчайшая форма жизни, куда опаснее огромного Бармалея. Это вирус. Против него бьются герои «Эпидемии», «Патриота» и подобных блокбастеров. В основе этих фильмов (отчасти навеянных книгой Ричарда Престона «Горячая зона») лежат вполне реальные события – вспышки смертоносных заболеваний, что с начала 1970-х происходят в Центральной Африке. Как выяснилось, их инфекционными агентами являются РНК-содержащие филовирусы, названные так за нитевидную форму (от «филаментос» – длинный).

Несмотря на тридцатилетнюю историю изучения, филовирусы пока остаются загадкой. Мало что известно о причинах эпидемий и о том, где скрываются эти вирусы в природе. Ни на что не похожей оказалась структура вирусных частиц, равно как и картина вызываемых ими заболеваний. А ведь это одна из самых смертоносных для человека инфекций. В частности, вирус лихорадки Эбола уносит до 90 процентов заболевших, родственный ему филовирус Марбург – «всего» 30 процентов. А их дальний родственник, вирус бешенства при отсутствии вакцины несет человеку гибель почти в ста процентах случаев.

Поражение филовирусом Эбола (впервые он описан в долине одноименной реки) – поистине кошмарное заболевание. Оно провоцирует множественные кровоизлияния, разрушая организм за семь-девять дней.

Удовлетворительные лекарства или вакцины не разработаны до сих пор. Не удивительно, что когда в 1995 году в Заире вспыхнула очередная эпидемия лихорадки Эбола, людей охватила настоящая паника. Был установлен жесткий карантин, вплоть до оцепления больницы и блокирования города войсками. Болезнь успела унести почти сотню сотрудников медперсонала. Эффективными оказались только карантинные меры: герметичные костюмы, полная изоляция помещений от внешнего мира.

До сих пор не удалось получить четкое представление, почему филовирусы так быстро убивают человека и почему на них не действуют лекарства и вакцины, эффективные против других возбудителей.

Неизвестность и опасность породили почти мистический страх перед вирусами. Вспышки заболеваний спровоцировали в массовом сознании куда большую эпидемию неофобии: космические тела, глубины ледников, дикие племена и новые виды животных могут принести неизвестные и неодолимые вирусы… Этот страх причудливо смешался с другими страхами. Сегодня мутанты, генетически измененные организмы, вирусы, покоящиеся в трансплантантах, бактериальные препараты и, наконец, клонированные злодеи – все они, подобно маскам Хэлоуина, осаждают боязливого обывателя. И провоцируют истерические реакции.

Одна из них – реакция на успехи клонирования. Работы в этой области ведутся уже более полувека. Бремя от времени удачные эксперименты сопровождаются шумом в прессе. Общественность изумляется или негодует. Еше в 1970-х годах, когда о клонировании млекопитающих говорили, как об отдаленной перспективе, были спешно организованы акции протеста. Главная задача – не допустить создания двойников политических лидеров!

Казалось бы, очевидно, что воспроизводство нового организма из клетки человека совсем не означает удвоения его персоны. Биологическое развитие почти наполовину зависит от влияния среды: вначале на эмбрион, затем на ребенка, подростка и так далее. В еще большей степени зависит от внешнего мира развитие личности. Биологический двойник может оказаться похожим на свой образец не более, чем сын на отца, будучи отделен таким же барьером поколений, «generation gap». Отменить законы времени еще не в силах никакая биотехнология: пока человек-клон вырастет, должны пройти отведенные природой двадцать лет. Уже сейчас за такой срок успевает смениться целое мировоззрение.

Кстати, биологические клоны человека – реальность. Более того, они знакомы каждому из нас – это близнецы. Еше совсем недавно вокруг близнецов существовал целый культ, где они были символом дуализма. Их наделяли магическими качествами, возвеличивали или приносили в жертву, насильно разлучали или, напротив, сближали, добиваясь абсолютного сходства. Отголоски этих представлений до сих пор пронизывают обыденное сознание, выражаясь в особом отношении к близнецам, а также в… обсуждении клонирования на повышенных тонах.

В обшем, здравый смысл здравым смыслом, а эмоции эмоциями. Именно они формируют климат мнений. Умело сыграв на них, можно извлечь огромные прибыли из своей протестной позиции.

Еще одна истерическая реакция – мероприятия по борьбе с ящуром. К весне 2001 года в Великобритании заболели около тысячи животных, в остальной Европе – около десятка. Вирус погибает при 60 градусах по Цельсию. Для человека не опасен. Есть вакцины и лекарства. Ящуром скот болеет испокон веков. Наконец, есть сотни других не менее опасных болезней для скота. Однако именно тысяча случаев ящура на рубеже веков стала «чудовищной эпидемией», для борьбы с которой планируется умертвить и сжечь – сколько бы вы думали? – полтора миллиона животных. И процесс идет полным ходом. Под нож пошла даже овечка Долли… Это при том, что по требованию Общества зашиты животных сегодня по каждому фильму отчитываются; «При съемках не пострадала ни одна муха». А ученых обязываю! сводить к минимуму эксперименты на животных.

Букет страхов породил волну вегетарианства. Появилась даже мысль: а не отказаться ли вообше от выращивания скота? Тем более что и «коровье бешенство» вовсю лютует… Кстати, в мире зарегистрировано менее ста случаев болезни Крейцфел ьдта-Якоба у людей, причем нет доказательств, что они вызваны «бешеным мясом», а не мутацией собственных генов. Во всех этих страхах я усматриваю отголоски мифа, где кровь и плоть считались мистическими субстанциями, таящими неведомые и неуправляемые силы. Полузабытое почитание духа плоти, некогда священного или греховного, подогревает современные страсти вокруг биологии.

Факт остается фактом: вирусы – опаснейшие противники человечества. В чем же их сила? Мельчайшие размеры делают их всепроникающими. Вне эпидемий вирусы таятся в природных резервуарах – в организмах животных. Их разносят синантропные виды, например, крысы, тараканы и постельные клопы. А живучесть вирусов обеспечивается, с одной стороны, стабильностью, позволяющей сохранять уникальные полезные гены, а с другой – необычайной изменчивостью.

Примеры такой устойчивости приводит известный вирусолог профессор В.И. Агол. Во-первых, многие вирусы способны восстанавливать повреждения своих наиболее уязвимых участков. Во-вторых, гены важных для репродукции белков могут дублироваться и даже повторяться трижды (как у возбудителя ящура). Наконец, многие вирусы могут приспосабливаться к довольно жестким воздействиям среды.

Вторая половина успеха зависит от изменчивости. Вирусы способны менять свою «внешность» (то есть поверхность белкового футляра), после чего иммунная система хозяина перестает их узнавать. Таким качеством обладают, например, вирусы гриппа, сводя на нет эффект вакцинации. Поэтому часто бывает, что лекарства, нарушающие работу какого-либо белка, перестают действовать из-за «молниеносной» эволюции генов, перестраивающей этот белок. Возникают даже такие формы, которые могут нормально размножаться… только в присутствии данного лекарства. То есть они обладают зависимостью, которую В.И. Агол называет «вирусной токсикоманией».

Возможности для увеличения разнообразия у вирусов очень велики. Например, у вируса одной мутацией в среднем сопровождается создание каждой копии. А ведь всего одна зараженная клетка может дать многие тысячи вирусных частиц. Какой же урожай вариантов получается при атаке организма с его триллионами клеток! Немудрено, что среди мутантов появляются формы, устойчивые к любым лекарствам и проникающие через любой иммунитет, приобретенный при вакцинации. Но вирусы на этом не останавливаются. Для увеличения разнообразия у них есть еще один механизм, который активно провоцирует перестройки генома – путем рекомбинации при копировании РНК.

Нельзя умолчать еще об одном РНК-содержащем вирусе, тоже родом из Центральной Африки: о вирусе иммунодефицита человека (ВИЧ). Относится он к группе, имеющей огромное значение для эволюции, – к ретровирусам. А значение заключается в том, что ретровирусы обладают способностью изменять «святая святых» живой материи – генетический код хозяина. Особый фермент ревертаза позволяет им синтезировать ДНК на основе вирусной РНК. Так в клетке появляется «лжепрограмма» (провирус), которая изменяет геном гораздо сильнее, чем это возможно при «нормальной» эволюционной изменчивости. Нередко ретровирусы (например, хорошо изученный вирус саркомы Рауса) провоцируют образование опухолей.

В организме человека ретровирус ВИЧ поражает только определенные клетки – так называемые Т4-лимфоциты, связываясь с особым белком мембраны. На беду, именно эти клетки играют основную роль в управлении иммунной системой. Внедряясь, вирус вводит свою РНК, па матрице которой синтезируется ДНК провируса, чтобы затем встроиться в геном клетки-хозяина. В этом качестве ВИЧ может присутствовать в организме до десяти лет, никак себя не проявляя. Но если под действием каких-то других инфекций лимфоциты активизируются, встроенный участок «просыпается» и начинает активно синтезировать частицы ВИЧ. Тогда вирусы разрушают мембрану и убивают лимфоциты, что приводит к разрушению иммунитета. Коварство ВИЧ в его необычайно высокой способности к мутациями – что делает невозможным создание эффективной вакцины и универсального лекарства.

Но неужели у ВИЧ нет уязвимых мест? Есть, как и у всякой формы жизни. Профессор В.А. Островский из Санкт-Петербурга называет две главные мишени ВИЧ, на которые следует нацеливать лекарства от СПИДа. Первая мишень – уже упомянутый фермент ревертаза (или обратная транскриптаза). Ее можно поразить, если при синтезе ДНК провируса ввести в клетку «бракованный» нуклеотид, который застопорит процесс. Сегодня создано множество вариантов таких «аномальных» нуклеотидов, играющих роль «троянского коня» для ВИЧ. Это решение раскрывает суть нового направления науки, которое биохимик, профессор Д.Г. Кнорре называет антисмысловой технологией. Раз вирус вносит чужеродную информацию, «лжепрограмму», следует ответить ложью на ложь, создав помехи для работы этой программы. Например, ввести синтетический участок нуклеиновой кислоты, комплементарный важному участку вирусного генома.

Вторая мишень ВИЧ – фермент протеаза, которая «нарезает» короткие полипептидные цепи на этапе сборки вирусных частиц. Препараты, подавляющие этот процесс, относятся к новому поколению лекарств. Их задача – разрушить структуру протеазы. Этот фермент напоминает две кисти рук. сплетенные пальцами. Процесс его сборки можно «обмануть», предложив вместо второй «кисти» молекулярную подделку. Говорят, создание таких молекул сродни труду скульптора.

Сегодня на рынке лекарств есть те и другие препараты, и их применение (особенно в комплексе) дает неплохой эффект. Благодаря им СПИД уже не столь грозен, как раньше. Проблема в другом: полный курс терапии необычайно дорог – иногда до сотни тысяч долларов. Это лишает шансов на полноценное лечение пациентов из развивающихся стран, где сосредоточено большинство (около 80%) ВИЧ-инфицированных людей. Сегодня ВИЧ унес уже больше жизней, чем две мировые войны XX века, и ежедневно поражает порядка 10 тысяч человек.

Все относительно в антропологическом «космосе». Тридцать миллионов ушло – а народился миллиард. Филовирусы унесли несколько тысяч, вызвав великий страх, а вот автомобили уничтожили миллионы людей – но в панику никто не ударяется. Настоящей же косой смерти являются не такие «страшилки», как ящур, прионы или лихорадка Эбола, а самый, казалось бы, привычный грипп, эпидемии которого несут огромные опустошения (в первую очередь, за счет осложнений на сердце). Или, например, «обычная» желтуха: по данным ВОЗ, гепатитом В сегодня заражены более миллиарда людей, и более двух миллионов умирают ежегодно. Куда там какой-нибудь лихорадке леса Семлики!

Есть повод для паники или нет – каждый пусть судит по-своему. Для меня же наступление вирусов означает одно: несмотря на все достижения цивилизации, человек далеко еще не отгородился от природы и продолжает испытывать мощное давление эволюции. На страницах «Знание – сила» уже неоднократно упоминалось влияние вирусов на эволюцию, в том числе и человека. Как же это происходит? Один из механизмов прекрасно объяснил Н.Н. Воронцов в своей книге «Развитие эволюционных идей в биологии». Вирусы способны вызывать мутации в геноме, причем достаточно однообразные. Прокатываясь через территорию распространения вида, вирусные пандемии оставляют за собой целый шлейф хромосомных мутаций, частота которых повышается на несколько порядков. Численность вида снижается, а единый ареал распадается на изоляты. В этих условиях носители новых мутаций оказываются не уникумами, а почти равноправными членами небольших популяций. Таким образом, модель развития геномных перестроек под влиянием вирусов гораздо реалистичнее, чем постепенное закрепление единичных мутаций путем отбора.

Возможно, именно такие вирусные атаки направили эволюционный путь к человеку. Как известно, гамета человека содержит 23 хромосомы, а шимпанзе – 24. Н.Н. Воронцов полагает, что скорее всего здесь произошло слияние двух хромосом. Такой качественный скачок стал причиной генетической изоляции непосредственных предков человека. И произошло это в главном «тигле» эволюции человека – на Африканском континенте. Африка и сегодня служит резервуаром множества вирусных инфекций, время от времени выпускающим их, словно ящик Пандоры. Достаточно сказать, что шоссе, пересекающее континент от Кении до Конго, называется «дорогой СПИДа», поскольку ВИЧ (которым заражено до десяти процентов населения стран Центральной Африки) присутствует в крови почти у каждой обслуживающей это шоссе проститутки. Африканская чаша хранит бесчисленные формы вирусов – уже известных и пока еще неведомых, хранит в популяциях не только людей, но и обезьян (равно как и прочих животных). И на успехи науки природа отвечает успехами эволюции инфекций.

Для нас вирусы – враги, источник болезней. Но на их возникновение можно взглянуть и так: «одичавшие гены» были сотворены ради прогресса эволюции. В их присутствии эволюция протекает гораздо быстрее и сложнее, чем это предусмотрено обычными «дарвиновскими механизмами». Одичавшие гены? Разве вирусы не самые древние и примитивные существа? Нет, предполагают, что они гораздо моложе клеточных форм жизни и что их предками стали плазмиды, обладающие кодом белкового футляра и механизмом размножения. Действительно, клеточный геном содержит немало «паразитической» ДНК и РНК в виде плазмид и так называемых вироидов, которым до «вирусного» качества буквально один шаг.

Поскольку вирусы могут переносить информацию из одного генома в другой, наши представления об эволюции должны в корне измениться: она скорее напоминает мангровые заросли, чем стройный тополь. Причем перенос генов связывает не только близкие ветви – виды, роды, но даже… отдельные царства. Это неудивительно: ведь организмы не существуют «сами по себе», а буквально нашпигованы бактериями, грибами, червячками и прочими симбионтами. И дистанция для переноса генной информации может составлять всего-то микроны. Может быть, этим отчасти объясняется тот факт, что сходные ретровирусы есть у дрожжей, насекомых и млекопитающих, а у человека есть гены, роднящие его с… табаком.

Сегодня появляется все больше сведений о том, что вирусы повинны в развитии многих на первый взгляд неинфекционных заболеваний, например, астенического состояния (синдром хронической усталости), ожирения, онкологических болезней и даже процессов старения. «Одичавшие гены» наступают. Но ведь и биологи работают интенсивно, как никогда. Обычно мы узнаем лишь о громких успехах – это как верхушка айсберга. Под ней – достижения, не менее впечатляющие для ученого, но скучные для неспециалиста. Одно из самых громких современных достижений – расшифровку генома человека – я бы сравнил с полетом на Луну или выходом в открытый космос. Может быть, практическая польза от космических подвигов была невелика, однако сопутствующие исследования (равно как и воздействие на мировоззрение) принесли огромные достижения для всей цивилизации.

Впереди – новый скачок познания. Как видим, отчасти его спровоцировал страх – страх перед вирусами. Мне тоже пришлось испытать нечто подобное (оттого, быть может, я и решил сесть за эту статью). Когда- то, памятуя слова Мелькиадеса «я умер от лихорадки в болотах Сингапура», я не поехал в Индонезию наблюдать за обезьянами, в Африку за жуками и в Бразилию на экологическое сборише. Там же свирепствует лихорадка Ку! Но обмануть духов- рэккенов не удалось: недавно они явились сами, принеся на своих нартах вирус ветряной оспы. Этот детский недуг превратил меня в безглазую рыбу, хватающую воздух, затем в дракона с огненными ноздрями и красной чешуей. Еще чуть-чуть, и осталось бы только «мокрое место». Но болезнь отступила, и что удивительно – необыкновенно обострился вкус к жизни. Я стал различать цвета и птичий гомон. Запланировал несколько авантюрных путешествий. И даже думаю проставить в загранпаспорт африканские визы.