Карл Циммер

Планета вирусов

Переводчик Мария Елифёрова

Научный редактор Ирина Якутенко

Редактор Роза Пискотина

Издатель П. Подкосов

Руководитель проекта И. Серёгина

Ассистент редакции М. Короченская

Корректоры И. Астапкина, О. Петрова

Компьютерная верстка А. Фоминов

Арт-директор Ю. Буга

A Planet of Viruses: Third Edition

Licensed by The University of Chicago Press, Chicago, Illinois, U.S.A.

© 2011, 2015, 2021 by The Board of Regents of the University of Nebraska.

All rights reserved.

Russian edition published by arrangement with Agentia literara LIVIA STOIA.

© Издание на русском языке, перевод, оформление. ООО «Альпина нон-фикшн», 2023

Все права защищены. Данная электронная книга предназначена исключительно для частного использования в личных (некоммерческих) целях. Электронная книга, ее части, фрагменты и элементы, включая текст, изображения и иное, не подлежат копированию и любому другому использованию без разрешения правообладателя. В частности, запрещено такое использование, в результате которого электронная книга, ее часть, фрагмент или элемент станут доступными ограниченному или неопределенному кругу лиц, в том числе посредством сети интернет, независимо от того, будет предоставляться доступ за плату или безвозмездно.

Копирование, воспроизведение и иное использование электронной книги, ее частей, фрагментов и элементов, выходящее за пределы частного использования в личных (некоммерческих) целях, без согласия правообладателя является незаконным и влечет уголовную, административную и гражданскую ответственность.

* * *

Рекомендуем книги по теме

От атомов к древу: Введение в современную науку о жизни

Сергей Ястребов

Хлопок одной ладонью: Как неживая природа породила человеческий разуме

Николай Кукушкин

100 рассказов из истории медицины: Величайшие открытия, подвиги и преступления во имя вашего здоровья и долголетия

Михаил Шифрин

Невидимый страж: Как иммунитет защищает нас от внешних и внутренних угроз

Мария Кондратова

Грейс,

моей любимой хозяйке

Предисловие

Вирусы несут угрозу благополучию человечества, затрагивая жизнь почти миллиарда людей. В то же время они сыграли важную роль в заметных достижениях биологии прошлого столетия. Вирус натуральной оспы был самым смертоносным врагом человечества, а теперь это одна из немногих болезней, стертых с лица земли. Новые и старые вирусы, такие как возбудители гриппа, вирусы Эбола, Зика, а теперь пандемия COVID-19, создают катастрофические угрозы мирового масштаба и небывалые проблемы. Эти и другие вирусы, вероятно, и впредь будут угрожать человеческому здоровью. Более основательные знания о них помогут нам подготовиться и предотвратить будущие вирусные заболевания и пандемии.

Вирусы играют незримую, но активную роль в экологии Земли. Они переносят ДНК между видами, обеспечивают новый генетический материал для эволюции и регулируют обширные популяции организмов. Все виды, от крошечных микробов до крупных млекопитающих, подвержены воздействию вирусов. Влияние вирусов не ограничивается организмами – они воздействуют на климат, почву, океаны и пресную воду. Рассматривая формирование всякого животного, растения или микроорганизма в ходе эволюции, приходится учитывать важную роль их соседей по планете – крошечных, но могучих вирусов.

После выхода первого издания «Планеты вирусов» в 2011 г. вирусы не переставали нас всех удивлять. Заболеваемость лихорадкой Эбола, прежде сводившаяся к локальным вспышкам в африканской глуши, переросла в масштабные эпидемии и распространилась на другие континенты. От животных к людям перешли новые вирусы типа MERS и SARS. ВИЧ был впервые описан в 1983 г., и сегодня с ним живут почти 38 млн человек. Вместе с тем ученые открывают новые способы приручить разнообразие вирусов нам во благо. Все эти новые события вдохновили Карла Циммера на новое издание «Планеты вирусов».

Большая часть этих очерков изначально была написана Циммером для проекта «Мир вирусов» в рамках программы Science Education Partnership Award (SEPA), поддерживаемой Национальными институтами здравоохранения. Проект «Мир вирусов» был призван популяризировать знания о вирусах и вирусологии с помощью комиксов, методических пособий, приложений для мобильных телефонов и айпадов и других материалов. Более подробно о «Мире вирусов» – на сайте проекта http://worldofviruses.unl.edu.

Джуди Даймонд,

PhD, профессор Университета штата Небраска и куратор музея при университете, руководитель проекта «Мир вирусов»

Чарльз Вуд,

PhD, профессор биологии и биохимии в Университете штата Небраска, директор Центра вирусологии штата Небраска

Введение

«Заразная живая жидкость»

Вирус табачной мозаики и открытие мира вирусов

В 80 километрах к юго-востоку от мексиканского города Чиуауа расположена засушливая, пустынная горная гряда Сьерра-де-Найка. В 2000 г. систему пещер под этими горами обследовали шахтеры. Спустившись на 300 метров под землю, они словно оказались в другом мире. Они стояли в зале 9 метров шириной и 27 метров длиной. Свод, стены и пол выстилали гладкие полупрозрачные кристаллы гипса. Кристаллы встречаются во многих пещерах, но таких, как в Сьерра-де-Найка, еще не бывало. Они достигали 11 метров в длину и весили до 55 тонн. Бусы из таких кристаллов не сделаешь. По ним можно было карабкаться, словно по холмам.

С момента открытия этой уникальной Пещеры кристаллов некоторым ученым посчастливилось посетить ее. В их числе был Хуан Мануэль Гарсиа-Руис, геолог из Гранадского университета. Изучив кристаллы, он установил, что они сформировались 26 млн лет назад. В то время из недр Земли поднимались расплавленные породы, образуя горы. Возникали подземные полости, заполнявшиеся горячей, насыщенной минералами водой. Из-за жара, идущего от магмы снизу, вода оставалась обжигающе горячей, порядка 58 ℃. Это была идеальная температура для осаждения из воды минералов и образования кристаллов. По неустановленным причинам вода сохраняла эту идеальную температуру на протяжении сотен тысяч лет. Такое длительное «томление» позволило кристаллам вырасти до фантастических размеров.

В 2009 г. в Пещеру кристаллов с новой экспедицией отправился еще один ученый, Кёртис Саттл. Из водоемов в пещере Саттл и его коллеги собрали воду и доставили ее для анализа в свою лабораторию в Университете Британской Колумбии. Если учесть сферу деятельности Саттла, его экспедиция может показаться бессмысленной затеей. Саттл не имел профессионального интереса к кристаллам, минералам и вообще к каким бы то ни было горным породам. Он – вирусолог.

В Пещере кристаллов нет людей, которых могли бы заражать вирусы. Там нет даже рыб. На протяжении миллионов лет пещера была фактически отрезана от внешнего мира. Однако экспедиция Саттла не прошла даром. Отобрав пробы пещерной воды, он рассмотрел их в микроскоп и увидел вирусы – полчища их. В каждой капле воды из Пещеры кристаллов содержится около 200 млн вирусов.

В том же году другая исследовательница, Дана Уиллнер, организовала собственную экспедицию в погоне за вирусами. Она углубилась не в пещеру, а в человеческий организм. По просьбе Уиллнер разные люди откашливали в чашку мокроту, из которой она и ее коллеги добывали частицы ДНК. Затем они сопоставляли фрагменты ДНК с миллионами последовательностей, хранящихся в электронных базах данных. Основная доля ДНК из образцов мокроты была человеческой, но многие фрагменты принадлежали вирусам. До «экспедиции» Уиллнер ученые считали легкие здоровых людей стерильными. Но Уиллнер обнаружила, что в среднем у людей в легких обитает 174 вида вирусов. Лишь 10 % видов, выявленных Уиллнер, были родственны уже известным вирусам. Остальные 90 % оказались столь же уникальными, как те, что таились в Пещере кристаллов.

В пещерах и в легких человека, в ледниках Тибета и в дующих высоко над горами ветрах ученые продолжают открывать вирусы. Они обнаруживают их быстрее, чем успевают разобраться в них. На данный момент официальные научные названия присвоены нескольким тысячам вирусов, но их реальное количество, по некоторым оценкам, может достигать триллионов. Вирусология как наука еще пребывает в младенчестве. Но сами вирусы сопровождают нас издавна. Тысячелетиями они были известны нам только по их воздействию – заболеваниям и смертям. Однако до недавнего времени мы не знали, с чем связать эти неприятности.

В самом слове «вирус» исходно заключалось противоречие. Мы унаследовали слово от Римской империи, где оно обозначало одновременно змеиный яд и мужское семя. Сотворение и разрушение в одном слове.

В последующие века в слово «вирус» стали вкладывать другой смысл: под ним подразумевали всякую заразную субстанцию, способную распространять болезни. Это могла быть жидкость вроде выделений из болячек. Это могла быть субстанция, таинственным образом передающаяся по воздуху. Этим веществом можно было даже пропитать лист бумаги, прикосновение к которому вызывало болезнь.

Свое современное значение слово «вирус» начало обретать лишь к концу XIX в. благодаря сельскохозяйственной катастрофе. На табачные плантации в Нидерландах напала болезнь, из-за которой растения чахли, а листья выглядели как мозаика из живых и мертвых участков, будто заплатки на ткани. Целые хозяйства пришли в запустение.

В 1879 г. голландские фермеры пришли к молодому агрохимику Адольфу Майеру с мольбой о помощи. Майер дал этой напасти имя – «табачная мозаика». Чтобы найти ее причину, он исследовал среду, в которой росла рассада, – почву, температуру, солнечное освещение, но не обнаружил никакой разницы между здоровыми растениями и больными. Возможно, предположил Майер, виновата какая-то невидимая инфекция. Ученые тогда уже установили, что картофель и другие растения могут страдать от грибков, поэтому Майер стал искать грибок на табачных кустах. Он ничего не нашел. Он поискал паразитических червей, поражающих листья. Опять ничего.

В конце концов Майер отжал сок из больных растений и ввел его в здоровые табачные кусты. Здоровые растения заболели. Майер понял, что в табачной рассаде, должно быть, размножается какой-то микроскопический патоген. Он взял сок больных растений и поместил его в инкубатор у себя в лаборатории. Появились колонии бактерий, которые вскоре разрослись настолько, что Майер мог наблюдать их невооруженным глазом. Майер нанес эти бактерии на здоровую рассаду, чтобы узнать, вызовут ли они табачную мозаику. Ничего подобного не произошло. В наше время ученым известно, что растения покрыты бактериями от листьев до корней. Многие микроорганизмы не только не вызывают болезней, но и помогают растениям успешно выживать. После этой неудачи исследования Майера застопорились. Мир вирусов остался неоткрытым.

Через несколько лет другой голландский ученый, Мартин Бейеринк, продолжил с того места, на котором сдался Майер. Он задумался, не может ли вызывать болезнь нечто иное, чем черви, грибки или бактерии, – нечто намного меньшего размера. Он измельчил больные растения и пропустил массу через тонкопористый фильтр, который отсеивал все содержавшиеся в ней клетки. Осталась прозрачная бесклеточная жидкость. Когда Бейеринк ввел ее здоровым растениям, они заболели табачной мозаикой. А когда Бейеринк отфильтровал сок свежеинфицированных табачных листьев, ему удалось заразить и другие здоровые растения.

В 1898 г. Бейеринк описал свои открытия, называя отфильтрованный сок «заразной живой жидкостью». В нем содержалось что-то такое, что распространяло табачную мозаику. Это вещество, как предполагал Бейеринк, было живым, но оно должно было отличаться от всех известных ему форм жизни. В конце XIX в. ученые не сомневались, что все живое состоит из клеток. В его жидкости никаких клеток не было. Что бы в ней ни содержалось, оно должно было быть удивительно стойким. Бейеринк добавлял в отфильтрованную жидкость спирт, и она не теряла патогенности. Нагрев жидкости чуть ли не до кипения не вредил ей. Бейеринк пропитал заразным соком промокательную бумагу и высушил ее. Спустя три месяца, используя раствор, полученный при погружении этой бумаги в воду, он смог вызывать заболевания у новых растений.

Таинственному действующему веществу в «заразной живой жидкости» Бейеринк дал название: вирус. Он заимствовал это слово у древних и присвоил ему новое значение. Однако Бейеринк не мог определить, что представляет собой вирус. Так что ему оставалось говорить только о том, чем вирус не является. Это было не животное, не растение, не гриб, не бактерия. Это было что-то другое.

Вскоре стало понятно, что Бейеринк открыл лишь одну разновидность вируса. В начале XX в. другие ученые, применив его метод фильтрования и заражения, открыли другие вирусы – возбудители других заболеваний. Затем они научились культивировать некоторые вирусы вне организма хозяев. Раз они умели выращивать в чашке Петри клетки, значит, могли культивировать и вирусы.

Даже и тогда ученые все еще не могли прийти к согласию относительно истинной природы вирусов. Одни утверждали, что вирусы – паразиты, которые эксплуатируют клетки. Другие полагали, что это всего лишь химические вещества. Путаница в вопросе о вирусах затрагивала самые основы: исследователи не могли договориться даже о том, живые вирусы или неживые. В 1923 г. британский вирусолог Фредерик Туорт заявил: «Природу вирусов установить невозможно».

Туман стал рассеиваться благодаря трудам химика Уэнделла Стэнли. В 1920-е гг., будучи студентом, Стэнли научился, соединяя молекулы в повторяющиеся структуры, получать кристаллы. А кристаллическое состояние вещества позволяло ученым узнать о молекулах то, чего иначе выяснить не получалось. Они обстреливали кристаллы рентгеновскими лучами, которые отражались от атомов и засвечивали фотопластинки, оставляя на них повторяющиеся узоры кривых, прямых и точек. По ним ученые могли затем определить структуру молекул, составляющих кристалл.

В начале XX в. кристаллы помогли разрешить одну из величайших загадок биологии. Тогда ученым уже было известно, что в живых организмах содержатся таинственные молекулы – так называемые ферменты, способные прицельно расщеплять другие молекулы. Чтобы установить истинную природу ферментов, исследователи превратили их в кристаллы. Их рентгенограммы показали, что они состоят из белков. Размышляя о преобразующей силе вирусов, Стэнли задался вопросом: что, если и они состоят из белков?

Чтобы это узнать, он обратил вирусы в кристаллы. Для своего исследования он выбрал знакомый вид – вирус табачной мозаики. Стэнли собрал сок больных табачных кустов и процедил его сквозь тонкопористые фильтры, как Бейеринк за сорок лет до него. Он удалил из жидкости мельчайшие загрязнения и подготовил ее к кристаллизации. К его изумлению, в жидкости начали образовываться микроскопические иголочки. Затем они разрослись в опалесцирующие пленки. Впервые в истории вирус стал доступен наблюдению невооруженным глазом.

Стэнли обнаружил, что его вирусные кристаллы твердые, как минерал. Они хранились месяцами, как поваренная соль в буфете. Впоследствии, когда он поместил их в воду, они растворились бесследно, снова обратившись в «живую заразную жидкость».

Результаты опыта Стэнли, опубликованные в 1935 г., озадачили весь мир. «Прежнее разграничение между живым и неживым отчасти теряет актуальность», – заявила газета The New York Times.

Но исследования Стэнли, при всей их революционности, имели свои ограничения. В частности, он допустил одну маленькую, но принципиальную ошибку. Вирусы табачной мозаики состоят не только из белка. В 1936 г. британские ученые Норман Пири и Фред Боуден обнаружили, что 5 % массы вируса составляет другое вещество – таинственная нитевидная молекула, именуемая нуклеиновой кислотой. Позже наука установит, что нуклеиновые кислоты – это материя генов, в которых содержатся инструкции по построению белков и других молекул. Наши клетки хранят свои гены в виде двуцепочечных молекул нуклеиновых кислот – дезоксирибонуклеиновой кислоты, или ДНК. Гены многих вирусов также построены из ДНК. Другие вирусы, и среди них вирус табачной мозаики, содержат одноцепочечную форму рибонуклеиновой кислоты, или РНК. Многие вирусы несут двуцепочечную РНК или одноцепочечную ДНК. Ученым понадобились десятилетия, чтобы разобраться в том, как вирусы пользуются этим генетическим материалом с целью завладеть клетками и заставить их производить новые вирусы.

И хотя Стэнли первым увидел вирусы, он наблюдал их только скопом. Каждый созданный им кристалл мог содержать миллионы вирусов табачной мозаики, плотно соединенных друг с другом в решетке. Чтобы рассмотреть отдельные вирусы, ученым вначале понадобилось создать новое поколение микроскопов, в которых для изучения мельчайших объектов используется пучок электронов. В 1939 г. Густав Кауше, Эдгар Пфанкух и Гельмут Руска добавили кристаллы вируса табачной мозаики к каплям дистиллированной воды и поместили их под новый микроскоп. Они разглядели миниатюрные палочки, каждая длиной около 300 нанометров.

Никому еще не приходилось видеть столь мелких живых существ. Чтобы представить себе размеры вирусов, вытряхните на стол одну-единственную крупинку соли. Взгляните на этот крохотный кубик. Вдоль одной из его сторон можно расположить в ряд 10 клеток кожного эпидермиса. Или 100 бактерий. А вирусов табачной мозаики вдоль грани той же крупинки соли уместится 1000!

В последующие десятилетия вирусологи продолжали препарировать вирусы и выяснять их молекулярную географию. Хотя, подобно нашим клеткам, вирусы содержат белки и нуклеиновые кислоты, они используют эти молекулы совершенно иначе. Человеческая клетка набита миллионами различных молекул, которые пребывают в постоянном движении и вибрации, расщепляя друг друга или связываясь вместе – благодаря этому клетки воспринимают окружающую среду, передвигаются, поглощают пищу, растут и принимают решения, делиться им надвое либо кончать самоубийством ради блага клеток-собратьев. Вирусологи обнаружили, что вирусы, как правило, устроены намного проще. Обычно они представляют собой всего лишь белковые оболочки, содержащие несколько генов. Вирусологи установили, что, несмотря на скудные генетические инструкции, вирусы умеют воспроизводиться, узурпируя другие формы жизни. Они забрасывают свои гены и белки в клетку хозяина, которую перепрограммируют под производство новых копий самих себя. В клетку попадает один вирус, а через сутки из нее могут выйти тысячи вирусов.

К 1950-м гг. вирусологам были уже известны эти основные факты. Но на этом развитие вирусологии не остановилось. Например, наука почти ничего не знала о разнообразии способов, которыми вирусы вызывают у нас заболевания. Неизвестно было, почему из-за папилломавирусов у кроликов вырастают рога и ежегодно возникают сотни тысяч случаев рака шейки матки. Неизвестно было, почему одни вирусы смертельны, а другие сравнительно безобидны. Предстояло еще выяснить, как вирусы обходят защиту хозяев и умудряются эволюционировать быстрее, чем все живое на планете. В 1950-е ученые не знали, что несколькими десятилетиями раньше один вирус от шимпанзе и других обезьян перешел к человеку, и этому вирусу, известному теперь как ВИЧ, суждено было стать одним из самых смертоносных в истории. Тем более, тогда они не могли предсказать, что в 2020 г. планету охватит эпидемия нового вируса, SARS-CoV-2, угрожая вызвать величайший кризис мировой экономики со времен Великой депрессии.

Еще ученые 1950-х гг. не знали, какое значение имеют вирусы, помимо того, что они вызывают болезни. Им не приходило в голову, как много вирусов существует на Земле, не догадывались они и о том, что немалую долю генетического разнообразия жизни несут вирусы. Им было неизвестно, что вирусы помогают производить значительную часть кислорода, которым мы дышим, и участвуют в терморегуляции планеты. И безусловно, они не предполагали, что в геном человека входят тысячи участков вирусного происхождения, доставшихся нам от патогенов, которые поражали наших далеких предков, или что жизнь – такая, какой мы ее знаем, – могла начаться 4 млрд лет назад с вирусов. Теперь ученые это знают – или, точнее, что-то об этом знают. Теперь они понимают, что вся Земля, от Пещеры кристаллов до наших внутренних органов, – планета вирусов. Их знания пока еще приблизительны, но все же это начало.

Так давайте и мы начнем с начала.

Давние соседи

(Не)обычная простуда

Как риновирусы играючи завоевали мир

Примерно 3500 лет назад некий египетский врач сочинил древнейший из известных нам медицинских текстов. Среди описанных им болезней было нечто под названием реш. Хотя звучит оно и непривычно, симптомы – кашель и истечение слизи из носа – мы узнаём с первого взгляда. Реш – это обыкновенная простуда.

Некоторые из вирусов, одолевающих нас сегодня, новые для людей. Другие – малоизвестные и редкие. Но человеческие риновирусы – основные виновники простуды – наши давние соседи. Подсчитано, что каждый человек на Земле в течение жизни целый год проводит в постели с простудой. Иными словами, человеческий риновирус – один из самых успешных вирусов.

До открытия риновирусов медики никак не могли объяснить причину простуд. Древнегреческий врач Гиппократ видел источник в нарушении баланса телесных жидкостей. Через 2000 лет, в начале XX в., наши знания о простудах ушли не столь далеко. Физиолог Леонард Хилл объявил, что простуду вызывают утренние прогулки на свежем воздухе.

В 1914 г. немецкий микробиолог Вальтер Крузе получил первые достоверные данные о происхождении простуд, заставив своего шмыгающего носом ассистента высморкаться. Крузе развел сопли ассистента в солевом растворе, процедил его через фильтр, а затем закапал отфильтрованную жидкость в носы 12 коллегам. Четверо из них подцепили простуду. Позже Крузе проделал то же самое с 36 студентами, 15 из которых заболели. В ходе эксперимента Крузе также наблюдал за 35 участниками, которым ничего не закапывали. Лишь один из них подхватил простуду сам по себе. Опыты Крузе показали, что капли, полученные от простуженных людей, содержат микроскопический патоген, вызывающий заболевание.

Поначалу многие специалисты считали, что это какая-то разновидность бактерий. Но в 1927 г. американский врач Альфонс Дочез исключил этот вариант. Он пропустил слизь, полученную от простуженных людей, через фильтр, повторив то, что за тридцать лет до него Бейеринк проделал с соком из листьев табака. Даже при удалении бактерий жидкость сохраняла способность вызывать у человека заболевание. Через фильтры Дочеза могли проскочить только вирусы.

Понадобилось еще тридцать лет, чтобы ученые точно установили, какие именно вирусы просочились через фильтр. Самые типичные из них известны как риновирусы человека (от rhino-, что значит «нос»). Риновирусы поразительно примитивны. У человека около 20 000 генов, у риновируса всего 10 генов. И тем не менее этого хокку генетической информации риновирусам хватает, чтобы вторгнуться в наш организм, перехитрить иммунную систему и произвести новые вирусы, способные перепрыгнуть на новых хозяев.

К новым хозяевам риновирусы попадают капельным путем. Они могут проникать в микроскопические капли, которые мы распространяем с каждым выдохом. Могут – в более крупные капли, которые разлетаются, когда мы чихаем или кашляем. Стоит небрежно вытереть нос, как эти капли окажутся на руках, с рук они попадут на дверные ручки, кнопки лифта и другие поверхности, где другие люди подхватят их своими руками, а оттуда вирусы доберутся уже до их носов.

Оказавшись в очередном носу, риновирусы прицепляются к клеткам, выстилающим носовую полость. Они проскальзывают внутрь и используют клетки хозяина для производства копий собственного генетического материала, а также белковых оболочек, в которые он будет упакован. Затем хозяйская клетка лопается – и новые риновирусы выходят наружу. У некоторых хозяев риновирусы не распространяются дальше носа, у других пробираются в горло и даже легкие.

Риновирусы поражают сравнительно немного клеток и причиняют мало реального вреда. Так почему же они вызывают столь неприятные ощущения? Тут нам остается винить только себя. Зараженные клетки выделяют сигнальные молекулы – цитокины, привлекающие соседние иммунные клетки. Эти-то иммунные клетки и вызывают у нас отвратительное самочувствие. Они запускают воспаление, из-за которого у нас першит в горле, а в зоне очага инфекции выделяется слизь. Чтобы оправиться от простуды, нам нужно дождаться не только, пока иммунная система одолеет вирус, но и когда иммунная система сама утихомирится.

В Древнем Египте врачи лечили простуду прикладыванием смеси из меда, трав и ладана к области носа. Пятнадцать столетий спустя римский ученый Плиний Старший рекомендовал вместо этого потереть нос мышью. В Европе XVII в. одни медики применяли смесь пороха и яиц, другие – композицию из нутряного сала и прокаленного коровьего навоза. Упомянутый выше Леонард Хилл рекомендовал начинать день с холодного душа.

Ни один из этих методов не работал, но даже в наши дни доказанных способов лечения простуды не существует. В конце 1990-х некоторых исследователей обнадежило открытие, что цинк вроде бы мешал вирусам заражать клетки в чашках Петри. Вскоре аптеки принялись торговать цинковыми добавками без рецепта, хотя никому еще не удалось продемонстрировать этот эффект на людях. Позже некоторые клинические исследования на малых выборках как будто указывали, что цинк способен сократить течение простуды на пару дней. Но когда финский ученый по имени Харри Хемила провел по всем правилам эксперимент на 253 добровольцах, то не обнаружил никакой пользы. Более того, как сообщил Хемила в 2003 г., простуженные добровольцы, принимавшие цинк в таблетках, шли на поправку чуть дольше, чем те, кому достались таблетки из сахара.

Прочие популярные методы лечения простуды могут быть не только бесполезны, но даже вредны. Родители часто дают детям сироп от кашля, но исследования показывают, что он не ускоряет выздоровления. На самом деле сироп от кашля имеет широкий спектр редких, но серьезных побочных эффектов, таких как судороги, тахикардия и даже смерть. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США предупреждает, что детям до двух лет, которые простужаются чаще всего, не следует давать сироп от кашля.

Ошибочно также лечить простуду антибиотиками. Антибиотики предназначены для уничтожения бактерий и бесполезны против вирусов. Однако врачи, как это ни печально, часто прописывают их при простудах. Бывает, что по симптомам пациента сложно определить, что их вызвало – риновирус или бактерии. А иногда врачи поддаются давлению со стороны встревоженных родителей, которые требуют сделать хоть что-нибудь. Вред, причиняемый антибиотиками в таких случаях, не ограничивается одним пациентом – страдаем мы все. Наши организмы служат средой обитания для триллионов безвредных бактерий, а антибиотики могут способствовать эволюции устойчивых штаммов. Эти резистентные, устойчивые к антибиотикам, бактерии способны передавать свои гены болезнетворным микроорганизмам. В результате, когда нам и вправду понадобится действие антибиотиков, они могут нас подвести.

Одна из причин, по которой простуду так трудно лечить, возможно, в том, что мы недооценивали риновирус. У него есть множество форм, и ученые только начинают составлять истинное представление о его генетическом разнообразии. Клетка, производящая новые риновирусы, обычно делает ошибки при копировании вирусных генов. Из поколения в поколение различия между линиями вирусов накапливаются. К концу XX в. ученые описали десятки штаммов риновирусов. Они делятся на две основные линии, известные как HRV-A и HRV-B, или риновирусы человека A и B.

В 2006 г. Ян Липкин и Томас Бризе из Колумбийского университета опубликовали статью о том, как обнаружили у некоторых жителей Нью-Йорка с гриппоподобными симптомами риновирусы, не относившиеся ни к линии A, ни к линии B. Они составляли третью, ранее неизвестную линию, которую Липкин и Бризе назвали HRV–C. После их открытия исследователи стали находить эту разновидность по всему миру.

Чем больше штаммов открывают ученые, тем больше им становится известно об эволюционной истории риновирусов. Оказывается, некоторые гены у них эволюционируют очень быстро, пытаясь обогнать нашу иммунную систему. Один из видов оружия, который мы используем против вирусов, – антитела, молекулы, которые могут прикрепляться к поверхности вируса и всячески ему мешать. Мутации способны менять поверхность риновирусов так, что антитела к ним больше не прилипают. Наша иммунная система умеет вырабатывать новые антитела, но новые мутации позволяют вирусам каждый раз ускользать снова.

Эта скоростная эволюция привела к поразительному разнообразию риновирусов. Ежегодно каждый из нас может заразиться несколькими различными штаммами человеческого риновируса. Их эволюция расстраивает не только нашу иммунную систему, но и ученых, пытающихся создать противовирусные препараты для лечения простуды. Препарат, успешно подавляющий один штамм риновируса, может не помочь в борьбе с остальными. И всегда есть вероятность, что новая мутация сделает риновирус устойчивым к лекарству и он бурно размножится, в то время как другие вирусы вымрут.

Пусть у нас пока нет средства от обыкновенной простуды, не стоит отчаиваться. Хотя одни участки генома риновирусов эволюционируют ускоренно, другие почти не меняются. Мутация в этих частях генома риновируса может быть смертельной для него. Если специалисты сумеют точечно поразить эти уязвимые места риновируса, они смогут победить все риновирусы на Земле.

Но надо ли? На самом деле ответ неоднозначен. Человеческие риновирусы создают серьезную нагрузку на систему здравоохранения – не только тем, что вызывают простуду, но и тем, что открывают дорогу более опасным патогенам. Однако воздействие самого по себе человеческого риновируса достаточно безобидно. Чаще всего простуда проходит менее чем через неделю, а 40 % людей с положительным результатом теста на риновирус могут вообще чувствовать себя здоровыми. Более того, не исключено, что риновирусы приносят своим хозяевам-людям определенную пользу. Ученые собрали немало свидетельств того, что дети, переносящие неопасные вирусные и бактериальные заболевания, вырастая, оказываются менее подвержены иммунным нарушениям, таким как аллергии или болезнь Крона. Возможно, человеческие риновирусы помогают тренировать нашу иммунную систему, чтобы она не слишком бурно реагировала на слабые раздражители и вместо этого направляла атаку на реальные угрозы. Наверное, нам стоит думать о риновирусах не как о древних врагах, а как о мудрых старых наставниках.

Взирая на Землю со звезд

Нескончаемые перевоплощения гриппа

Инфлюэнца. Если закрыть глаза и произнести это слово вслух, звучит красиво. Такое название подошло бы живописной старинной итальянской деревушке. И правда, influenza – слово итальянское и означает «влияние». И действительно, оно дрéвнее и восходит к Средним векам. Но на этом симпатичные ассоциации заканчиваются. Болезнь получила свое название из-за убеждения средневековых врачей, будто на здоровье пациентов влияют звезды. Звезды могли наслать изнурительную лихорадку, обширные эпидемии которой вспыхивали каждые несколько десятилетий.

Инфлюэнца, то бишь грипп, не перестает приносить страдания. В 1918 г. особо заразный и опасный штамм гриппа распространился по планете и унес, по разным оценкам, жизни от 50 до 100 млн человек. Даже в обычные годы грипп собирает жестокую дань. По оценкам Всемирной организации здравоохранения, гриппом ежегодно заболевает миллиард человек, из которых от 290 000 до 650 000 умирают.

Современной науке известно, что в гриппе повинны не небеса, а микроскопический вирус. Как и риновирусы, вызывающие простуду, вирусы гриппа умудряются причинять вред, располагая очень малым количеством генетической информации – порядка десяти генов. Они распространяются с капельками, которые разбрызгивают больные, кашляя, чихая и сморкаясь. Попав в нос или горло, вирус гриппа прикрепляется к клеткам, выстилающим дыхательные пути, и проникает внутрь. Продвигаясь от клетки к клетке, вирусы гриппа оставляют за собой страшные следы. Слизь и клетки эпителия дыхательных путей выкашиваются вирусом, словно газонокосилкой.

У большинства людей эта свистопляска продолжается всего несколько дней. За это нужно сказать спасибо нашей иммунной системе. Точно так же, как она способна научиться вырабатывать антитела против риновирусов, она учится вырабатывать антитела против вирусов гриппа, нацеливаясь на их специфические белки. Один из самых распространенных способов, которыми антитела защищают нас от гриппа, – это прикрепиться к самым кончикам белковых молекул, выступающим над поверхностью вируса. С помощью этих кончиков вирусы цепляются к клеткам и проникают в них. Антитела мешают вирусам пробраться внутрь – как если бы на конец ключа налепили жвачку, чтобы он больше не мог открывать замок.

Увы, антитело, которое работает для одной разновидности гриппа, может оказаться бессильным против другой. Существует более 130 подтипов гриппа, циркулирующих среди людей, и в каждый гриппозный сезон какие-то из них преобладают в популяции вирусов. Если у вас уже есть антитела к определенному подтипу, вы им не заболеете или заболеете, но болезнь пройдет в легкой форме. Если же вас атакует другой подтип, вы можете ненадолго заболеть, пока ваш организм не выработает антитела, способные его остановить. А вирус постарается использовать это время для того, чтобы распространиться в легкие и вызвать более тяжелые последствия. В нормальных условиях верхний слой клеток (эпителий) служит защитой от широкого спектра патогенов. Патогены вязнут в слизи, и клетки захватывают их ресничками, быстро уведомляя иммунную систему о вторжении. Поскольку гриппозная газонокосилка выкашивает этот защитный слой, патогены могут пробраться глубже и вызвать опасные легочные инфекции, порой даже смертельные.

Вакцина от гриппа резко сокращает вероятность подобного трагического исхода. Она состоит из белков, которыми утыкана поверхность вирусов гриппа, и побуждает иммунную систему готовить антитела загодя, прежде чем мы подхватим настоящие вирусы. Минус в том, что для обеспечения наилучшей защиты вакцина должна точно соответствовать подтипу вируса. Из-за того, что подтипы ежегодно устраивают рокировки, приходится всякий раз в начале эпидемического сезона прививаться заново, обновляя защиту.

Чтобы уследить за всей этой чехардой, ученые собирают образцы вирусов у пациентов со всего мира и секвенируют их гены. Они наблюдают за возникновением новых мутаций, из-за которых белки вируса гриппа чуть-чуть меняются. Еще они следят за вирусной версией секса в наших дыхательных путях. Когда вирус, оседлавший капельку, заражает нового хозяина, иногда он попадает в клетку, уже занятую другим вирусом гриппа. А когда внутри одной клетки размножаются два различных вируса гриппа, все может усложниться.

Гены вируса гриппа хранятся в виде восьми отдельных сегментов. Когда хозяйская клетка начинает производить сегменты одновременно из двух различных вирусов, они порой смешиваются. Получившееся потомство несет генетический материал обоих вирусов. Такое смешение называется рекомбинацией (реассортацией). Когда у людей рождаются дети, родительские гены смешиваются, создавая новые комбинации из исходных двух наборов ДНК. Рекомбинация позволяет вирусам гриппа смешивать гены в новые самостоятельные комбинации – комбинации, помогающие им обходить нашу иммунную систему и быстрее распространяться от человека к человеку.

Каждые несколько десятилетий обычный калейдоскоп мутаций и рекомбинаций прерывается кое-чем похуже – пандемией. Возникает новый подтип гриппа, который охватывает планету и вызывает волну смертности. Первой в XX в. была пандемия 1918 г., за ней последовали другие – в 1957 г. (от 1 млн до 3 млн смертей), 1968-м (700 000 смертей) и 2009-м (363 000 смертей).

Однако эти новые подтипы гриппа попали к нам не со звезд. Они достались нам от птиц. Более ста различных видов пернатых могут быть инфицированы тем или иным вирусом гриппа. Они являются носителями почти всех известных штаммов человеческого гриппа наряду с огромным разнообразием других вирусов гриппа, не опасных для человека (по крайней мере, пока). У птиц вирусы гриппа, вместо того чтобы поражать дыхательные пути[1], проникают в кишечник, где могут затаиться, не причиняя вреда. С птичьим пометом они выходят наружу и заражают здоровых птиц, заглатывающих вирусы вместе с загрязненной водой.

Но иногда вирус птичьего гриппа оказывается в организме человека. Его можно подхватить на птицеферме или на рынке, где торгуют птицей. Рецепторы, посредством которых вирусы гриппа проникают в клетки птичьего кишечника, по форме напоминают рецепторы в наших дыхательных путях. Иногда вирусам птичьего гриппа удается прикрепиться к ним и проникнуть внутрь.

Впрочем, чаще всего такие вторжения заканчиваются неудачей. Гены, необходимые вирусу птичьего гриппа для выживания, отличаются от тех, которые нужны для пребывания в человеческом организме. В частности, человеческое тело холоднее, чем птичье, и эта разница означает, что молекулы для эффективной работы должны быть другой формы. В результате вирусы птичьего гриппа в нашем организме размножаются медленно, становясь легкой добычей для иммунной системы. Кроме того, они приспособлены к существованию в птичьем кишечнике и распространению через воду, а значит, мало пригодны для передачи воздушно-капельным путем от человека к человеку. По причине этой нестыковки птичий грипп редко курсирует между людьми. Так, появившийся в 2005 г. штамм птичьего гриппа H5N1 заставил болеть сотни людей в Юго-Восточной Азии. Но хотя для самих зараженных вирус оказался очень опасным, похоже, ему крайне редко удается передаваться от человека к человеку.

Однако время от времени вирусам птичьего гриппа удается приспособиться к нашему организму. Они могут приобрести мутации, позволяющие им оперативно пользоваться нашими клетками для производства новых вирусов. Благодаря реассортации они могут завладеть целыми генами и стать гибридами птичьего гриппа с человеческим. Новый штамм, возникший из такой комбинации, может обладать способностью легко передаваться от человека к человеку. Но, поскольку прежде он не циркулировал среди людей, ни у кого из нас нет защиты, замедляющей его распространение.

Происхождение каждой из пандемий гриппа остается неясным, но лучше всего изучена последняя, в 2009 г. Ее история восходит еще к великой пандемии 1918 г. Возникший тогда подтип H1N1 перешел от людей к свиньям и продолжал заражать свиней еще долгое время спустя после окончания человеческой пандемии. По международным торговым путям свиней завозили в разные страны – так подтип H1N1 проникал в новые стада и заодно мутировал.

В 1990-е гг. свиней из Европы и Северной Америки импортировали в Мексику. В каждой партии животных был собственный штамм H1N1. В Мексике американский и европейский штаммы гриппа объединились – произошла рекомбинация в организме свиней. Затем этот рекомбинантный вирус H1N1 обменялся генами с другим подтипом, H3N2, вероятно подхваченным от птиц. Этот тройной гибрид продолжал циркулировать среди мексиканских свиней еще несколько лет. По оценкам ученых, к человеку он пришел осенью 2008 г. Еще несколько месяцев вирус распространялся среди людей исподволь, пока наконец его не заметили следующей весной.

Появление новой разновидности гриппа, получившей название мексиканского свиного гриппа 2009 H1N1, вызвало панику у работников здравоохранения. Невозможно было заранее вообще предсказать, на что он способен. Вдруг грипп окажется таким же тяжелым, как в 1918 г.? Если бы грядущая пандемия сулила даже малую толику смертей по сравнению с урожаем предыдущей пандемии, катастрофа была бы неизбежна. Поэтому государственные службы здравоохранения запустили всемирную кампанию по защите людей от инфекции.

На беду, вирус оказался чрезвычайно заразным. Другая беда заключалась в том, что потребовалось несколько месяцев на создание новой вакцины против штамма 2009 H1N1, а защиту она обеспечивала весьма умеренную. В результате вирус 2009 H1N1 сумел распространиться по всем странам и заразить от 10 до 20 % всего населения Земли. Впрочем, к удивлению и облегчению ученых, он оказался не слишком опасным. Хотя гибель 363 000 человек нельзя игнорировать, важно понимать, что жертв могло быть намного больше.

Сейчас, в 2021 г., когда я пишу эти строки, мы ожидаем очередной пандемии гриппа. Вирусы гриппа обмениваются генами и эволюционируют в организмах миллиардов птиц – на птицефермах, на морских побережьях, в местах остановок перелетных птиц по всему земному шару. Однажды с ними прилетит и новый рецепт. Пройдет ли все легко, как в 2009 г., или плачевно, как в 1918 г., наука предсказать не в силах. Но мы не беспомощны в ожидании того, что припасла нам эволюция. Каждый из нас может делать то, что замедляет распространение гриппа, – например, мыть руки. А ученые постигают способы разрабатывать более эффективные вакцины, прослеживая эволюцию вируса гриппа, чтобы точнее предсказывать, какие штаммы будут наиболее опасны в следующих сезонах. Пусть мы пока не одержали окончательной победы над гриппом, но по крайней мере нам больше не нужно взывать к звездам с мольбой о защите.

Рогатые кролики

Вирус папилломы человека и инфекционный рак

Байки о рогатых кроликах гуляли веками. В конце концов они выкристаллизовались в миф о кролене. Если вам случится оказаться в штате Вайоминг и крутануть стойку с открытками, в конце концов вам, скорее всего, попадется на глаза изображение кролика, отрастившего пару оленьих рогов. Зайдя в какое-нибудь кафе, вы сможете даже увидеть кроленя во плоти – по крайней мере, его голову, громоздящуюся на стене.

На первый взгляд это чистое надувательство. Кролени на стенах и открытках – не более чем таксидермический фокус – это кроличьи головы с приклеенными оленьими рогами. Но, как часто бывает, сказка ложь, да в ней намек. У некоторых настоящих кроликов действительно бывают наросты наподобие рогов.

В начале 1930-х гг. исследователь из Рокфеллеровского института по имени Роберт Шоуп прослышал о рогатых кроликах во время охотничьего тура. Вернувшись в Нью-Йорк, он поручил своему знакомому поймать одно из этих диковинных существ и прислать ему образец рога. Шоуп собирался тщательно изучить его у себя в лаборатории. У него были основания подозревать, что на самом деле это опухоль.

На эти подозрения Шоупа навел его коллега по Рокфеллеровскому институту Фрэнсис Раус. Более двадцати лет назад, в 1909 г., к Раусу пришла хозяйка птицефермы на Лонг-Айленде. Она принесла курицу плимутрокской породы, у которой из грудной кости выпирал внушавший тревогу нарост. Хозяйка беспокоилась, не связано ли это с какой-нибудь инфекцией, способной распространиться на остальное поголовье.

Раус измельчил нарост, развел в воде и процедил через тонкопористый фильтр. Как и Бейеринк ранее, он обнаружил, что получилась заразная живая жидкость. С ее помощью он мог заражать других кур, провоцируя у них развитие таких же наростов. Но, рассмотрев эти наросты под микроскопом, Раус удивился. Это были опухоли. Ученый открыл вирус, вызывающий рак. Но когда он опубликовал свои открытия, большинство коллег встретило их скептически. Сама идея шла вразрез со всеми тогдашними знаниями и о вирусах, и о раке. Их скептицизм лишь укрепился, когда Раус попытался найти вызывающие рак вирусы у других животных и ничего не нашел.

Когда Шоуп услышал о кроленях, он задумался, не это ли животное искал Раус. Как только рога кроленя были доставлены в Нью-Йорк, Шоуп повторил опыт Рауса. Он измельчил рога, изготовил из них раствор, а затем пропустил жидкость сквозь фарфоровый фильтр. Тонкие поры фарфора пропускали лишь вирусы. Затем Шоуп натер отфильтрованным раствором головы здоровых кроликов. У них тоже выросли рога. Этим экспериментом Шоуп не просто показал, что рога содержат вирусы. Он доказал, что вирусы создавали рога, сооружая их из пораженных клеток.

Потом Шоуп передал свою коллекцию кроличьей ткани Раусу, который изучал ее еще несколько десятилетий. Кролики, по-видимому, передавали друг другу вирус при физическом контакте, что объясняло образование опухолей на их коже. Рауса заинтересовало, какое воздействие вирус может оказать на другие органы. Чтобы узнать это, он ввел зараженную вирусом жидкость вглубь организма кроликов. Вместо безвредных рогов вирус вызвал рост агрессивных раковых клеток, убивших животных. За свое исследование, установившее связь между вирусами и раком, в 1966 г. Раус получил Нобелевскую премию по медицине.

Открытия Шоупа и Рауса заставили ученых обратить внимание на новообразования у других животных. У коров иногда появляются уродливые шишки из деформированной кожи, размером с грейпфрут. У многих млекопитающих, от дельфинов и тигров до человека, вырастают бородавки. А в редких случаях бородавки способны превращать людей в человеческих кроленей.

В начале 1980-х гг. у индонезийского мальчика по имени Деде Косвара на колене стали появляться бородавки. Вскоре они распространились на остальные части тела. Прошло еще немного времени, и бородавками полностью обросли его ладони и стопы, превратившись в гигантские клешни. В конце концов он потерял трудоспособность и был вынужден выступать в цирке уродов под прозвищем Человек-Дерево. Заметки о Деде стали появляться в прессе, и в 2007 г. врачи удалили с его тела 6 килограмм бородавок. Но они вырастали снова, и Деде пришлось перенести еще несколько операций, пока в 2016 г. он не скончался в возрасте 45 лет.

Как выяснилось, наросты Деде, так же как и другие аналогичные образования у людей и животных, вызывал один и тот же вирус – такой же, из-за которого растут рога у кроликов. Его называют папилломавирусом (от лат. papilla – бугорок) из-за наростов, которые образуют зараженные клетки.

Вначале казалось, что вирусы папилломы человека (ВПЧ) не представляют серьезной проблемы для здравоохранения. Такие случаи, как у Деде, редкость, а обычные бородавки, хотя и широко распространены, как правило, безобидны. Но в 1970-е гг. немецкий исследователь Харальд цур Хаузен предположил, что в действительности папилломавирусы могут представлять куда большую угрозу. Он заподозрил, что они вызывают рак шейки матки, от которого ежегодно умирает свыше 300 000 женщин.

У женщин с этим диагнозом опухоли появляются на шейке матки – в тканях, соединяющих матку с вагиной. Разрастаясь, опухоль способна повредить окружающую ткань, даже вызвать у женщины прободение кишечной стенки, кровотечение и смерть. При изучении женщин, больных раком шейки матки, наблюдались странные закономерности. Казалось, заболевание можно отнести к венерическим. Например, у монахинь рак шейки матки встречался намного реже, чем у других женщин. Некоторые ученые предполагали, что вирус распространяется половым путем. Цур Хаузен задумался, не повинны ли в этом папилломавирусы, способные вызывать опухоли.

Если это так, рассуждал цур Хаузен, то в опухолях шейки матки должна обнаружиться вирусная ДНК. Он собрал биоптаты и занялся расшифровкой их ДНК. Научные технологии в 1970-е гг. были примитивны, и на исследования ушло много лет. Наконец в 1983 г. в части образцов он обнаружил ДНК папилломавируса. Благодаря своей работе цур Хаузен стал одним из лауреатов Нобелевской премии по физиологии и медицине 2008 г.

Открытие цур Хаузена побудило несколько поколений ученых изучать папилломавирусы и их необычный способ овладевать нашими клетками. ВПЧ специализируется на поражении ткани в нашем организме, известной как эпителий. Эпителиальные клетки выстилают нашу кожу, глотку и мембраны во всем теле. Эти клетки уложены слоями, причем самые старые слои лежат сверху, а самые молодые снизу. По мере того как верхний слой эпителия отмирает и мертвые клетки отшелушиваются, нарастают новые и занимают место прежних.

Чтобы поселиться в нашем организме, ВПЧ проникает сквозь трещинки эпителия и пробирается вглубь, к самым нижним и молодым слоям. Заразив очередную клетку, он не убивает ее сразу, как риновирусы или вирусы гриппа. Вместо этого ВПЧ использует совершенно иную стратегию выживания: вирус сохраняет своему новому хозяину жизнь и даже помогает клетке размножаться быстрее.

Ускорить деление клетки – задача нешуточная, тем более для вируса, у которого всего восемь генов. Ему приходится провести ряд удивительно сложных химических реакций. Клетка «решает» делиться в ответ на сигналы как извне, так и изнутри, мобилизуя армию молекул для перестройки своего содержимого. Ее внутренний скелет из филаментов перестраивается, растаскивая содержимое клетки по двум полюсам. Одновременно с этим клетка синтезирует новую копию своей ДНК – в общей сложности свыше 3 млрд «букв», собранных в 46 отдельных связок, называемых хромосомами. Клетке необходимо разделить два набора хромосом и соорудить между ними стенку. Во время этих хлопот специальные белки надзирают за тем, как продвигается дело. Если эти белки чувствуют, что клетка растет слишком быстро – возможно, из-за дефектного гена, – они могут заставить ее совершить самоубийство. Таким образом они по многу раз на дню спасают нас от рака. Кроме того, скорость деления эпителиальных клеток меняется, когда они поднимаются на поверхность. Они делятся медленнее и перенаправляют ресурсы на синтез твердого белка – кератина. Затем они умирают и образуют защитный слой поверх более нежных клеток нижележащего эпителия.

ВПЧ основательно переделывает хозяйскую клетку. Вирус выводит из строя «тормоза», которые обычно удерживают скорость ее роста в положенных рамках. Отключая в клетке отслеживающие рак белки, он не дает им распознать, что что-то пошло не так. Вырастая, клетка не умирает, а продолжает размножаться – и появляется комочек пораженной вирусом ткани. Приближаясь к поверхности, все эти клетки вдруг начинают вырабатывать огромное количество новых папилломавирусов. Выйдя на поверхность, клетки вскрываются и выпускают ВПЧ наружу.

Эта стратегия оказалась необычайно успешной для ВПЧ. Большинство детей уже с первых дней после рождения становятся жилищем для вируса. Когда отмершая кожа слущивается, вирус разлетается с частицами пыли и попадает к новым хозяевам. Так же легко он распространяется половым путем – более 80 % сексуально активных людей хотя бы однажды заражается ВПЧ таким способом. Как правило, зараженные клетки добираются до поверхности и отмирают, прежде чем могут вызвать проблемы.

Наша собственная иммунная система тоже помогает обуздать вирус. Зараженные клетки подают сигнал тревоги, выталкивая на поверхность фрагменты вирусных белков. Оказавшиеся рядом иммунные клетки распознают этот сигнал и дают зараженной клетке команду совершить самоубийство – а вместе с ней гибнут и вирусы внутри. В результате подавляющее большинство людей вообще не страдает от заражения ВПЧ. Беда, случившаяся с Деде, демонстрирует, что происходит, когда иммунная система не в состоянии удержать ВПЧ под контролем. Редкое генетически обусловленное состояние – бородавчатая эпидермодисплазия – отключает сеть коммуникаций между клетками эпителия и надзирающими за ними иммунными клетками. Зараженные клетки размножаются гораздо быстрее, чем отмирают, создавая древоподобные наросты.

Куда более распространенное нарушение возникает, когда ВПЧ удается надолго закрепиться в эпителии. Тогда он не отшелушивается через несколько месяцев, а образует агрессивную массу инфицированных клеток, которая перерождается в опухоль. Хотя чаще всего ВПЧ вызывает рак шейки матки, это случается и с другими тканями – вирус способен также вызывать опухоли вагины, пениса и глотки.

Однако с большинством своих хозяев папилломавирусы поддерживают мирное сосуществование, причем вот уже более 400 млн лет. Ученые обнаружили сотни видов папилломавирусов, поражающих других животных – не только млекопитающих, но и птиц, рептилий, даже рыб. Генетические различия, накопившиеся в ветвях родословного древа папилломавируса, огромны. Все данные указывают на то, что наши водные предки уже были заражены этим вирусом. Пока они давали начало различным группам животных, папилломавирусы приспосабливались к меняющейся биологии своих хозяев.

У приматов – той ветви эволюционного древа, к которой принадлежим и мы, – можно проследить параллельные пути эволюции вируса и его хозяев. Примерно 40 млн лет назад предки обезьян, обитающих в Центральной и Южной Америке, отделились от предков мартышек и человекообразных Африки, Европы и Азии. Папилломавирусы ныне живущих приматов демонстрируют такое же размежевание. Например, наши папилломавирусы генетически ближе к вирусам павианов из Кении, чем к вирусам обезьян-ревунов Амазонии.

Около 7 млн лет назад эволюционная ветвь, идущая к людям, отделилась от шимпанзе и других человекообразных. Наши предки стали ходить на двух ногах, использовать орудия труда и распространились на обширной территории Африки. Примерно полмиллиона лет назад наша линия разделилась на две. Одна ветвь вышла из Африки и дала начало неандертальцам и еще одной сходной группе людей – денисовцам. Оставшиеся в Африке около 300 000 лет назад дали начало нашему виду. Лишь позднее, приблизительно 60 000 лет назад, предки неафриканских народов распространились из Африки в Азию, Австралию и Европу. Неандертальцы и денисовцы тысячи лет сосуществовали с современными людьми и окончательно вымерли только около 40 000 лет назад. Наша ДНК содержит летопись этого сосуществования. Небольшая доля нашего генетического материала совпадает с ДНК неандертальцев и денисовцев, обнаруженной в их ископаемых остатках.

Лучшее объяснение этого совпадения состоит в том, что современные люди скрещивались с неандертальцами и денисовцами до их вымирания. Это объяснение помогает разобраться и в некоторых странных закономерностях генетики наших папилломавирусов. Определенные штаммы вируса, распространенные в наше время за пределами Африки, редко встречаются среди африканцев. Однако у этих неафриканских вирусов есть специфические мутации, указывающие на их происхождение от древних линий, возникших задолго до расселения человечества из Африки. По-видимому, современные люди заразились ВПЧ, занимаясь сексом с неандертальцами и денисовцами, и с тех пор передают эти патогены из поколения в поколения вот уже десятки тысяч лет.

Однако остается загадкой главная особенность эволюции ВПЧ: как вирус приобрел способность вызывать у людей смертельные раковые заболевания. Рога, отрастающие у кроликов по вине папилломавирусов, смотрятся жутковато, но они доброкачественные. Вероятно, за пределами нашего вида, частота злокачественных перерождений, связанных с вирусом, существенно меньше. Кроме того, за большинство случаев рака у людей отвечают лишь немногие из известных штаммов ВПЧ. Почему они превращают клетки эпителия в раковые – на этот вопрос еще предстоит ответить.

Пусть даже пока нам многое неизвестно о ВПЧ, мы знаем уже достаточно, чтобы иметь возможность сделать нечто прежде немыслимое: искоренить один вид рака с помощью прививки. Когда речь идет о предотвращении рака, нам привычнее слышать советы не курить или избегать химических мутагенов. Но после того, как ученые обнаружили канцерогенный потенциал ВПЧ, они поняли, что его можно остановить. В 1990-е гг. началась разработка вакцины на основе белков из капсида ВПЧ. У вакцинированных иммунная система активно атакует ВПЧ до того, как он запускает перерождение зараженных клеток эпителия в раковые. Клинические испытания продемонстрировали, что вакцина обеспечивает практически полную защиту от двух наиболее распространенных канцерогенных штаммов вируса. В 2006 г. вакцины от ВПЧ были одобрены к применению.

Австралия быстро запустила первую государственную программу в 2007 г., и вскоре там было привито 70 % мальчиков и девочек 12–13 лет. За три года количество предраковых новообразований шейки матки у австралийских девушек до 18 лет сократилось на 38 %. В Шотландии исследование 2019 г. показало, что вакцинация сократила число тяжелых случаев опухолей на 89 %. В странах с последовательными государственными программами вакцины против ВПЧ продемонстрировали такую эффективность, что, вероятно, в ближайшие годы на территории этих стран заболевание будет полностью побеждено. Увы, есть много других стран – и в их числе богатейшая страна мира, США, – которые плетутся в хвосте. Тысячи женщин заболевают вирусным раком, который можно было предотвратить.

Возможно, в будущем мы победим и другие формы рака благодаря специальным вакцинам. Исследования показывают, что ВПЧ не единственный вирус, способный вызывать рак. Так, поражающие печень вирусы гепатитов способны приводить к раку печени, а вирус Эпштейна – Барр может вызывать опухоли пищевода и желудка. Всего, по оценкам ученых, 11 % случаев рака вызвано вирусами – и все они потенциально предотвратимы с помощью прививок.

Но даже если прививать всех девочек-подростков, рак шейки матки может не исчезнуть окончательно. В конце концов, вакцина против ВПЧ направлена лишь против двух штаммов, вызывающих основную долю опухолей. Ученые выделили еще 13 канцерогенных штаммов ВПЧ и, скорее всего, будут открывать новые. Если прививки резко сократят численность двух наиболее успешных штаммов, естественный отбор вполне может поспособствовать эволюции других штаммов, которые займут их место. Никогда не стоит недооценивать эволюционные творческие способности вируса, умеющего превращать кроликов в кроленей, а людей в деревья.

Везде и во всем

Враг нашего врага

Бактериофаги как лекарство на основе вируса

К началу XX в. ученым было известно о вирусах несколько важных вещей. Они знали, что вирусы – инфекционные агенты невообразимо малых размеров. Знали, что определенные вирусы вызывают определенные заболевания вроде табачной мозаики или бешенства. Но вирусология, молодая наука, все еще оставалась узконаправленной. Она сосредоточивала внимание в основном на вирусах, больше всего досаждавших человечеству – вызывающих болезни у людей, а также у сельскохозяйственных культур и скота, от которых зависели люди. Вирусологов редко интересовало что-то за пределами сферы наших непосредственных интересов. Но в годы Первой мировой войны два врача сумели приоткрыть окошко в более обширную вселенную вирусов, в которой мы живем.

Эту вселенную в 1915 г. Фредерик Туорт открыл для себя, можно сказать, случайно. На тот момент он искал более простой способ получения вакцин от оспы. В начале XX в. стандартная вакцина от этого заболевания содержала относительно безопасного родича вируса натуральной оспы, называемого вакцинией. Когда врачи вводили вакцинию людям, их иммунная система вырабатывала антитела, обезвреживающие не только коровью оспу, но и натуральную. Туорт решил проверить, сможет ли он выращивать вирус коровьей оспы в больших количествах, заражая культуры клеток в чашках Петри.

Его опыты окончились неудачей: попавшие в чашки бактерии погубили его клеточные культуры. Но огорчение Туорта не помешало ему заметить кое-что необычное. Он обратил внимание, что колонии бактерий, заполонившие его чашки, испещрены стекловидными пятнышками. Под микроскопом Туорт разглядел, что пятна усеяны погибшими микробами. Он собрал крошечные капельки со стекловидных участков и перенес их в живые бактериальные колонии. За считаные часы образовались новые стекловидные пятна с новыми мертвыми бактериями. Но когда Туорт повторил то же самое с другим видом бактерий, никаких пятен не появилось.

Туорт сумел придумать лишь три объяснения тому, что наблюдал. Это могла быть какая-то необычная особенность жизненного цикла данных бактерий. Или бактерии могли совершить самоубийство, выделяя смертельные ферменты. В третью возможность было поверить труднее всего: вероятно, Туорт открыл вирус, уничтожающий бактерии.

Туорт опубликовал свои результаты, перечислил три варианта и на этом оставил вопрос открытым. Но спустя два года врач канадского происхождения Феликс д'Эрелль независимо сделал то же открытие и понял, что он в действительности открыл.

В 1917 г. д'Эрелль состоял в должности военного врача и лечил французских солдат, умиравших от дизентерии. Дизентерия вызывает опасный для жизни понос; ее возбудители – бактерии из рода шигелл. Современные врачи умеют лечить дизентерию и другие бактериальные инфекции антибиотиками, но эти препараты появились лишь спустя десятилетия после Первой мировой войны. Д'Эрелль был в отчаянии оттого, что не мог помочь своим пациентам. Чтобы лучше узнать своего врага, д'Эрелль занялся изучением диареи.

Он пропустил фекалии солдат сквозь тонкопористые фильтры, задерживавшие шигеллы и любые другие бактерии, содержавшиеся в них. Сквозь поры могли пройти лишь вирусы и отдельные молекулы. Получив прозрачную, свободную от бактерий жидкость, д'Эрелль смешал ее со свежим образцом шигелл и высеял смесь бактерий и чистой жидкости в чашках Петри. Шигеллы пошли в рост, но через несколько часов д'Эрелль заметил, что в колониях стали образовываться стекловидные бляшки.

Д'Эрелль взял образцы с бляшек и снова подмешал их к шигеллам. В чашках образовались новые бляшки. Д'Эрелль заключил, что перед ним миниатюрные поля боя, где вирусы убивают шигеллы и оставляют на своем пути полупрозрачные трупики.

В то время эта идея казалась радикальной, ведь вирусологам были известны только вирусы, поражающие растения и животных. Д'Эрелль решил, что его вирусы заслуживают специального названия. Он окрестил их бактериофагами, то есть «поедателями бактерий». Сейчас их для краткости называют просто фагами.

Иммунолог Жюль Борде, лауреат Нобелевской премии, прочел отчет д'Эрелля о его открытии и решил поискать другие бактериофаги. Борде работал в мирное время, а не в военное и не использовал шигеллы, полученные от больных солдат. Вместо них он выбрал безвредную любимицу лабораторных исследователей – кишечную палочку. По примеру д'Эрелля Борде процедил суспензию кишечной палочки сквозь тонкопористые фильтры, чтобы выделить любые фаги, которые та могла содержать. Затем он смешал отфильтрованную жидкость со второй культурой кишечной палочки. Вторая культура погибла точно так же, как бактерии в опытах д'Эрелля.

Но затем Борде предпринял шаг, которого не сделал д'Эрелль. Он решил посмотреть, что произойдет, если добавить отфильтрованную жидкость в колонии его первой культуры кишечной палочки – той, которую он фильтровал вначале. Если в жидкости содержались фаги, они должны были уничтожить и эти бактерии. К удивлению Борде, бляшек не появилось. Первая культура кишечной палочки была устойчива по отношению к тому, что погубило вторую. Эта неожиданность привела Борде к выводу, что д'Эрелль заблуждался – фагов не существует. На самом деле, утверждал Борде, бактерии выделяют токсичные белки, способные убивать другие микроорганизмы, но не их самих.

Д'Эрелль высказал Борде свою критику, Борде нанес ответный удар, и страсти бушевали еще много лет. Лишь в 1940-е гг. ученые наконец нашли зримое подтверждение правоты д'Эрелля. Испытывая на жидкости из стекловидных бляшек электронные микроскопы, они обнаружили вирус странной формы – с капсидом в виде коробочки, расположенной на кончиках палочковидных белковых молекул, напоминающих паучьи лапки.

Фаги приземлялись на поверхность кишечной палочки, словно луноходы на Луну, и ввинчивались в бактерию, впрыскивая внутрь свою ДНК.

Борде потерпел поражение, сделав ошибочный вывод из своего эксперимента, так как ему не было известно, что у фагов бывает два совершенно различных жизненных цикла. Фагам д'Эрелля для репликации приходилось убивать своих хозяев. Они заражали бактерии и тут же заставляли их производить новые фаги, которые вырывались наружу, оставляя позади лопнувшие оболочки. Таких убийц вирусологи называют литическими фагами.

Однако Борде изучал умеренных фагов – тип вирусов, способных незаметно сосуществовать со своим хозяином и сохранять ему жизнь. Умеренные фаги ведут себя с бактериями так, как человеческие папилломавирусы ведут себя с нашими клетками кожи. Когда умеренный фаг поражает хозяина – бактериальную клетку, та включает гены вируса в собственную ДНК. Зараженная бактерия продолжает расти и делиться, воспроизводя гены вируса вместе с собственными. Вирус и хозяин словно становятся единым целым.

Но умеренные фаги остаются скрытой угрозой. Если пораженные бактерии внезапно испытывают какой-либо стресс, этот сигнал стимулирует их считывать гены сидящего внутри них фага и производить новые вирусы. Фаги покидают лопнувшую клетку и ищут новых уязвимых хозяев. Но они способны заразить только те микроорганизмы, которые еще не стали носителями других умеренных фагов. Эксперимент Борде провалился потому, что его первая популяция бактерий обладала иммунитетом к вирусам.

Не дожидаясь завершения дебатов о фагах, д'Эрелль принялся испытывать их в качестве средства от дизентерии. Если дать пациентам добавочную дозу фагов, возможно, они смогут одолеть все бактерии и избавиться от инфекции. Прежде чем проверить эту гипотезу, д'Эрелль должен был убедиться, что фаги безопасны. Он отфильтровал взвесь шигелл, чтобы получить порцию фагов, и выпил их, «не отметив при этом ни малейшего недомогания», как писал впоследствии. Затем д'Эрелль ввел себе жидкость с фагами подкожно, снова без всяких вредных последствий.

Уверившись, что фаги безопасны, д'Эрелль стал применять «лечение фагами» к больным. Он сообщил, что оно способствует выздоровлению от дизентерии. Он испытал его на других бактериальных заболеваниях, типа холеры, и снова сообщил об успехах. Когда четверо пассажиров французского судна в Суэцком канале заболели бубонной чумой, д'Эрелль дал им фаги. Все четверо выздоровели.

Уже раньше открытие бактериофагов принесло д'Эреллю славу в научных кругах, но теперь факты излечения сделали его настоящей знаменитостью. Американский писатель Синклер Льюис положил его историю в основу романа 1925 г. «Эрроусмит», ставшего бестселлером и экранизированного в Голливуде в 1931 г. Тем временем д'Эрелль разрабатывал на основе фагов лекарства, которые продавала компания, ныне известная как L'Oréal. Толпы покупателей приобретали фаги для лечения кожных травм и кишечных инфекций.

Но фаговый бум продлился недолго. В 1930-е гг. ученые открыли первые антибиотики – вещества, вырабатываемые грибами и бактериями и способные подавлять инфекции. Врачи с энтузиазмом переключились на эти безопасные, надежные препараты. Антибиотики вскоре доказали свою удивительную эффективность, к тому же гарантированную. Рынок фаготерапии сдулся, и большинство ученых не видели особого смысла в дальнейших исследованиях.

Но мечта д'Эрелля не погибла. В 1920-е гг., во время своей поездки в СССР, так как он все же был светилом медицины, он познакомился с учеными, которые хотели создать целый институт исследований фаготерапии. В 1923 г. в Тбилиси при участии д'Эрелля был основан Научно-исследовательский институт микробиологии, вирусологии и иммунологии им. Георгия Элиавы. В лучшие годы институт располагал 1200 сотрудниками и производил тонны фагов ежегодно. Во время Второй мировой войны СССР отправлял фаги в порошках и таблетках на фронт, где их давали солдатам для лечения инфекций. В 1963 г. сотрудники института даже провели обширное клиническое исследование, чтобы продемонстрировать действенность фаготерапии. Всем детям в Тбилиси раздали таблетки: те, что жили по одну сторону улицы раз в неделю получали таблетку с фагами, а те, что по другую сторону, – обычный сахар. Всего в исследовании участвовало 30 769 детей, за которыми наблюдали на протяжении 109 дней. Среди получивших сахарную таблетку заболеваемость дизентерией составила 6,7 случая на 1000. Среди тех, кому досталась таблетка с фагами, этот показатель упал до 1,8 на 1000. Прием фагов сократил вероятность заболевания у детей в 3,8 раза.

Если бы подобное исследование провели на Западе, возможно, ученые пересмотрели бы свое отношение к фаготерапии. Но из-за завесы секретности, которой советская власть окружила науку в своей стране, мало кто знал о ней за пределами Грузии. Только после распада СССР в 1991 г. на Западе узнали об истинном масштабе замечательных исследований, проводившихся в Тбилиси. К тому времени инфекционисты наконец всерьез заинтересовались альтернативами антибиотикам. Чудо-препараты стали подводить, антибиотикорезистентность встречалась все чаще. Врачи замечали, что самые безопасные, самые надежные антибиотики не справлялись с инфекцией. Приходилось прибегать к резервным препаратам, более дорогим и порой дающим опасные побочные эффекты.

К 1990-м гг. ряд исследователей всерьез обратили внимание на фаготерапию. Но они отмечали трудности, препятствующие ее введению в медицинскую практику. Например, многообразие видов и штаммов фагов чрезвычайно велико и каждый из них точно приспособлен к конкретной бактерии-хозяину. Даже если фаг показал эффективность против одного штамма патогена, он может не справляться с остальными.

К тому же скептики опасались, что фаги, подобно антибиотикам, станут жертвой резистентности. В 1940-е гг. микробиологи Сальвадор Лурия и Макс Дельбрюк самолично наблюдали, как у бактерий развивается устойчивость к фагам. Когда они пропитали культуру кишечной палочки фагами, большинство бактерий погибло, но некоторые выжили, затем размножились и породили новые колонии. Дальнейшие исследования показали, что у выживших появились мутации, позволившие им устоять против фагов. Затем резистентные бактерии передали свои мутантные гены потомкам. Критики утверждали, что фаготерапия превратит наш организм в подобие чашки Петри, где бактерии смогут вырабатывать устойчивость к фагам.

В XXI в. исследователи фаготерапии опровергли некоторые из этих опасений. Фаги действительно привередливы в выборе хозяев, но это не мешает использовать фаготерапию для лечения широкого спектра инфекционных заболеваний. В частности, ученые из института Элиавы разработали пластырь для ран, засеянный шестью разными видами фагов, способными уничтожать шесть наиболее распространенных видов бактерий, из-за которых возникает заражение кожных ран. Кроме того, исследователи создают коллекции фагов, которые можно испытывать на бактериях каждого конкретного пациента, чтобы подобрать тот, что подействует.

Обнаруживая новые фаги, ученые открывают виды, способные обеспечить новые способы поражения бактерий. Исследователь из Йельского университета Бен Чан и его коллеги открыли фаг, проникающий в клетку бактерии через ее мембранный насос. Интересно, что этот же насос бактерия использует для того, чтобы выводить наружу антибиотики, прежде чем они сумеют причинить ей вред. Бактерия может стать более устойчивой к антибиотикам, отращивая дополнительные насосы.

Чан и его команда испытали свой новый фаг в чашке с бактериями. Если они подсаживали к бактериям фаг, те эволюционировали в сторону уменьшения количества насосов, чтобы фагу было труднее заразить их. Но, уменьшив число насосов, они становились более уязвимыми для антибиотиков. Результаты исследования предполагают, что фаги вместе с антибиотиками могут загнать бактерии в ловушку эволюционного конфликта. Вскоре Чан с коллегами применили эту комбинацию к мужчине с хронической сердечной инфекцией, вызванной резистентными бактериями. Бактерии стали уязвимы для антибиотиков – и он выздоровел.

Конечно, испытание на единственном пациенте доказывает эффективность и безопасность фаготерапии не больше, чем во времена д'Эрелля. Но Чан и другие ученые уже проверяют на других пациентах, поможет ли им лечение фагами, а некоторые исследователи приступили к клиническим испытаниям. Некоторые государственные службы теперь стремятся облегчить эти исследования, устанавливая правила, поощряющие их применение вместо лекарств. Более чем через век после того, как д'Эрелль впервые столкнулся с бактериофагами, эти вирусы, возможно, наконец готовы занять свое место в современной медицине.

Инфицированный океан

Как морские фаги правят водами мира

Некоторые великие открытия поначалу кажутся заблуждением.

В 1986 г. Лита Проктор, аспирантка Нью-Йоркского университета в Стоуни-Брук, решила узнать, сколько вирусов обитает в морской воде. В то время общепринятым было мнение, что едва ли они вообще там могут быть. Те немногочисленные исследователи, которые снизошли до поисков вирусов в океане, обнаружили ничтожное количество. Большинство специалистов полагало, что в основном вирусы, найденные ими в морской воде, на самом деле попали туда из канализации и других наземных источников.

Но со временем стали появляться данные, которые не вписывались в общепринятые взгляды. Так, специалист по морской биологии Джон Сиберт опубликовал фотоснимок морской бактерии, извергающей новые вирусы. Проктор решила предпринять систематический поиск и узнать, сколько именно вирусов обитает в океане. Она отправилась в Карибское и Саргассово моря, собирая в ходе экспедиции пробы воды. Вернувшись на Лонг-Айленд, она тщательно извлекла из морской воды биологический материал и покрыла частицами металла, чтобы его было видно под лучом электронного микроскопа. Когда Проктор наконец взглянула на свои образцы, ее глазам предстал мир вирусов. Одни свободно плавали, другие скрывались внутри бактерий. Подсчитав численность вирусов в своих образцах, Проктор сделала вывод, что каждый литр морской воды содержит до 10 млрд вирусов.

Полученная Проктор цифра значительно превышала оценки предшественников. Но когда другие ученые продолжили ее исследования и провели собственные расчеты, у них получились сходные значения. Они находили вирусы, притаившиеся в глубоководных желобах, и вирусы, замурованные во льдах арктических морей. Ученые пришли к выводу, что в океане обитает примерно 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 вирусов.

Трудно найти объект для сравнения, чтобы представить себе, насколько это громадное число. Вирусов в океане в 100 млрд раз больше, чем песчинок на всех пляжах мира. Если взвесить все вирусы океанов, получится вес 75 млн синих китов (притом что всего на планете синих китов менее 10 000). А если выстроить все вирусы океана в цепочку, то цепочка растянется на 5,7 млн световых лет.

Эти цифры не означают, что морское купание равносильно смертному приговору. Лишь ничтожная доля вирусов из океана способна поражать людей. Некоторые морские вирусы заражают рыб и других морских животных. Но чаще всего их цель – бактерии и другие одноклеточные микроорганизмы. Пусть микробы невидимы невооруженным глазом, но в совокупности их намного больше, чем всех китов, коралловых рифов и прочих форм морской жизни, вместе взятых. И подобно тому, как бактерии, живущие в нашем организме, подвержены атаке фагов, точно так же морские бактерии становятся жертвами морских фагов.

Когда в 1917 г. Феликс д'Эрелль впервые обнаружил бактериофаги в выделениях французских солдат, многие ученые отказывались верить в их существование. Теперь, через сто лет, не подлежит сомнению, что д'Эрелль обнаружил самую многочисленную форму жизни на Земле. Более того, морские фаги оказывают масштабное влияние на планету. Они воздействуют на экологию Мирового океана. Они накладывают свой отпечаток на глобальный климат Земли. И вот уже миллиарды лет они играют важнейшую роль в эволюции жизни. Иными словами, они суть живая матрица биологии.

Морские фаги играют такую заметную роль благодаря своей чрезвычайной контагиозности. Они поражают новые микробные клетки 100 млрд трлн раз в секунду и ежедневно убивают от 15 до 40 % всех бактерий в Мировом океане. Из погибших клеток-хозяев выходят новые морские фаги. В каждом литре морской воды ежедневно рождается до 100 млрд новых вирусных частиц.

Их убойная сила контролирует популяцию хозяев, и нам, людям, эта смертоносность часто служит на благо. Холеру, например, вызывает размножение обитающих в воде бактерий – вибрионов. Но на вибрионах паразитирует множество фагов. Когда происходит взрывообразный рост популяции вибрионов, запускающий эпидемию, размножаются и фаги. Популяция вирусов растет так быстро, что уничтожает вибрионы быстрее, чем они успевают размножаться. Бактериальный бум стихает, и эпидемия холеры идет на убыль.

Из погибшего микроба извергаются не только новые вирусы. Высвобождаются также органические соединения углерода и другие вещества. Ежегодно морские вирусы высвобождают миллиарды тонн углерода, и этот огромный приток оказывает воздействие планетарного масштаба. Он выполняет роль удобрения, стимулируя рост бесчисленных новых микроорганизмов, часть которых служит основой пищевой сети в океане. Эта пищевая сеть, вероятно, была бы беднее, если бы ее рост не стимулировали вирусы. Часть высвобождаемого углерода не поглощается микроорганизмами, а оседает на дно океана. Внутренности микроба липкие, и как только вирус разрывает хозяйскую клетку, клейкие молекулы выбираются наружу и захватывают находящиеся поблизости органические соединения, создавая мощную метель из подводного снега, падающего на морское дно.

Хозяева морских вирусов в ответ на эту угрозу защищаются на все лады. Но вирусы придумывают способы одолеть их. Поскольку у каждого вида собственный эволюционный путь спасения, эта гонка вооружений породила головокружительное разнообразие морских вирусов. В начале своих исследований Лита Проктор не представляла себе, сколько различных видов вирусов она открывает. Глядя в микроскоп, она могла пересчитать их, но видела лишь ограниченный набор форм – шары, цилиндры и т. п. Но в мире вирусов внешность обманчива. Риновирусы и вирус полиомиелита выглядят как почти одинаковые шарики, но первые вызывают легкую простуду, а вторые могут довести до паралича или смерти.

С начала 2000-х гг. вирусологи нашли способ различать их под масками, изучая непосредственно вирусные гены. Они принялись собирать образцы – морской воды, грязи или шмелиных внутренностей – и отфильтровывать из них все, кроме вирусов. Затем они извлекали из вирусов генетический материал и секвенировали его. Иногда прочитанные последовательности совпадали с какими-то известными видами или штаммами вирусов. Но гораздо чаще не совпадали. Куда бы ни заглядывали ученые, они находили ошеломляющее разнообразие вирусов. Даже в нашем собственном организме нас поджидали сюрпризы. В 2014 г. коллектив ученых под руководством Баса Дутила открыл в человеческих фекалиях новый тип фага, который назвали КрАсс-фагом (crAss – сокращенно от cross assembly, «перекрестная сборка», – метод воссоздания генетической последовательности вируса). Вскоре исследователи обнаружили множество других разновидностей вирусов, близких КрАсс-фагу и составляющих до 90 % всех вирусов в человеческом кишечнике. И ведь они оставались незамеченными целых сто лет после того, как Феликс д'Эрелль открыл фаги.

А подлинный масштаб виросферы выявился именно в океанах. Мэтью Чапмен, вирусолог из Университета штата Огайо, совместно со своими коллегами анализировал генетический материал из морской воды, собранной в ходе кругосветной научной экспедиции. В 2016 г. они отчитались о более чем 15 000 новых видов вирусов. Для сравнения: число видов млекопитающих всего лишь около 6400. Чапмен и его сотрудники думали, что они достаточно точно оценили разнообразие вирусов в морях, но на всякий случай продолжали собирать образцы воды и изобретать новые способы выявления в ней вирусных генов. В 2019 г. они сообщили уже о 200 000 видов. Притом ими была обследована лишь малая часть океана. Всего же, по оценкам некоторых исследователей, на Земле могут обитать до 100 трлн видов вирусов – большинство из них в море.

Это разнообразие вирусов возникло благодаря их необычному способу размножения. Зараженные клетки синтезируют множество новых вирусных частиц, но делают это кое-как. Гены новых вирусов кишат ошибками копирования. Большинство этих мутаций делает вирусы нежизнеспособными, но некоторые из них дают вирусу эволюционное преимущество, позволяя более эффективно заражать хозяев. Если в клетку попадают одновременно два вида вирусов, они могут обменяться генами. Вирус способен даже прихватить с собой немного собственных генов хозяина, которые потом передаст новым хозяевам. По одной из оценок, ежегодно морские вирусы переносят между геномами своих хозяев триллион триллионов генов.

Благодаря горизонтальному переносу генов, возможно, именно вирусы обеспечили немалую долю мировых запасов кислорода. Значительная часть атмосферного кислорода вырабатывается фотосинтезирующими микроорганизмами в океанах. Некоторые вирусы, поражающие их, обладают собственными генами, отвечающими за фотосинтез. Внедрившись, вирусы берут на себя ответственность за добычу и преобразование света. По ориентировочным подсчетам, 10 % всего фотосинтеза на Земле осуществляется с помощью вирусных генов. Сделайте десять вдохов – каждым десятым вы обязаны вирусу.

Этот обмен генами не только оказывает огромное влияние на современную Землю, но и делал это на протяжении всей истории живого. В конце концов, именно в океанах зародилась жизнь. Древнейшие следы жизни – это окаменелости морских микроорганизмов возрастом почти в 3,5 млрд лет. Именно в океанах возникли многоклеточные организмы – их древнейшим остаткам около 2 млрд лет. Наши собственные предки выбрались на сушу всего лишь 400 млн лет назад. Вирусы не оставляют окаменелых отпечатков, зато они оставляют следы в геномах своих хозяев. Эти следы указывают на то, что вирусы существуют миллиарды лет.

Ученые умеют прослеживать историю генов, сравнивая геномы видов, отделившихся от древнего общего предка. Это сопоставление позволяет, в частности, обнаружить гены, доставленные нынешнему хозяину вирусом, который существовал в незапамятные времена. Наука установила, что у всех живых существ геномы мозаичные – они включают сотни, даже тысячи генов, привнесенных вирусами. Как бы далеко в прошлое ни заглядывали исследователи, к самому основанию эволюционного древа, – во все времена вирусы переносили гены. Дарвину история живого представлялась в виде древа. Но история генов, по крайней мере применительно к микроорганизмам в океане и их вирусам, больше напоминает оживленную сеть торговых путей, простирающуюся на миллиарды лет в прошлое.

Наши внутренние паразиты

Эндогенные ретровирусы и наш набитый вирусами геном

Идея, что хозяйские гены могут иметь вирусное происхождение, в силу своей причудливости звучит почти философически. Мы склонны думать о наших геномах как о нашем полном тождестве. Тот факт, что бактерии приобретают значительную долю своей ДНК от вирусов, вызывает неудобные вопросы. Есть ли у них свое лицо? Или они всего лишь гибридные чудища Франкенштейна со стертыми чертами идентичности?

Поначалу эту проблему можно было отделить от нашего собственного существования и рассматривать ее исключительно как проблему микробов. Наличие у них вирусных генов казалось всего лишь случайной удачей «низших» форм жизни. Но сегодня мы уже не можем на этом успокоиться. Теперь, заглядывая в человеческий геном, мы тоже наблюдаем вирусы. Тысячи вирусов.

Ученым понадобилось много десятилетий, чтобы распознать наши внутренние вирусы, а началась эта история с плимутрокской курицы Фрэнсиса Рауса. Та больная курица вдохновила Рауса на полувековое исследование вирусов, вызывающих рак. Раус и другие ученые обнаружили множество различных вирусов, способных вызвать опухоли. Изучая кроликов например, Раус проводил первые в своем роде исследования папилломавирусов. Его курица, как оказалось, была заражена уже другим видом вируса, получившим название в его честь – вирус саркомы Рауса.

Дальнейшие поколения ученых занялись вирусом саркомы Рауса, надеясь раскрыть некоторые тайны рака. В ходе исследований они обнаружили, что у вируса необычный способ репликации. Гены вируса саркомы закодированы в одноцепочечной РНК. Поражая клетку курицы, он создает копию своих генов в двуцепочечной ДНК, а затем эта вирусная ДНК встраивается в хозяйский геном. Ученые обнаружили, что, когда хозяйская клетка делится, наряду с собственной ДНК она копирует вирусную. При определенных условиях клетка производит новые вирусы – вместе с генами и белковой оболочкой, – которые могут затем выйти наружу и заразить новую клетку. Опухоли у кур возникают, когда гены вируса саркомы Рауса случайно внедряются в неподходящее место генома. Или, наоборот, они встраиваются в гены, кодирующие белки, мешающие клетке бесконтрольно делиться. Их выключение из-за вставки вируса снимает этот блок. В 1960-е гг. ученые поняли, что вирус саркомы Рауса далеко не уникален. Многие другие вирусы, известные как ретровирусы, внедряют свои гены в хозяйский геном таким же образом.

Робин Уайсс, вирусолог, в ту пору работавший в Вашингтонском университете, особенно заинтересовался одним ретровирусом, известным как вирус птичьего лейкоза, близким родичем вируса саркомы Рауса. Уайсса озадачили результаты проверки кур на наличие вируса. Обследование подразумевало анализ крови птиц на вирусные белки. Иногда эти белки обнаруживались у здоровых кур, которые так и не заболевали раком. Что еще более странно, когда у этих здоровых кур появлялись цыплята, у них уже с рождения присутствовали вирусные белки.

Вспомнив о том, как ретровирусы внедряют свои гены в геном хозяина, Уайсс задался вопросом, не могут ли они передаваться у кур по наследству. Пытаясь выманить вирус из укрытия, Уайсс и его коллеги вырастили культуры клеток здоровых кур, вырабатывавших вирусный белок. Они поливали эти клетки химическими мутагенами и бомбардировали радиацией – эти виды агрессивного воздействия заставляют ретровирусные гены пробудиться и синтезировать новые вирусы.

Как и подозревали ученые, мутировавшие клетки начали тиражировать новые вирусы птичьего лейкоза. Иными словами, здоровые куры не просто несли в части своих клеток вирус птичьего лейкоза – генетические инструкции по изготовлению вируса были встроены у них во все клетки, и птицы передавали соответствующие инструкции своему потомству.

Вскоре Уайсс и его сотрудники выяснили, что эти скрытые вирусы встречаются отнюдь не у одной случайной породы кур. Оказалось, что вирус птичьего лейкоза встроен в гены многих пород. Это наводило на мысль, что вирус с древних времен присутствует в составе куриной ДНК. Чтобы узнать, когда предки современных кур заразились вирусами птичьего лейкоза, Уайсс со своими коллегами отправился в джунгли Малайзии. Там они ловили банкивских джунглевых кур – ближайших диких родичей домашней курицы. Уайсс обнаружил, что банкивские джунглевые куры несут тот же вирус птичьего лейкоза. В последующих экспедициях он установил, что у других видов джунглевых кур вируса нет.

На основании этих исследований вируса птичьего лейкоза сформировалась гипотеза о том, как куры его приобрели. Тысячи лет назад вирус поражал общего предка домашних кур и банкивской джунглевой курицы. Он проникал в клетки, создавал новые копии себя и заражал очередных птиц, оставляя за собой опухоли. Но как минимум одной птице повезло. Вирус не вызвал у нее рак – иммунная система птицы сумела удержать вирус под контролем. Распространившись в организме курицы без вреда для нее, вирус добрался до половых органов. Зараженные яйца или сперма могли дать начало зараженным куриным эмбрионам.

Инфицированный эмбрион рос и делился, и все его клетки тоже наследовали вирусную ДНК. Вылупившись из скорлупы, он был частично курицей, частично вирусом. И поскольку вирус птичьего лейкоза теперь был составной частью его генома, цыпленок передавал вирусную ДНК собственному потомству. Вирус оставался безмолвным пассажиром из поколения в поколение на протяжении тысяч лет. Но при определенных условиях вирус мог активироваться, вызвать опухоли и распространиться на других птиц.

Ученые установили, что вирус птичьего лейкоза принадлежит к особому классу. Они назвали его эндогенным ретровирусом, подразумевая, что он «зарождается внутри». Вскоре эндогенные ретровирусы были обнаружены у других животных. В действительности они скрываются в геномах всех основных групп позвоночных, от рыб и рептилий до млекопитающих. Некоторые из новооткрытых эндогенных ретровирусов, как и вирус птичьего лейкоза, вызывали рак. Но многие не вызывали. Они были искалечены мутациями, лишившими их возможности производить новые вирусные частицы, способные покинуть клетку хозяина. Эти вирусы-калеки могли тем не менее производить новые копии своих генов, которые снова встраивались в хозяйский геном. А еще ученые открыли другие эндогенные ретровирусы, настолько отягощенные мутациями, что они не годились ни на что. Они были просто балластом в геноме своего хозяина.

При исследовании человеческого генома ученые стали находить эндогенные ретровирусы и в нем. Насколько известно науке, среди них нет ни одного активного. Но Тьерри Хайдман, сотрудник Института имени Гюстава Русси в Вильжюифе (Франция), и его коллеги обнаружили, что этот генетический балласт можно трансформировать обратно в полноценные вирусы. Изучая один такой эндогенный ретровирус, Хайдман заметил, что его варианты у разных людей не совсем одинаковы. Эти различия, очевидно, появились уже после того, как ретровирусы попали в геномы древних людей. У их потомков обнаружились мутации в разных частях вирусной ДНК.

Хайдман и его команда сравнили между собой эти разные варианты вирусной ДНК. Это выглядело так, как если бы они нашли четыре экземпляра пьесы Шекспира от четырех незадачливых переписчиков. Каждый копиист допускал собственный набор ошибок, и порой одно и то же слово шекспировского текста воспроизводилось в четырех ошибочных вариантах, скажем: порешу, напишу, покажу, помечу. Сравнив все четыре варианта, текстолог мог установить, что исходное слово – почему.

Применив этот метод, Хайдман и его собратья-ученые сумели на основании мутантных ретровирусов современных людей восстановить последовательность ДНК исходного вируса. Затем они синтезировали фрагмент ДНК с этой последовательностью и внедрили ее в человеческие клетки, культивированные в чашке Петри. Из клеток появились новые вирусы, способные заражать другие клетки. То есть первоначальная последовательность ДНК представляла собой живой функциональный вирус. В 2006 г. Хайдман назвал этот вирус «Феникс» (Fhoenix) – в честь мифической птицы, возрождающейся из собственного пепла.

Вирус «Феникс», по-видимому, заражал наших предков на протяжении последнего миллиона лет. Но мы несем и куда более древние вирусы. Это известно благодаря тому, что ученые обнаружили одни и те же скрытые вирусы в геноме у нас и у других видов. В ходе одного из исследований вирусолог из Имперского колледжа Лондона Адам Ли и его коллеги открыли в человеческом геноме эндогенный ретровирус ERV–L. Затем они обнаружили его у ряда других видов – от лошадей до трубкозубов. Когда команда Ли составила эволюционное древо вируса, оно совпало с древом его хозяев. Похоже, этот эндогенный ретровирус поразил общего предка всех плацентарных млекопитающих, жившего более 100 млн лет назад. Ныне этот вирус дремлет в генах броненосцев, слонов и ламантинов. И в наших.

Обреченный на жизнь в организме хозяина эндогенный ретровирус может сохранять способность производить копии своей ДНК, которые снова встраиваются в хозяйский геном. За те миллионы лет, что эндогенные ретровирусы вторгались в наши геномы, их накопилось невероятно много. Каждый из нас несет в своем геноме почти 100 000 фрагментов вирусной ДНК, что составляет до 8 % всей нашей ДНК. Чтобы оценить, насколько это много, вспомним, что 20 000 белок-кодирующих генов в человеческом геноме составляют лишь 1,5 % ДНК.

Кроме того, ученые обнаружили миллионы более мелких фрагментов ДНК, которые тоже копируются и заново встраиваются в человеческий геном. Возможно, многие из этих фрагментов – крошечные остатки эндогенных ретровирусов. За миллионы лет эволюции они растеряли все, кроме самого необходимого для копирования ДНК. Иными словами, наши геномы кишат вирусами.

Большая часть этой вирусной ДНК из-за миллионов лет мутаций утратила всякую способность работать. Но наши предки приспособили некоторые вирусные гены себе на пользу. Более того, без этих вирусов никто из нас даже не родился бы.

В 1999 г. Жан-Люк Блонд и его коллеги открыли эндогенный ретровирус человека, который они назвали HERV-W. К их удивлению, оказалось, что один из его генов все еще способен синтезировать белок. А белок этот, синцитин, как выяснилось, выполняет очень специфическую и важную работу, но не для вируса, а для его хозяина – человека. Он содержится только в плаценте.

Клетки внешнего слоя плаценты производят синцитин, благодаря которому они соединяются и между ними возможен обмен молекулами. Ученые обнаружили, что синцитин вырабатывается не только у людей, но и у мышей, и это открытие позволило экспериментально установить, как работает белок. Когда ученые удалили из генома мышей ген, кодирующий синцитин, эмбрионы мышат не дожили до рождения. Вирусный белок был необходим для того, чтобы зародыш получал питательные вещества из кровотока матери.

Исследователи стали искать синцитин у других плацентарных млекопитающих, и он нашелся. Но оказалось, что у разных видов разные формы синцитина. Тьерри Хайдман, первооткрыватель многих синцитиновых белков, предложил сценарий, объясняющий разнообразие вирусов в плаценте. Около 100–150 млн лет назад предковое млекопитающее поразил эндогенный ретровирус. Оно обратило себе на пользу первый синцитиновый белок[2], который со временем позволил сформироваться плаценте. За миллионы лет это исходное плацентарное млекопитающее дало начало множеству линий потомков. Они продолжали заражаться эндогенными ретровирусами. В некоторых случаях новые вирусы обладали собственными синцитиновыми генами, которые позволяли получить более совершенную плаценту. В различных линиях млекопитающих – грызунов, рукокрылых, копытных, приматов – одни вирусные белки сменились другими.

В самый интимный момент зарождения новой человеческой жизни вирусы необходимы для нашего выживания. Не существует нас и их – есть лишь постоянное перемешивание и перетасовывание ДНК.

Вирусное будущее

Новый бич

Вирус иммунодефицита человека и животные как источник заболеваний

Каждую неделю Центры по контролю и предотвращению заболеваний США (Centers for Disease Control and Prevention, CDC) выпускают тоненький бюллетень под названием «Еженедельный вестник заболеваемости и смертности» (Morbidity and Mortality Weekly Report). Выпуск от 4 июля 1981 г. содержал привычный набор из очевидного и таинственного. Среди загадочных материалов той недели был отчет из Лос-Анджелеса, где врачи заметили странное совпадение. С октября 1980 г. по май 1981 г. пятеро мужчин в городе были госпитализированы с одним и тем же редким заболеванием – пневмоцистной пневмонией.

Возбудитель пневмоцистной пневмонии – распространенный грибок под названием Pneumocystis jirovecii. Большинство людей вдыхают его многочисленные споры еще в детстве, но их иммунная система, как правило, убивает грибок и вырабатывает антитела, предотвращающие заражения в дальнейшем. Однако у людей со слабой иммунной системой P. jirovecii срывается с цепи. Легкие наполняются жидкостью и возникают уплотнения. Пневмоцистная пневмония вынуждает своих жертв бороться за каждый глоток кислорода, чтобы выжить.

Пятеро пациентов из Лос-Анджелеса не подпадали под типичные характеристики больных пневмоцистной пневмонией. Это были молодые люди, совершенно здоровые до того, как заболели. Комментируя отчет, редакторы бюллетеня предположили, что загадочные симптомы пятерых мужчин «указывают на возможность дисфункции клеточной составляющей иммунитета».

Они и не представляли себе, что публикуют первые наблюдения того, что впоследствии обернулось одной из самых смертоносных вирусных эпидемий в истории. Иммунную систему пятерых жителей Лос-Анджелеса подорвал вирус, который позже получит название ВИЧ – вирус иммунодефицита человека. Исследователи обнаружат, что к тому времени ВИЧ заражал людей без их ведома уже более пятидесяти лет. А теперь его взрывное распространение стало всемирной катастрофой. К 2019 г. им заразились 75,7 млн человек, из которых 32,7 млн умерли.

Смертность от ВИЧ тем более ужасает, что по сравнению с другими вирусами его трудно подхватить. Он не разносится по воздуху и не удерживается на поверхностях. Вирус способен передаваться лишь через определенные биологические жидкости, такие как кровь и сперма. В число наиболее типичных путей заражения входят незащищенный секс, роды и использование загрязненных игл при инъекциях.

Попав в человеческий организм, ВИЧ нагло атакует непосредственно иммунную систему. Он цепляется к определенным типам иммунных клеток, так называемым CD4-лимфоцитам, и в результате мембрана вируса сливается с мембраной Т-лимфоцита подобно тому, как мелкие мыльные пузырьки соединяются в более крупный. ВИЧ – ретровирус, а значит, встраивает свой генетический материал в ДНК клетки. Оттуда он командует клетке производить новые вирусы, которые могут выходить наружу и заражать другие CD4-лимфоциты.

Поначалу количество вирусных частиц взлетает до миллиардов. Но как только иммунная система распознает зараженные CD4-лимфоциты, она начинает их уничтожать, снижая численность популяции вируса. Для заразившегося человека эта битва ощущается как легкий грипп. Большую часть ВИЧ иммунная система уничтожает, но малой доле вирусов удается выжить. CD4-лимфоциты, в которых скрывается уцелевший ВИЧ, продолжают расти и делиться. Время от времени пораженный CD4-лимфоцит вырабатывает новую партию вирусных частиц, которые вырываются наружу, чтобы заразить очередные клетки. Иммунная система атакует эти новые волны вируса всякий раз, когда они накатывают на организм.

В конце концов эти циклы осады и отпора истощают иммунную систему. Она может сдаться через год, а может – через десять лет и более. После отказа иммунной системы человек больше не в состоянии сопротивляться заболеваниям, которые не способны причинить вред людям со здоровой иммунной системой – заболеваниям, подобным пневмоцистной пневмонии. Это ослабленное состояние получило название «синдром приобретенного иммунодефицита», сокращенно СПИД.

В 1983 г., через два года после того, как стали известны первые больные СПИДом, французские ученые[3] впервые выделили у пациента со СПИДом ВИЧ и дальнейшие исследования подтвердили, что вирус является причиной этой болезни. Тем временем становилось все яснее, что СПИД не какое-то редкое заболевание немногочисленных жителей Лос-Анджелеса. Выявились новые случаи в США и за их пределами. Другие великие напасти, такие как малярия и туберкулез, – древние враги, губившие людей на протяжении тысячелетий. Однако ВИЧ прошел путь от полной безвестности к всемирному бедствию всего за несколько лет. Ученым понадобилось еще тридцать лет, чтобы разрешить эту эпидемиологическую загадку.

Первые подсказки дали больные обезьяны.

В приматологических центрах по всем США специалисты стали замечать животных с симптомами, напоминающими СПИД. Они задались вопросом, не заражаются ли обезьяны ВИЧ-подобным вирусом. В 1985 г. сотрудники Регионального приматологического центра Новой Англии проверили эту догадку, добавив антитела к ВИЧ в сыворотку крови больных обезьян. Если в крови у них был ВИЧ-подобный вирус, антитела могли прилипнуть к нему. Интуиция не подвела их – они сумели выловить ретровирусы из обезьяньей сыворотки. Новые ретровирусы получили название вируса иммунодефицита обезьян, или ВИО (англ. SIV). Некоторые из открытых учеными ВИО были лишь отдаленно родственны ВИЧ, другие находились с ним в более тесном родстве.

Разумеется, исследователям нужно было быть осторожными с выводами, так как вирус был обнаружен у обезьян, живущих в неволе. За пределами зоопарков и лабораторий вирус иммунодефицита обезьян мог встречаться редко или не встречаться вообще. Но поиск ВИО, поражающего диких приматов, был нелегкой задачей – ведь у животных не так просто взять кровь. Приматологи и вирусологи придумали способ выделять вирусные гены из мочи и фекалий, оставленных приматами на листьях или лесной подстилке.

Экспедиции показали, что более половины всех видов мартышкообразных и человекообразных обезьян Африки несут собственные штаммы ВИО. Сравнив гены этих штаммов, эволюционные биологи составили их генеалогическое древо. Они установили, что все ВИО происходят от предкового ретровируса, поразившего какую-то африканскую обезьяну миллионы лет назад. Вначале он распространялся в пределах этого исходного вида обезьян половым путем. Но затем он перепрыгнул на другие виды – возможно, когда обезьяны дрались за территорию до крови. Когда различные штаммы ВИО оказывались в одной и той же клетке, они могли обмениваться между собой генами и создавать совершенно новые штаммы.

Выделяя штаммы ВИЧ у пациентов со всего мира, ученые добавляют новые ветви к родословному древу вирусов. Так обнаружилось, что, как и подозревали ученые 1980-х, ВИЧ произошел от ВИО. Но у ВИЧ не единственный предок. Он возникал независимо как минимум 13 раз.

Первый намек на это множественное происхождение появился в 1989 г., когда ученые выделили вирус, чрезвычайно напоминающий ВИЧ, у дымчатого мангабея – вида мартышкообразных. Оказалось, что этот вирус, получивший название SIVsm, стоит ближе по родству к одним штаммам ВИЧ, чем к другим. В то время науке были известны два основных типа ВИЧ – ВИЧ-1 и ВИЧ-2. ВИЧ-1 встречается во всем мире, тогда как ВИЧ-2 – преимущественно в Западной Африке, где он вызывает намного менее агрессивную форму СПИДа. Первооткрыватели SIVsm установили, что он ближе к ВИЧ-2, чем к ВИЧ-1. В последующие годы были обнаружены другие штаммы SIVsm. Часть из них была ближе к определенным штаммам ВИЧ-2, чем остальные. Наилучшее объяснение этой эволюционной схемы состоит в том, что SIVsm передавался от дымчатых мангабеев людям не менее девяти раз. Никто не наблюдал эти девять переходов, но мы достаточно надежно представляем себе, как они происходили. В Западной Африке многие люди держат дымчатых мангабеев в качестве домашних питомцев. Распространена также охота на обезьян и торговля их мясом. Вирус получал возможность передаваться от дымчатых мангабеев людям всякий раз при контакте с их кровью: например, когда обезьяна кусала охотника или при разделке ее мяса. Тогда SIVsm мог заражать человеческие клетки, реплицироваться и приспосабливаться к новым видам хозяев.

Ни один из этих скачков не был особенно успешным. ВИЧ-2 размножается медленно и плохо передается от человека к человеку. По различным оценкам, все девять штаммов ВИЧ-2 вместе смогли заразить только 1–2 млн жителей Западной Африки. Исследователи, специально занимавшиеся вопросом, как ВИЧ-2 поражает человеческие клетки, нашли возможные объяснения его неудачливости. Например, когда новые частицы ВИЧ-2 готовы покинуть клетку, клетка вырабатывает петлеобразную молекулу белка тетерина, имеющую форму лассо.

ВИЧ-1 оказался гораздо успешнее в роли человеческого вируса, но на то, чтобы установить его происхождение, понадобилось гораздо больше времени. В 1999 г. специалисты, изучавшие шимпанзе, обнаружили новый ВИО, который был ближе штаммам ВИЧ-1, чем ВИЧ-2. Его окрестили SIVcpz. С открытием новых штаммов SIVcpz было установлено, что он возник из комбинации двух различных штаммов ВИО от разных видов мартышек. Шимпанзе, по-видимому, заражались вирусами, когда охотились на мартышек и ели их. За миллионы лет, распространяясь от шимпанзе к шимпанзе, SIVcpz дал различные штаммы в пределах своего ареала в Центральной Африке.

Ученые обнаружили, что SIVcpz эволюционировал в ВИЧ-1 четыре раза независимо. В двух случаях вирус передался непосредственно от шимпанзе к людям. В двух других вирус сначала перекинулся на горилл, а они распространили его дальше. В результате таких эволюционных скачков три раза возникали редкие штаммы ВИЧ-1. Но четвертый – начавшийся с шимпанзе в Камеруне – дал линию вирусов ВИЧ-1 группы M (от англ. main – главный), вызывающих 90 % всех заражений ВИЧ-1.

По-видимому, ВИЧ-1 группы M стал более успешным паразитом человека, чем остальные разновидности ВИЧ. Ученые предполагают, что своим успехом он отчасти обязан взаимодействию с тетерином. В отличие от других штаммов ВИЧ, он выработал способность обрезать этот молекулярный аркан, что облегчило вирусу выход из наших клеток.

Хотя ученые не знали о ВИЧ до 1980-х гг., они подозревали, что эти переходы имели место намного раньше. Чтобы уточнить хронологию истории вируса, исследователи занялись поиском ВИЧ в образцах крови и тканей, взятых у пациентов задолго до открытия вируса. В 1998 г. Дэвид Хо и его коллеги из Рокфеллеровского университета нашли ВИЧ-1 группы M в образце 1959 г. Он был взят у пациента из Киншасы, столицы африканской страны Заир (ныне Демократическая Республика Конго). В 2008 г. Майкл Воробей и его коллеги из Аризонского университета обнаружили еще один образец ВИЧ-1 группы M в пробе тканей из другой анатомической коллекции в Киншасе, датируемой 1960 г.

Чтобы заглянуть еще глубже в прошлое, ученые расшифровали историю, закодированную в генах ВИЧ. При репликации вирус накапливает мутации с постоянной скоростью, наслаивая их, словно песок в песочных часах. Измерив высоту этой генетической «горки песка», ученые способны оценить, сколько времени прошло. Используя этот метод, исследователи установили, что оба образца ВИЧ-1 группы M из Киншасы восходят к началу XX в.

Все эти данные подсказывают объяснение, откуда взялся ВИЧ-1 – вернее, откуда он возникал неоднократно. Веками охотники в Камеруне убивали шимпанзе и горилл ради мяса. Время от времени они подхватывали от обезьян SIVcpz. Но эти охотники, жившие достаточно изолированно до XX в., были тупиковыми хозяевами для вируса. Некоторые люди выздоравливали после заражения SIVcpz, так как их иммунная система справлялась с плохо приспособленным паразитом. В других случаях вирусы гибли со смертью хозяина и не могли передаться новому носителю.

В начале XX в. Африка начала претерпевать значительные перемены, подарившие вирусам иммунодефицита обезьян новые возможности распространяться среди людей. Речные торговые пути способствовали переселению деревенских жителей в города, куда они занесли с собой вирусы. Колониальные поселения Центральной Африки стали разрастаться в города с численностью населения в 10 000 и более человек, где у вируса появилось больше шансов распространяться от хозяина к хозяину. Много лет ВИЧ-1 группы M, вероятно, оставался редкостью у людей. Но в какой-то момент он приобрел адаптации, позволившие ему более успешно передаваться от человека к человеку. Кроме того, ему выпал счастливый случай. Каким-то образом в середине XX в. вирус достиг Киншасы (тогдашнее название – Леопольдвиль). В густонаселенных городских трущобах вирус осваивался быстро. Носители выезжали из города по речным и железнодорожным путям в другие крупные города центральной Африки – Браззавиль, Лубумбаши, Кисангани.

В следующие несколько лет ВИЧ-1 группы M вырвался за пределы Африки. Вначале он попал на Гаити, так как гаитяне, работавшие в Конго, вернулись на родину после того, как эта страна получила независимость от Бельгии. Позднее, к 1970-м гг., вероятно, с гаитянскими иммигрантами или американскими туристами вирус прибыл в США. Это случилось примерно через сорок лет после того, как вирус закрепился в человеческой популяции, и лет за десять до того, как пятеро мужчин из Лос-Анджелеса заболели странной формой пневмонии.

К 1983 г., когда ВИЧ был описан учеными, он уже стал скрытой всемирной катастрофой. А к тому времени, когда наука приступила к борьбе с вирусом, у него уже была громадная фора. В 1980–90-е ежегодная смертность от СПИДа стремительно росла. Некоторые специалисты ожидали, что вирус удастся быстро остановить с помощью вакцины, но череда провальных экспериментов сокрушила их надежды.

Понадобился многолетний тяжелый труд, чтобы остановить волну ВИЧ. Службы здравоохранения установили, что передачу вируса можно снизить мерами социальной политики, такими как контроль за использованием шприцев и раздача презервативов. Позже огромную помощь в борьбе оказало создание эффективных антиретровирусных препаратов. В наши дни миллионы людей принимают комбинацию лекарств, мешающих ВИЧ поражать иммунные клетки и использовать их для воспроизводства. В развитых странах, таких как США, подобная лекарственная терапия позволяет некоторым пациентам прожить долгую и относительно благополучную жизнь. По мере того как государственные и частные организации распространяют эти лекарства в более бедных странах, продолжительность жизни жертв ВИЧ растет и там. В 2004 и 2005 гг. ежегодная смертность от ВИЧ достигла пика и общее число жертв составило 1,9 млн человек. С тех пор она постепенно падает. В 2019 г. вирус убил 690 000 человек.

Теоретически человечество могло бы довести эту цифру до нуля, и лучшей надеждой осуществить это было бы изобретение вакцины от ВИЧ. Некоторые ученые приступили к разработке вакцины уже вскоре после открытия ВИЧ, но результатом стала череда колоссальных разочарований. Вакцины, которые выглядели многообещающе в опытах на клеточных культурах, не давали результата на животных. Вакцины, защищавшие животных, не помогали людям.

Одна из причин поражения в том, что ВИЧ слишком быстро мутирует даже по меркам вирусов. За сто лет размножения в организмах миллионов людей возникло огромное генетическое разнообразие вариантов ВИЧ. Вакцина, обеспечивающая защиту от одного варианта ВИЧ, зачастую бесполезна против другого. Возможно, в будущем удастся изобрести вакцину, эффективную против их всех. Но наш недостаток знаний о виросфере обеспечивает ВИЧ смертельную фору.

В самый интимный момент зарождения новой человеческой жизни вирусы необходимы для нашего выживания. Не существует нас и их – есть лишь постоянное перемешивание и перетасовывание ДНК.

Стать американцем

Глобализация вируса лихорадки Западного Нила

Летом 1999-го стали дохнуть вороны.

Трейси Макнамара находилась на территории Бронксского зоопарка, где она работает ведущим специалистом, когда заметила валяющихся на земле дохлых ворон. Ей не раз приходилось иметь дело со смертью и болезнями животных, и она поняла, что это дурной знак. У нее возникло опасение, что по всему Нью-Йорку в популяциях диких птиц распространяется какой-то новый смертельный вирус. Если вороны подхватили этот вирус, они могут заразить всех птиц в зоопарке.

В канун Дня труда сбылись ее худшие страхи. Внезапно умерли три чилийских фламинго. За ними – гималайский монал, белоголовый орлан и баклан. Список жертв мора в зоопарке рос, в него попали черноклювые сороки, кваква, ацтекская чайка, серобрюхий трагопан, бронзовокрылые утки и полярная сова.

Пока работники зоопарка приносили Трейси очередных мертвых птиц, она препарировала тушки, чтобы отыскать связующее звено между их смертями. У всех птиц были одинаковые симптомы инфекции, вызвавшей кровоизлияние в мозг. Но Макнамара не смогла установить, какой патоген виноват в этом, поэтому отослала образцы тканей в государственные лаборатории. Их специалисты проводили анализ за анализом на различные патогены, которые могли привести к заболеванию. Шли недели, результаты анализов оставались отрицательными.

Тем временем врачи соседнего округа Куинс тоже начинали тревожиться. Среди местных пациентов наблюдалась вспышка энцефалита – воспаления мозга. Обычно во всем Нью-Йорке бывает в среднем девять случаев в год, но в августе 1999 г. врачи Куинса диагностировали восемь случаев за одни только выходные. Лето шло на убыль, а новые случаи все продолжали выявляться. Некоторые пациенты болели так тяжело, что их парализовало, девять человек к сентябрю умерли. Предварительные анализы указывали на вирусное заболевание, известное как энцефалит Сент-Луис. Но при последующих анализах результаты предыдущих не воспроизвелись.

Пока врачи пытались разобраться в причинах вспышки у людей, Макнамара наконец разрешила свою загадку. Национальной лаборатории ветеринарных служб в штате Айова удалось культивировать вирусы из образцов ткани погибших в зоопарке птиц, которые туда прислала Макнамара. Они были сходны с вирусом энцефалита Сент-Луис. Макнамара задалась вопросом, не косит ли людей и птиц один и тот же патоген. Но внешнего вида было недостаточно, требовалось узнать о вирусах больше.

Макнамара убедила CDC провести анализ генетического материала вирусов. И 22 сентября ошеломленные специалисты CDC обнаружили, что птицы заражены не энцефалитом Сент-Луис, а экзотическим патогеном – вирусом лихорадки Западного Нила. Этот вирус, открытый в Уганде в 1937 г., был известен случаями заражения птиц и людей в различных областях Азии, Европы и Африки. Но встретить его в Бронксе Макнамара и другие исследовали никак не ожидали. Ведь прежде он никогда не объявлялся в Западном полушарии.

Тем временем работники здравоохранения, ломавшие головы над нью-йоркскими случаями энцефалита, тоже решили, что настало время расширить круг поисков. Две группы ученых – одна в CDC, другая под руководством Яна Липкина, работавшего тогда в Калифорнийском университете в Ирвайне, – выделили из человеческих вирусов генетический материал. Оказалось, что это тоже вирусы лихорадки Западного Нила. Прежде ею не болел ни один человек ни в Северной, ни в Южной Америке.

В США обитает много вирусов, вызывающих заболевания у человека, – одни издавна, другие с недавних пор. Когда около 15 000 лет назад первые люди заселили Западное полушарие, они принесли с собой папилломавирусы и ряд других. В XVI в. свежая волна инфекций обрушилась на Новый Свет вместе с европейцами. Миллионы индейцев погибли от непривычных вирусов вроде гриппа и натуральной оспы. В последующие века вирусы все прибывали. В 1970-е гг. в США пришел ВИЧ, а в конце XX в. одним из новейших иммигрантов в Америке стал вирус лихорадки Западного Нила. С тех пор он комфортно обустроился на новой родине. За первые двадцать лет в США вирус лихорадки Западного Нила обосновался практически во всех штатах, поразил около 7 млн человек, вызвал 2300 смертей и, похоже, в ближайшем будущем не собирается сдавать позиций.

Вирус лихорадки Западного Нила распространяется не воздушно-капельным путем, как грипп, и не через выделения, как ВИЧ. Он разносится через укусы комаров. Когда комар садится на человека, он вводит в кожу свой хоботок, словно шприц. Прежде чем засосать кровь, вначале он впрыскивает в ранку ферменты из своих слюнных желез. Если комар несет вирус лихорадки Западного Нила, то патоген также попадет в кожу.

Попав в организм хозяина, вирус пробирается сквозь кожу, пока не набредет на иммунную клетку. У большинства людей на этой встрече инфекция и заканчивается. Около 80 % заразившихся лихорадкой Западного Нила вообще не заболевают. Причем, даже не ощутив симптомов, они вырабатывают эффективные антитела, защищающие их от инфекции в дальнейшем.

Для остальных 20 % знакомство с лихорадкой Западного Нила не проходит так быстро и бесследно. Иммунные клетки, предназначенные для уничтожения вируса в кожных тканях, заражаются им сами. Некоторые из них попадают в лимфатические узлы, где вирус получает возможность распространяться от клетки к клетке. Затем инфицированные клетки выходят из узла и распространяются по всему организму. При серьезном поражении вирусом лихорадки Западного Нила возможны повышение температуры, головная боль, слабость или рвота. Эти симптомы обычно проходят после того, как иммунная система наконец справляется с инфекцией, но примерно у 1 % зараженных – обычно в возрасте старше 50 лет – вирус добирается до мозга. Он может атаковать нейроны и убивать их, а может натворить еще больше бед, спровоцировав воспалительный иммунный ответ.

При всем ущербе, который вирус лихорадки Западного Нила способен нанести человеческому организму, люди не имеют значения для его долгосрочного выживания. Даже при самых тяжелых случаях у нас не вырабатывается достаточно новых вирусов, чтобы их подхватил кусающий нас комар. Иными словами, для вируса лихорадки Западного Нила мы тупиковые хозяева – как и собаки, лошади, белки и множество других видов млекопитающих. Но в птичьем организме за считаные дни после комариного укуса вирус способен наплодить миллиарды себе подобных.

Чтобы восстановить историю вируса лихорадки Западного Нила, ученые поступили с ним так же, как с ВИЧ и другими вирусами, – проанализировали его гены. Исследования дают основания полагать, что впервые он возник у птиц в Африке. Затем в ходе миграций птицы разнесли его на другие континенты, где он заражал новые виды. При этом вирус лихорадки Западного Нила взялся и за людей. Во время эпидемии 1996 г. в Румынии лихорадкой Западного Нила в Бухаресте заболели 96 000 человек, 17 человек умерли. Впоследствии у жителей этих регионов сформировался иммунитет к вир усу[4]. На смену взрывным вспышкам пришел более низкий и постоянный уровень заражений.

Удивительно, что вирус лихорадки Западного Нила так долго щадил США. Генетические вариации вируса в стране указывают на то, что впервые он попал туда в 1998 г. и несколько месяцев оставался незамеченным – до вспышки в Нью-Йорке. Все американские штаммы вируса лихорадки Западного Нила очень напоминают образец, выделенный в 1998 г. у погибшего гуся в Израиле. Некоторые специалисты предполагают, что какая-то зараженная птица попала с Ближнего Востока в Нью-Йорк через контрабандную торговлю животными. Другие размышляют, не мог ли попасть на борт самолета комар – носитель вирусов.

Какое бы животное ни занесло вирус в США, там ему досталось изобилие новых хозяев, что сулило процветание. Вирус лихорадки Западного Нила обнаружился у 62 видов комаров, исконно обитающих в США, и у 300 видов местных птиц. Некоторые птицы, в частности воробьи и странствующие дрозды, оказались особенно подходящими инкубаторами. Передаваясь от птиц к комарам и снова к птицам, вирус лихорадки Западного Нила распространился по всей территории США за каких-то четыре года. А из США он вскоре двинулся на север в Канаду и на юг в Бразилию и Колумбию.

Как только вирус прибыл в Западное полушарие, у него установился регулярный цикл. Весной птицы выводят новое поколение птенцов, беззащитных перед несущими вирус комарами. Процент зараженных птиц в течение лета растет, и все больше комаров, кусая их, подхватывают инфекцию. Затем эти комары кусают людей, которые в теплый сезон проводят больше времени на открытом воздухе, и заражают их лихорадкой Западного Нила.

Осенью, с понижением температуры, на большей части территории США комары гибнут и вирус перестает распространяться. Пока еще достоверно неизвестно, как вирус переживает зиму. Возможно, популяция вируса сохраняется на юге, где климат не столь суров по отношению к насекомым-хозяевам. Возможно также, что комары, откладывая яйца, награждают вирусом свое потомство. Перезимовав, зараженные личинки вылупляются из яиц – и новое поколение готово дальше передавать вирус новым птицам.

Из-за жизненного цикла вируса лихорадки Западного Нила бороться с ним особенно трудно. Против него бесполезны меры, способные остановить другие вирусы. Мытье рук и школьные карантины помогают замедлить распространение гриппа, поскольку единственный путь попадания вируса к новым хозяевам – воздушно-капельный, через выделения из носов и ртов больных. Но вирус лихорадки Западного Нила активно передают новым хозяевам голодные комары. В некоторых округах пытались бороться с лихорадкой Западного Нила, распыляя пестициды в местах размножения комаров, но извести насекомых полностью не удалось, да и для окружающей среды это вредно.

Кроме того, борьбу с вирусом лихорадки Западного Нила затрудняет то, что человек для него – тупиковый хозяин. Многие виды вирусов, такие как вирусы оспы или папилломы человека, приспособлены исключительно к нашему виду и не способны выживать в других организмах. Но вирус лихорадки Западного Нила успешно переносят многие виды птиц. Даже если врачи сумеют избавиться от каждого вируса лихорадки Западного Нила в человеческой популяции, миллиарды птиц будут производить новые партии, а комары – доставлять их нам.

К несчастью для заболевших, противовирусного препарата, способного вылечить лихорадку Западного Нила, все еще не существует. Нет и вакцины, одобренной к применению для людей. Когда вирус впервые объявился в США, несколько производителей вакцин приступили к испытаниям. Им удалось продемонстрировать, что некоторые вакцины безопасны и способствуют выработке антител к вирусу лихорадки Западного Нила. Однако затраты на проведение широкомасштабных испытаний и предъявляемые к ним требования оказались слишком высоки, чтобы оправдать потенциальную пользу. Лошадям повезло больше: у ветеринаров есть для них эффективные вакцины. Даже редкие виды птиц, такие как калифорнийский кондор, получили прививки, защищающие их от вируса. Нам, людям, похоже, придется подождать.

С тех пор история вируса лихорадки Западного Нила повторилась дважды. В 2013 г. на Карибские острова был занесен новый вирус, распространяемый комарами, – Чикунгунья. Впервые его описали во время эпидемии 1952 г. в Танзании. На языке маконде, народа южной Танзании, его название означает «скрючиться», потому что жертвы болезни не могут распрямиться из-за боли в суставах. Неизвестно, как вирус Чикунгунья попал в Новый Свет – с зараженным пассажиром или с комаром, вылетевшим из самолета. Кое-какие сведения ученым дает генетический материал вирусов. Карибский штамм Чикунгунья почти идентичен штамму, циркулировавшему в Китае и на Филиппинах. Каким-то образом вирус разошелся по всей планете. И как только он совершил этот скачок, его распространение стало взрывным. Только за первый год он заразил в своих новых владениях свыше миллиона человек.

Через два года очередной новый вирус объявился в Бразилии. Врачи обратили на него внимание из-за сотен младенцев, родившихся с тяжелым пороком развития мозга. Оказалось, что их матери были заражены еще одним малоизвестным вирусом, который распространяют комары, – вирусом Зика. Он получил свое название в честь леса Зика в Уганде, где в 1947 г. его обнаружили у обезьян. На следующий год ученые нашли его в организме комара из того же леса. В последующие десятилетия вирус Зика время от времени вызывал лихорадку у жителей Восточной Африки и многих стран Азии, пока не разразилась первая крупная вспышка – не в Уганде, а в тысячах километров от нее, на острове Яп в Тихом океане. На распространение вируса Зика в Азии указывает, в частности, обследование индонезийских детей 2014 г., обнаружившее, что у 9 % из них есть антитела к нему.

В 2015 г. вирус Зика наконец добрался до Нового Света. Натворив бед в Бразилии, он через комаров и через сексуальные контакты перекинулся в другие страны – Колумбию, Мексику. В США первые случаи были выявлены весной 2016 г. Как ни странно, при распространении вируса на север риск патологий среди новорожденных вроде бы снизился. К 2017 г. эпидемия лихорадки Зика стала угасать сама. Ученым еще не вполне ясно, почему так произошло. Впрочем, с окончанием эпидемии вирус Зика не исчез. Ежегодно лихорадкой Зика заболевают тысячи жителей Южной Америки, и специалисты уверены, что при благоприятных для вируса условиях следует ждать новой вспышки.

Похоже, будущее сулит радужные перспективы и вирусу лихорадки Западного Нила, и другим передаваемым комарами вирусам, пришедшим вслед за ним в Новый Свет. Ведь будущее обещает быть теплым. Исследования лихорадки Западного Нила в США за последние два десятилетия показывают, что для вируса наиболее благоприятны годы с высокой температурой. Кроме того, в достаточно дождливых областях комары воспроизводятся быстрее и сезон их размножения дольше. А значит, и сам вирус быстрее плодится внутри насекомых. Из-за выбросов углекислого газа и других парниковых газов средняя температура в США растет и, по расчетам климатологов, в ближайшие десятилетия вырастет еще больше. Климат в некоторых регионах станет более влажным, муссонным. Эти условия могут оказаться благоприятными не только для размножения комаров и вирусов, благодаря им более теплыми могут стать и зимы, что позволит комарам распространить свой ареал дальше на север. Теперь, когда вирус лихорадки Западного Нила справляет новоселье, мы, увы, помогаем ему устроиться поуютнее.

Эпоха пандемии

Почему появление COVID-19 неудивительно

Ли Вэньлян работал офтальмологом в одной из больниц Уханя – городской агломерации на востоке Китая с населением 11 млн человек. В декабре 2019 г. 34-летний врач узнал, что в больнице на карантине находятся семь пациентов с тяжелой пневмонией. Все они работали на одном и том же оптовом рыбном рынке[5], и это наводило на мысль, что в городе начинается эпидемия. Местные власти ничего не сообщали о вспышке пневмонии, но Ли встревожили дошедшие до него сведения.

Симптомы этих семерых пациентов – высокая температура, резкий кашель, жидкость в легких – походили на болезнь, захлестнувшую Китай семнадцать лет назад. Это заболевание – тяжелый острый респираторный синдром (Severe Acute Respiratory Syndrome, SARS), или атипичная пневмония, – было вызвано вирусом из группы коронавирусов. Но, в отличие от большинства коронавирусов, вызывающих легкие простуды, вирус SARS убивал 10 % своих жертв. К счастью, тогда, благодаря карантинам, эпидемию удалось остановить, и вирус больше не возвращался.

И вот теперь в Ухане наблюдался кластер случаев, напоминающих SARS. Коллега-врач в той же больнице показал Ли результаты анализов одного из пациентов, подтверждающие наличие коронавируса. В социальных сетях Ли состоял в закрытом сообществе врачей, куда входили только выпускники Уханьского университета. Тридцатого декабря 2019 г. он обратился к друзьям с предостережением. Он просил их самих и их родственников быть осторожнее.

Кто-то сделал скриншот обращения Ли, и оно пошло гулять по сети. Слухи о пневмонии ходили уже несколько дней, теперь же появилось подтверждение от врача из ведущей больницы – впервые кто-то из профессиональных медиков поднял тревогу.

«Я просто хотел, чтобы мои однокашники по университету побереглись, – говорил он впоследствии журналисту из CNN. – Когда я увидел, что это разошлось в сети, я понял, что ситуация вышла из-под моего контроля и теперь меня, должно быть, накажут».

Он не ошибся. Администрация больницы потребовала от Ли объяснений, откуда он узнал о больных, а затем, 3 января, его вызвали в отделение полиции, где он был вынужден подписать протокол, что совершил «антиобщественный поступок», распространяя утверждения, «не соответствующие действительности и нарушающие закон». Ли пообещал впредь не допускать противоправного поведения.

К тому времени Китай уже передавал во Всемирную организацию здравоохранения ту самую информацию, за распространение которой преследовали Ли. С каждым днем в Ухане выявлялись все новые случаи пневмонии. Ли вернулся на работу, стараясь избегать дальнейших неприятностей. Через несколько дней его посетила пациентка с глаукомой. Если не считать проблем с глазами, она выглядела здоровой, и Ли не принял никаких мер предосторожности во время приема. Позже пациентка заболела и заразила всю свою семью. Десятого января Ли начал кашлять. «Я проявил безалаберность», – сказал он в интервью The New York Times.

Вскоре Ли уже и сам дышал с трудом. Его положили в больницу, где коллеги-врачи назначили ему кислородную терапию. Так как пневмония Ли была вирусной, а не бактериальной, антибиотики помочь ему не могли. Все, что могли сделать медики, это ждать и надеяться на его выздоровление – оправданная надежда, ведь он был здоровым мужчиной 34 лет. Из-за высокой контагиозности вируса Ли приходилось содержать в строгой изоляции. Его беременная жена и четырехлетний ребенок могли общаться с ним только по видеосвязи. Когда в конце января Ли давал интервью The Times, он не сомневался, что конце концов поднимется с больничной койки. «Для выздоровления мне понадобится недели две, – сказал он. – Я буду вместе с другими медицинскими работниками бороться с эпидемией. Это мой долг».

Через неделю Ли скончался. Вскоре вирус получил официальное название SARS-CoV-2, а вызванная им болезнь – COVID-19. Когда в июне вдова Ли родила, SARS-CoV-2 уже распространился по всей планете. Почти у 8 млн человек обнаружились положительные пробы на вирус, и, вероятно, еще десятки миллионов человек стали носителями. Официальная смертность перевалила за 430 000 человек, хотя истинные цифры, скорее всего, были намного выше. Вирус захватывал страну за страной, и у властей не оставалось иного выбора, кроме как объявлять в странах локдауны, чтобы сдержать его натиск. Результатом стал серьезный экономический кризис, принесший мировой экономике немалые убытки.

Возможно, если бы Ли и другие врачи сумели раньше поднять тревогу, немалой части этих мировых бедствий удалось бы избежать. Мы, вероятно, никогда не узнаем, кто был первым человеком, подхватившим COVID-19, – нулевым пациентом новой пандемии. Но нам следует почтить память ее первого героя.

Многих COVID-19 застал врасплох, но удивляться не стоило. Вирусологи десятилетиями предупреждали об угрозе появления новых вирусов. «Всемирная эпидемия синдрома приобретенного иммунодефицита (СПИД) демонстрирует, что инфекционные заболевания – не пережиток прошлого, а, как и любая болезнь, цена, которую мы платим за жизнь в органическом мире», – писал вирусолог Стивен Морс в 1991 г.

Морс опубликовал это предупреждение в то время, когда ВИЧ, ведущий свою родословную от вируса шимпанзе, становился угрозой мирового масштаба. Морс и другие вирусологи опасались, что точно так же пересечь межвидовой барьер способны и некоторые другие вирусы животных. Их названия – лихорадка Рифт-Валли, обезьянья оспа, вирус Эбола – были в 1990-е гг. знакомы лишь специалистам. Время от времени они поражали небольшое количество людей с самыми тяжелыми последствиями, а затем возвращались в популяции животных-хозяев. Но один из них при благоприятных условиях мог стать новым ВИЧ или новым пандемическим гриппом. И чем интенсивнее человек эксплуатировал среду обитания этих животных (вырубка тропических лесов, освоение целины под крупномасштабное сельское хозяйство), тем больше была вероятность возникновения такого вируса.

Морс предупреждал, что следующей беды, возможно, придется ожидать от вируса, у которого пока нет даже названия. «Если не предпринимаются скоординированные усилия по поиску вируса, его открывают обычно случайно, – писал он, – или, как почти всегда бывает с человеческими вирусными заболеваниями, когда дело доходит до серьезной эпидемии где-нибудь в западном мире».

Вирус SARS появился через одиннадцать лет после того, как Морс опубликовал это предупреждение. Поначалу казалось, что его пророчество исполнилось с точностью до запятой. В ноябре 2002 г. один китайский крестьянин пришел в больницу с высокой температурой и вскоре умер. Другие жители того же региона Китая тоже стали заболевать, но этот факт не привлекал мирового внимания, пока не подскочила температура у американского бизнесмена, летевшего из Китая в Сингапур. Самолет совершил вынужденную посадку в Ханое, но спасти предпринимателя не удалось. Вскоре болеть начали жители других стран, вплоть до самой Канады.

Ученые принялись искать причину болезни в биоматериалах жертв атипичной пневмонии. Малик Пейрис из Гонконгского университета возглавлял коллектив исследователей, которым это удалось. При обследовании 50 пациентов с атипичной пневмонией у двоих обнаружился один и тот же вирус. Пейрис и его коллеги секвенировали генетический материал нового вируса и затем взялись за поиск совпадающих генов у остальных пациентов. Соответствия нашлись у 45 из них.

Это были коронавирусы – тип вирусов, получивший свое название из-за белковых шипиков на их поверхности, образующих нечто вроде венчика. Ученым, впервые описавшим эти вирусы в 1960-е, он напоминал солнечную корону, которая видна во время затмения. Поскольку известные до тех пор коронавирусы приводили всего лишь к безобидной простуде, открытие среди них возбудителя смертельной пневмонии стало неожиданностью. Когда Морс и его коллеги составляли список вирусов, вызывающих тревогу, коронавирусы туда не попали.

Однако вирус SARS явился точно по сценарию, предсказанному Морсом и его коллегами. Чтобы проследить происхождение вируса, известного как SARS-CoV, ученые использовали тот же метод, что и для выяснения происхождения ВИЧ: они составили родословную вируса и затем стали искать его близких родичей у животных. Оказалось, что SARS-CoV перешел к нам не от приматов, а от летучих мышей – китайских подковоносов.

Возможно, впервые на людей SARS-CoV перекинулся от другого животного. Ученые обнаружили вирус у цивет – похожих на кошек млекопитающих, которых часто можно видеть на китайских рынках, торгующих животными. Но могло быть и так, что SARS-CoV передался людям непосредственно от подковоносов. Кто-то съел зараженную летучую мышь или заразился через контакт с ее пометом. Каким бы ни был путь вируса к нашему виду, его биологические свойства вполне подходили для распространения от человека к человеку.

К счастью, оказалось, что люди с SARS становятся заразными лишь с момента проявления симптомов, таких как температура и кашель. Как только они заболевали, врачи могли изолировать их и предотвратить распространение вируса. Всего атипичной пневмонией заболели около 8000 человек, умерли из них 900, а затем эпидемия прекратилась. По сравнению с обычным сезонным гриппом SARS едва затронул человечество. Но ученые знали, что, коль скоро вирус SARS попал к нам от китайских летучих мышей, он может вернуться.

Через десять лет новый коронавирус всплыл в Саудовской Аравии. В 2012 г. врачи саудовских больниц обратили внимание на то, что к ним стали поступать пациенты с респираторным синдромом, природу которого они не могли определить. Их состояние напоминало атипичную пневмонию, но сопровождалось более высокой летальностью – почти треть больных умирала. Болезнь получила название ближневосточного респираторного синдрома (Middle Eastern Respiratory Syndrome, MERS), и вскоре вирусологам удалось выделить возбуждающий ее коронавирус. Это был довольно близкий родственник вируса SARS-CoV. А родня MERS-CoV предположительно находилась в организме летучих мышей, только в данном случае не китайских, а африканских.

Как африканские летучие мыши могли вызвать ближневосточную эпидемию? Очевидного ответа на этот вопрос не было. Но важная новая улика появилась, когда специалисты обследовали млекопитающих, от которых зависит выживание множества людей на Ближнем Востоке, – верблюдов. Среди верблюдов стали попадаться рассадники вирусов MERS, вытекающих из их носов вместе с каплями слизи. Одно из возможных объяснений происхождения MERS состоит в том, что верблюды заразились вирусом от летучих мышей в Северной Африке. Между Северной Африкой и Ближним Востоком ведется активная торговля верблюдами. Больной верблюд мог доставить вирус на новое место жительства.

Когда ученые восстановили историю ближневосточного респираторного синдрома, были немалые основания опасаться глобальной эпидемии похуже атипичной пневмонии. Ежегодно более 2 млн мусульман приезжают в Саудовскую Аравию, чтобы совершить хадж. Было несложно представить себе, как вирус MERS быстро распространяется в толпе, а затем паломники, возвращаясь на родину, разносят его по всему миру. Но пока этого не произошло. Каждые несколько месяцев наблюдаются вспышки MERS и заболевает несколько десятков человек. Вирус побывал в 27 странах, на ноябрь 2020 г. общее число заболевших составляло 2562, умерших – 881. Большинство вспышек происходит в больницах, и некоторые ученые подозревают, что MERS успешно приживается только в организме людей с ослабленной иммунной системой.

При всех ужасах SARS и MERS мир отреагировал на них беспечно. Вирусы не стали поводом для глобального беспокойства, поскольку им не удалось добиться по-настоящему массового заражения людей. С коронавирусом, вызывающим COVID-19, вышло иначе.

Генетический состав вируса SARS-CoV-2 показывает его близкое родство с SARS-CoV. Возможно, эти коронавирусы происходят от общего предка, поразившего летучих мышей несколько столетий назад. Веками их предки циркулировали среди рукокрылых Китая. Они мутировали и приспосабливались к своим летучим хозяевам. Они также обменивались генами, создавая новые комбинации, когда два коронавируса заражали одно и то же животное. Из всех коронавирусов, обнаруженных учеными у китайских летучих мышей, наиболее близкие родичи SARS-CoV-2 разошлись с ним десятилетия назад. Поэтому непосредственные истоки пандемии COVID-19 на данный момент – тайна, покрытая мраком.

Похоже, что SARS-CoV-2 шел тем же путем, что и родственные ему коронавирусы, не говоря уже о ВИЧ и гриппе. В 2019 г. какой-то житель Китая заразился коронавирусной инфекцией. Этим первым человеком-носителем мог быть китайский крестьянин, и вовсе не в Ухане. Вирус, возможно, уже подходил для поражения человеческих дыхательных путей, а потом постепенно приспособился к распространению от человека к человеку, а не от летучей мыши к летучей мыши. Добравшись до Уханя, вирус встретил там миллионы людей, живущих и работающих в условиях скученности, где всего один носитель способен заразить десятки других людей.

В некоторых отношениях SARS-CoV-2 действовал так же, как SARS-CoV. Оба коронавируса для проникновения в клетки дыхательных путей использовали один и тот же белок на их поверхности – ACE2. Оба могли спровоцировать бурный, разрушительный ответ иммунной системы, губительный для легких пациента. Но в других важных отношениях новый коронавирус существенно отличался. Например, он оказался гораздо менее летальным. Умирает примерно один из 200 человек, заболевших COVID-19, тогда как SARS уносил жизнь каждого десятого. Но при этом, в отличие от больных атипичной пневмонией, заболевшие COVID-19 могут распространять вирус за несколько дней до того, как у них проявятся первые симптомы[6]. В 1/5 случаев COVID-19 никаких симптомов не проявляется вовсе. Как следствие, COVID-19 распространился по Китаю и за его пределами намного раньше, чем государственные службы здравоохранения осознали, что имеют дело с катастрофой. А когда вирус оказывался в очередной стране, обуздать его при помощи стратегий, которые оказались эффективными семнадцать лет назад, в борьбе с SARS, зачастую было невозможно.

Многие переболевшие COVID-19 узнавали об этом лишь спустя месяцы после заражения. Требовался анализ на антитела, чтобы они поняли, что их иммунная система дала отпор вирусу. Кому-то повезло обойтись легкими симптомами, но многие слегли на несколько дней или недель. Около 20 % зараженных приходилось госпитализировать. Врачи, впервые столкнувшиеся с COVID-19, обнаружили, что он совершенно не похож на грипп и другие знакомые им респираторные заболевания. Вирус мог разрушать легкие больных, а мог распространяться и на другие органы, вызывая сердечные приступы, отказ почек и инсульты из-за тромбоза.

В разных странах пандемия развивалась по разным сценариям, в основном в зависимости от того, насколько серьезно власти подготовились к худшему. К примеру, Южная Корея тяжело пострадала в эпидемию SARS, а затем пережила лютую вспышку MERS в больницах. Корейское правительство признавало, что коронавирусы вполне могут нанести новый удар. Для медицинских работников были приготовлены запасы защитного снаряжения, выделены средства государственным экспертам здравоохранения, которые могли отслеживать распространение вирусов от человека к человеку. Двадцатого января 2020 г. Южная Корея подтвердила у себя первый случай COVID-19 и немедленно приступила к решительным действиям. Они разработали генетический тест на определение заражений COVID-19. Чтобы обеспечить населению легкий и безопасный доступ к тестированию, они придумали способ брать анализы на ходу у проезжающих – медики в защитном снаряжении заглядывали в автомобили и совали ватные палочки в носы водителей и пассажиров. Обнаружив, что одна церковь стала рассадником инфекции, южнокорейское правительство направило уполномоченных по отслеживанию контактов, чтобы отыскать всех, кто мог заразиться. К концу 2020 г. у них было всего 60 000 заболевших и 900 смертей.

В США первый случай заболевания стал известен в тот же день, но потери там были гораздо страшнее. Правительство решило не использовать уже существующий тест на SARS-CoV-2, а разработать собственный. Из-за ужасающей некомпетентности бюрократов потребовалось несколько недель, чтобы убедиться, что тест не годится. Передовые биологические лаборатории при американских университетах без проблем могли бы создать рабочий тест, но власти препятствовали любым попыткам. За остаток января и февраль 2020 г. в США тестирование практически застопорилось, внимание было сосредоточено в основном на приезжих из Китая. Администрация Трампа запретила рейсы между США и Китаем, но эта мера была, по сути, бесполезной, так как вирус уже распространился в ряде других стран. Нью-Йорк, как выяснится впоследствии, получал завозной вирус главным образом из Европы. В марте больницы уже были заполнены пациентами с COVID-19. В отличие от корейских коллег, американским работникам здравоохранения зачастую не хватало средств защиты, чтобы оградить себя от чрезвычайно контагиозного вируса. Некоторые надевали на себя мешки для мусора. Города по всей стране – Лос-Анджелес, Сиэтл, Чикаго, Детройт и прочие – стали братьями-близнецами Уханя. К концу года в Нью-Йорке число умерших превышало 25 000 – в тысячу с лишним раз больше, чем в Сеуле, городе примерно такого же размера. В целом по стране к концу 2020 г. COVID-19 подтвердился у 18,7 млн американцев, и около 350 000 умерли.

К концу года, однако, люди увидели свет в конце тоннеля, потому что стали появляться вакцины. Поиски вакцины против COVID-19 начались с января 2020 г., как только китайские ученые выделили SARS-CoV-2 и секвенировали его геном. Одни исследователи пользовались традиционными методами, обрабатывая коронавирус химическими препаратами, чтобы инактивировать его, как поступил в 1950-е гг. Джонас Солк, изобретатель вакцины от полиомиелита. Другие использовали более современные методы, например синтез молекул РНК, содержащих инструкции, по которым человеческие клетки сами синтезировали вирусные белки. Осенью приступили к клиническим испытаниям, показавшим, что часть вакцин способна защитить добровольцев от COVID-19. А в декабре по всему миру начались массовые прививочные кампании. Обычно на испытание новой вакцины и введение ее в клиническую практику уходит лет десять или даже больше. До COVID-19 рекорд скорости принадлежал вакцине от свинки – четыре года. Ученые побили этот рекорд, чтобы приступить к борьбе с пандемией.

Ради всего человечества мы должны извлечь урок из этого опыта. Будут еще новые ковиды – какие-нибудь COVID-24, COVID-31 или COVID-33. Коронавирусы лишь одна из многих групп вирусов, у которых ученые видят большой потенциал вызывать новые болезни человека. А вирусологи остро осознают, что они еще только начинают свое знакомство со всем разнообразием виросферы. Чтобы ускорить этот процесс, ученые исследуют животных в поисках фрагментов генетического материала вирусов. Но, поскольку мы живем на планете вирусов, это задача колоссального масштаба. Ян Липкин и его коллеги из Колумбийского университета выловили в Нью-Йорке 133 крысы и нашли у них множество групп вирусов, близкородственных человеческим патогенам. В ходе другого проекта в Бангладеш они обследовали индийскую летучую лисицу и постарались определить каждый вирус, которому она служит приютом. Они определили 55 видов, 50 из которых были прежде неизвестны науке.

Мы не в силах предсказать, какой из этих новооткрытых вирусов вызовет новую пандемию и вызовет ли вообще. Но это не значит, что их можно просто игнорировать. Напротив, нам следует сохранять бдительность, чтобы суметь остановить их, прежде чем они получат возможность совершить большой скачок к нашему виду.

Долгое прощание

Забвение натуральной оспы откладывается

На тот момент в 2021 г., когда я пишу эти строки, окончательная судьба COVID-19 остается непредсказуемой. Будет ли коронавирус и дальше перемалывать человечество, убивая миллионы? Обеспечат ли вакцины достаточную защиту для того, чтобы уменьшить распространение вируса, и появятся ли противовирусные препараты, позволяющие легко переносить заболевание? А может, вирус затаится в пещере с летучими мышами, чтобы в один прекрасный день вернуться и вызвать новую эпидемию, как SARS? Или нам удастся полностью его уничтожить?

Последнее наименее вероятно, если история нас чему-то учит. Медицине удалось полностью искоренить в природе только один вид человеческого вируса. Этой чести удостоился возбудитель натуральной оспы. Зато он ее заслужил с лихвой. На протяжении последних тысячелетий от натуральной оспы умерло, вероятно, больше людей, чем от любой другой болезни на Земле.

Происхождение натуральной оспы остается неясным, но к IV в. китайские врачи уже фиксировали подробности тщательных наблюдений за течением болезни. Вирус распространяется по воздуху, и неделю спустя после заражения человек начинает ощущать озноб, нестерпимый жар и мучительные боли. Через несколько дней лихорадка спадает, но вирус не оставляет в покое свою жертву. Появляются красные пятна – сначала во рту, потом на лице, а потом по всему телу. Сыпь превращается в пузырьки, которые наполняются гноем, вызывая выраженную воспалительную реакцию и значительный дискомфорт. Треть людей, заразившихся оспой, умирает. У выживших пустулы покрываются корочкой, и на их месте остаются глубокие рубцы на всю жизнь.

Древнейшие непосредственные свидетельства оспы найдены в захоронениях викингов VII в. В их костях до сих пор сохраняются фрагменты вирусных генов. В последующие века вирус объявлялся в новых местах и сеял опустошение. Занесенный в Исландию в 1241 г., он стремительно уничтожил 20 000 из 70 000 жителей острова. Между 1400 и 1800 гг. от натуральной оспы, по оценкам исследователей, только в Европе в каждом веке умирало 500 млн человек. Среди ее жертв были монархи, например русский царь Петр II, английская королева Мария II и австрийский император Иосиф I.

Народы Нового Света впервые встретились с вирусом только после прибытия Колумба в Карибский бассейн. Европейцы непреднамеренно принесли с собой биологическое оружие, обеспечившее завоевателям жестокое преимущество над противником. Не обладая никаким иммунитетом против оспы, при столкновении с вирусом индейцы повально умирали. Считается, что в начале XVI в. за несколько десятилетий после появления в Центральной Америке испанских конкистадоров в отдельных регионах вымерло более 90 % коренного населения.

Первый эффективный метод предотвращения распространения оспы появился, по-видимому, в Китае около 900 г. Врачи соскребали материал с подсохшей пустулы больного оспой и втирали его в царапину на коже здорового человека. (Иногда струпья применялись в виде порошка, который надо было вдохнуть.) Вариоляция, как позже назовут эту процедуру, обычно вызывала образование единственной пустулы на инокулированной руке. После того как пустула заживала, пациент приобретал иммунитет против оспы.

По крайней мере, так планировалось. Нередко вариоляция вызывала появление новых пустул, а в 2 % случаев люди умирали. И все-таки риск в 2 % это меньше, чем 30 %-ный риск умереть в случае заболевания. Вариоляция широко распространилась по всей Азии, двигаясь по торговым путям на Запад, пока к XVII в. эта практика не достигла Константинополя. Когда вести о ее успехах дошли до Европы, тамошние врачи тоже начали применять вариоляцию. Прививка вызывала религиозные возражения: одному Богу решать, кто выживет после наводящей ужас оспы. В ответ на такое недоверие врачи устраивали публичные опыты. Бостонский врач Забдиэль Бойлстон публично провел вариоляцию сотен людей во время эпидемии оспы 1721 г.; среди прошедших процедуру доля переживших эпидемию оказалась выше, чем среди тех, кто не участвовал в испытаниях. Во время Войны за независимость Джордж Вашингтон приказал провести вариоляцию всех своих солдат, чтобы уберечь армию от «величайшего из всех бедствий, которые могут на них обрушиться».

В то время никто не понимал принципа действия вариоляции, так как никто не знал, что представляют собой вирусы и как с ними справляется наша иммунная система. Способы лечения натуральной оспы проверяли в основном путем проб и ошибок. В конце XVIII в. британский врач Эдвард Дженнер изобрел более безопасную вакцину от оспы, услышав рассказы о том, что у доярок никогда не бывает этой болезни. Коровы могут заражаться коровьей оспой, близкой родственницей натуральной оспы, и Дженнер задумался, не она ли обеспечивает защиту. Он взял гной из пустулы на руке доярки по имени Сара Нельмс и инокулировал его в руку одного мальчика. У ребенка появилось несколько мелких пузырьков, но в остальном никаких симптомов не было. Через шесть дней Дженнер сделал мальчику вариоляцию – иными словами, подверг его воздействию натуральной оспы, а не коровьей. Пустулы вообще не развились.

Этот новый, более безопасный способ предотвращения оспы Дженнер представил миру в брошюре, опубликованной в 1798 г. Он окрестил его «вакцинацией», по латинскому названию коровьей оспы – Variolae vaccinae. Через три года свыше 100 000 человек в Англии уже были вакцинированы от оспы, и эта практика распространилась в остальном мире. В последующие годы другие ученые освоили технологию Дженнера и изобрели вакцины против других вирусов. Из слухов о доярках родилась медицинская революция.

Популярность вакцин росла, и врачам стало трудно удовлетворять спрос. Вначале они собирали струпья на руках у вакцинированных и использовали их для прививки у следующих пациентов. Но, поскольку коровья оспа в естественных условиях встречалась только в Европе, раздобыть вирус жителям других частей света оказалось не так просто, как Дженнеру. В 1803 г. король Испании Карл IV предложил решительную меру – прививочную экспедицию в Новый Свет и Азию. На корабль в Испании посадили 20 сирот. Одного из детей вакцинировали до отплытия корабля. Через восемь дней у привитого появились пустулы, а затем струпья. Эти струпья взяли, чтобы привить следующего, и так далее по цепочке. Всякий раз, когда корабль останавливался в очередном порту, струпья использовали для прививок местного населения.

На протяжении всего XIX в. врачи бились над вопросом, как найти лучший способ транспортировки вакцин от оспы. Некоторые превращали в фабрики вакцины телят, многократно заражая их коровьей оспой. Тем временем вирус коровьей оспы смешался с близкородственным вирусом оспы лошадей. В начале XX в., когда стала проясняться природа вирусов, исследователи оставили в покое телят и стали производить вакцины на культурах клеток. Теперь можно было получить большие объемы препарата гарантированной чистоты. Однако работа продвигалась медленно и неровно; даже в XX в. от натуральной оспы умерло около 300 млн человек.

Наконец в 1950-е гг. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) начала рассматривать возможность широкомасштабной кампании, чтобы стереть вирус натуральной оспы с лица земли. Сторонники плана по искоренению оспы обосновывали его, ссылаясь на биологические особенности вируса. В отличие от гриппа или лихорадки Западного Нила, натуральная оспа поражает только людей, но не животных. Если планомерно уничтожать ее вирус в каждой человеческой популяции, можно не беспокоиться, что он затаится среди свиней или уток, чтобы потом нанести новый удар. К тому же оспа – болезнь явная. В отличие от вирусов типа ВИЧ, которые могут не проявлять себя годами, натуральная оспа выдает свое страшное присутствие за несколько дней. Работники здравоохранения смогут заметить вспышки и точно отследить их распространение.

И все же идею уничтожения оспы встретили скептически. Даже если все пойдет точно по плану, проект ее ликвидации потребует многолетнего труда тысяч квалифицированных сотрудников, рассредоточенных по всему миру и занятых тяжелой работой, зачастую в глухих, опасных местах. Службы здравоохранения уже пытались искоренить другие болезни, например малярию, и потерпели поражение. Почему же оспу уничтожить будет проще?

Но скептики проиграли спор, и в 1967 г. ВОЗ запустила Интенсивную программу ликвидации оспы. Медики стали применять новую раздвоенную иглу, позволявшую вводить вакцину от оспы более эффективно, чем обычным шприцем. Таким образом мировой запас вакцины от оспы можно было разделить на большее количество человек, чем прежде. Кроме того, работники здравоохранения сообразили, что не нужно ставить нереалистичную цель вакцинации каждого человека на Земле. Достаточно было отслеживать новые вспышки оспы и оперативно гасить их. Заболевших помещали на карантин, а затем прививали жителей окрестных городов и деревень. Оспа распространялась во все стороны, как лесной пожар, но вскоре наталкивалась на противопожарную канаву вакцинации и гасла. Вспышку за вспышкой гасили, и вирус отступал, пока наконец в 1977 г. в Сомали не был зафиксирован последний случай[7]. Отныне мир был свободен от оспы.

С той самой поры, как программа закончилась, она служит доказательством того, что по крайней мере от некоторых патогенов можно полностью избавиться. По ее следам был проведен еще ряд кампаний, но повторить успех пока удалось лишь с одним вирусом. Веками вирус чумы крупного рогатого скота (КРС) преследовал молочные и животноводческие хозяйства, выкашивая целые стада коров. В XX в. ветеринары осуществили ряд прививочных кампаний от чумы, но они всякий раз проводились недостаточно последовательно, чтобы победить вирус, и он возвращался снова и снова.

В 1980-е гг. специалисты по чуме КРС полностью переосмыслили подход к вирусу и стали планировать новую кампанию по ее искоренению. В 1990 г. была создана дешевая стабильная вакцина, которую можно было доставлять пешком даже к самым отдаленным кочевым племенам. В 1994 г. Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН использовала эту вакцину для запуска программы глобальной ликвидации. У социальных работников общин собирали информацию о заболевших коровах и раздавали вакцины там, где в них была необходимость, чтобы инфицированные животные не заражали здоровых.

Одна за другой страны избавлялись от чумы КРС. Но в периоды войн кампании прерывались, и вирус возвращался на очищенные от него территории. «Чума КРС – первейший кандидат на искоренение. Почему оно не осуществилось?» – задавался вопросом руководитель программы сэр Гордон Скотт в статье 1998 г. «Главное препятствие – "бесчеловечное отношение человека к человеку", – заключал он. – Чума процветает в условиях вооруженного конфликта и толп беженцев».

Пессимизм Скотта не оправдался. В 2001 г., всего через три года после его мрачных оценок, ветеринары зафиксировали последний случай чумы КРС – у дикого буйвола в национальном парке на горе Меру в Кении. Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН выжидала еще десять лет, не заболеют ли новые животные. Случаев больше не было, и в 2011 г. организация объявила о полной ликвидации чумы КРС.

Остальные кампании по искоренению болезней, казалось, сулили скорую победу, но пробуксовывали на финише. Так, полиомиелит когда-то был мировым бедствием. Миллионы детей из-за него оставались парализованными или прикованными к аппаратам искусственного дыхания. Многолетние усилия привели к ликвидации вируса в большей части мира. В 1988 г. полиомиелитом болели 350 000 человек. В 2019 г. – только 176. В 1988 г. полиомиелит был эндемичным для 125 стран. В 2019 г. он оставался эндемичным только для Афганистана и Пакистана. Тем не менее в этих двух странах усилия по искоренению вируса годами встречали сопротивление. На пути прививочных кампаний вставали войны и нищета. Что еще хуже, захватившие власть талибы стали враждебно воспринимать прививочные кампании и систематически убивали медиков, проводивших прививки. Если дать полиомиелиту волю, он может разбушеваться в Афганистане и Пакистане, распространиться в соседние страны, так что число заболевших к 2030 г. может составить 200 000.

Начиная ликвидацию вирусов, мы вместе с тем обнаруживаем у них множество пугающих способов уцелеть. В конце XX в., пока борцы за искоренение оспы колесили по миру, расправляясь с вирусом, ученые разводили его же в лабораториях ради изучения. Когда в 1980 г. ВОЗ официально объявила о ликвидации оспы, эти лабораторные запасы никуда не делись. Чтобы обратить прогресс вспять, достаточно всего лишь по неосторожности выпустить вирус на свободу.

ВОЗ решила, что все лабораторные культуры вируса подлежат в конечном итоге уничтожению. А на промежуточном этапе ученым позволили проводить исследования вируса в условиях строгой регламентации. Только двум лабораториям разрешили сохранить оставшиеся запасы вируса натуральной оспы: одна из них находилась в СССР, в Новосибирске, вторая в CDC, в Атланте, штат Джорджия. Следующие три с лишним десятилетия исследования вируса натуральной оспы продолжались под бдительным надзором ВОЗ. Исследователи учились выводить лабораторных животных, восприимчивых к натуральной оспе, чтобы лучше разобраться в биологии вируса. Они анализировали его геном, совершенствовали вакцины и искали лекарства, потенциально эффективные против натуральной оспы. Все это время в ВОЗ шли споры, когда именно следует уничтожить вирус раз и навсегда.

Одни эксперты утверждали, что нет причин тянуть. Пока вирус натуральной оспы существует – как бы тщательно за ним ни присматривали, – остается риск, что он вырвется на свободу и погубит миллионы людей. А что, если террористы попытаются использовать его как биологическое оружие? Риск усугубляет то, что иммунитет против оспы в мире падает, так как прививки от нее больше не делают.

Но другие ученые настаивали на сохранении натуральной оспы в лабораториях. Они указывали, что успех программы по искоренению, возможно, пока еще не окончательный. В 1990-е гг. советские перебежчики сообщали, что в Советском Союзе созданы лаборатории для производства оружия на основе натуральной оспы – в виде начинки для снарядов, которыми предполагалось обстреливать противника. После распада СССР лаборатории биологического оружия были за брошены[8]. Никто не знает, какая судьба в итоге постигла вирусы, использовавшиеся для этих целей. Нельзя исключить страшную возможность, что бывшие советские вирусологи продали культуры вируса натуральной оспы правительствам других стран и даже террористическим организациям.

Противники уничтожения вируса натуральной оспы настаивали, что риск новых эпидемий – каким бы ничтожным он ни был – оправдывает дальнейшие исследования. Мы еще многого о нем не знаем. Натуральная оспа поражает единственный вид, человека, в то время как все ее родичи, так называемые ортопоксвирусы, способны поражать несколько видов. Неизвестно, почему вирус натуральной оспы такой привередливый. Если в будущем случится вспышка оспы, своевременный диагноз сможет спасти неисчислимое множество жизней. Чтобы разработать передовые методы тестирования, ученым понадобится оценить их и убедиться, что они позволяют отличить натуральную оспу от других ортопоксвирусов. Для подобных испытаний часто используют именно живые вирусы натуральной оспы. Точно так же вирусы могут пригодиться ученым для разработки новых вакцин и противовирусных препаратов.

Спор вокруг вируса натуральной оспы не привел к однозначному решению – просто договорились вернуться к этой теме в дальнейшем. Но с годами разногласия не утихали, а технический прогресс тем временем изменил саму постановку вопроса в этом споре.

В 1970-е гг., пока врачи занимались ликвидацией натуральной оспы, генетики разрабатывали первые методы чтения генетических последовательностей. В 1976 г. был прочитан весь генетический материал – геном – бактериофага MS2. Это был первый полностью секвенированный геном. Выбор вируса для первого прочтения генома был неслучаен: ученые собирались начать с малого. В человеческом геноме содержится свыше 3 млрд генетических «букв», а в геноме MS2 их всего 3569 – почти в миллион раз меньше.

В последующие годы были прочитаны геномы других вирусов, включая вирус натуральной оспы в 1993 г. Сравнив его геном с геномами других вирусов, исследователи получили некоторое представление о работе его белков. Затем секвенировали геномы штаммов вируса натуральной оспы со всего мира, и оказалось, что разновидностей совсем немного – это важная информация для исследователей, если они хотят подготовиться к будущим вспышкам оспы.

Изобретение технологий секвенирования генома открыло путь другому крупному достижению: ученые начали синтезировать гены, собирая их из нуклеотидов с нуля. Вначале они собирали короткие цепочки генетического материала. Уже на этой ранней стадии Экард Уиммер, вирусолог из Университета Стоуни-Брук, сообразил, что у вирусов достаточно маленькие геномы, поэтому их можно было синтезировать целиком. В 2002 г. он со своими коллегами использовал геном вируса полиомиелита как матрицу для синтеза тысяч коротких фрагментов ДНК. Затем с помощью ферментов эти отрезки сшили воедино и использовали получившуюся молекулу ДНК как матрицу для синтеза соответствующей ей молекулы РНК – иными словами, физической копии всего генома вируса полиомиелита. Когда Уиммер и его сотрудники добавили эту РНК в пробирки с ферментами и нуклеотидами, там самопроизвольно синтезировались живые вирусы полиомиелита. Иными словами, они создали вирус с нуля.

Уиммер утверждал, что эту новообретенную власть ученые смогут использовать во благо человечество. Можно конструировать вирусы с прицельными изменениями генома, чтобы разобраться, как они работают. Можно редактировать вирусные геномы, чтобы обезвредить самые опасные вирусы, угрожающие здоровью людей, и превратить их в новые вакцины. Уиммер развил свою идею, став сооснователем компании по производству вакцин, которая начала применять искусственные вирусы в качестве экспериментальных вакцин от таких заболеваний, как грипп, лихорадка Зика и COVID-19[9].

И все же критиков беспокоило, что технология Уиммера может попасть в недобрые руки и кто-нибудь начнет производить вирусы с целью напустить их на человечество. Однако по поводу искусственной оспы опасений поначалу не было. У вируса натуральной оспы геном примерно в 30 раз больше, чем у вируса полиомиелита, и искусственный аналог собрать настолько сложно, что подобная угроза казалась научной фантастикой.

В 2018 г. она существенно приблизилась к реальности. Дэвид Эванс, вирусолог из Альбертского университета, совместно со своими коллегами синтезировал вирус лошадиной оспы – одного из неопасных родственников вируса натуральной оспы. Они воспользовались комплексом передовых генетических технологий, созданных уже после опыта Уиммера. Ученые отослали по электронной почте последовательности десяти длинных фрагментов ДНК вируса лошадиной оспы компании, принимающей заказы по почте. Компания синтезировала молекулы и отправила их обратно ученым. Каждый сегмент сам по себе был безвреден. Но когда Эванс и его коллеги ввели их в клетку, кусочки сложились в единую молекулу ДНК. И эта новая молекула могла давать начало жизнеспособным вирусам лошадиной оспы.

«Миру просто необходимо принять тот факт, что это возможно», – сказал Эванс репортеру Science. Вся проделанная работа обошлась ему лишь в 100 000 долларов.

Через тысячи лет страданий и неведения, окружавших натуральную оспу, мы наконец начали постигать ее природу и остановили ее опустошительное шествие. Вместе с тем, познав ее природу, мы поняли: как угроза человечеству она никогда не может быть окончательно ликвидирована. Наши новообретенные знания о вирусах подарили натуральной оспе своего рода бессмертие.

Эпилог

Инопланетянин из градирни

Гигантские вирусы и что же такое вирус

Всюду, где на Земле есть вода, есть жизнь. Вода в гейзерах Йеллоустона, в лужицах Пещеры кристаллов или в градирне на крыше больницы.

В 1992 г. микробиолог Тимоти Роуботэм взял пробу воды из градирни больницы в английском городе Брадфорде. Он поместил ее под микроскоп и увидел бушующую стихию жизни. Там были амебы и другие одноклеточные величиной с человеческую клетку. Там были бактерии, мельче примерно в 100 раз. Роуботэм искал причину вспышки пневмонии, разбушевавшейся в Брадфорде. Среди микроорганизмов, обнаруженных им в воде из градирни, нашелся, как ему показалось, подходящий кандидат – шарик размером с бактерию, сидевший внутри амебы. Роуботэм решил, что открыл новую бактерию, и назвал ее в честь своего города Bradfordcoccus.

Несколько лет Роуботэм пытался понять, что такое Bradfordcoccus и был ли он виновником вспышки пневмонии. Он пытался определить генотип патогена, сравнивая с генотипами других видов бактерий. Но совпадений не находилось. В 1998 г. сокращение финансирования вынудило его закрыть лабораторию. Но вместо того, чтобы уничтожить свой загадочный Bradfordcoccus, он попросил французских коллег сберечь образцы.

На несколько лет про Bradfordcoccus забыли, пока Бернар Ла Скола из Средиземноморского университета не решил исследовать его повторно. Как только он поместил образцы Роуботэма под микроскоп, он понял, что с ним что-то не так.

Bradfordcoccus не обладал гладкой поверхностью шаровидных бактерий. Скорее он походил на футбольный мяч, состоящий из множества плотно прилегающих друг к другу пластинок. А еще Ла Скола увидел, что из этих пластинок во все стороны торчат тонкие, похожие на волоски, нити белка. Единственными известными организмами в природе с подобными оболочками и нитями были некоторые виды вирусов. Но Ла Скола, как и все микробиологи того времени, знал, что нечто такого размера, как Bradfordcoccus, не может быть вирусом, ведь оно было в 100 раз больше.

И все-таки Bradfordcoccus оказался именно вирусом. При дальнейших исследованиях Ла Скола и его коллеги[10] обнаружили, что он размножается, внедряясь в амеб и заставляя их производить свои новые копии. Таким способом размножаются только вирусы. Команда Ла Скола дала Bradfordcoccus новое наименование, отражающее его вирусную природу. Его назвали мимивирусом, в том числе из-за его способности мимикрировать под бактерию.

Французские специалисты задались целью проанализировать гены мимивируса. Роуботэм пытался – и неудачно – сопоставлять его гены с генами бактерий. Французским ученым посчастливилось больше. Гены мимивируса оказались вирусными, и их было много. До открытия мимивирусов ученые привыкли находить у вирусов лишь несколько генов. Но у мимивируса 1018 генов. Это выглядело так, будто кто-то взял геномы вирусов гриппа, простуды, оспы и еще сотни других вирусов и засунул их все в одну белковую оболочку. Генов у мимивируса оказалось даже больше, чем у некоторых видов бактерий. И по размеру, и по количеству генов мимивирус нарушал главные правила вирусов.

Свой первый доклад об удивительном мимивирусе Ла Скола и его коллеги опубликовали в 2003 г. Их интересовало, единственный ли он в своем роде. Возможно, существовали другие гигантские вирусы, прятавшиеся у всех на виду. Они собрали воду в градирнях Франции и добавили в нее амеб, чтобы посмотреть, не заразит ли их какой-нибудь патоген, содержащийся в воде. Вскоре амебы стали лопаться, выпуская наружу гигантские вирусы.

Но это не были мимивирусы. Это был другой вид, с 1059 генами, установивший новый рекорд по величине генома среди вирусов. Хотя новый вирус внешне очень походил на мимивирус, его геном существенно отличался. Когда исследователи сравнили гены нового вируса с генами мимивируса, совпало лишь 833 из них. Остальные 226 оказались уникальными. К охоте подключились другие ученые, и гигантские вирусы стали обнаруживать повсюду: в реках, океанах, в озерах, погребенных под антарктическими льдами. На морском дне у побережья Чили были найдены гигантские вирусы с 2556 генами – на данный момент это рекордный размер вирусного генома.

Оказалось, что гигантские вирусы прячутся даже в организме животных. В сотрудничестве с бразильскими учеными Ла Скола и его коллеги изучали образцы сыворотки крови млекопитающих. Они нашли антитела к гигантским вирусам у коров и обезьян. Кроме того, гигантские вирусы были выделены у людей, в том числе у одного больного пневмонией. Пока еще неясно, какую роль гигантские вирусы играют для нашего здоровья. Может быть, они способны напрямую поражать наши клетки или могут затаиться без вреда для нас в амебах, проникающих в наш организм.

История гигантских вирусов позволяет понять, как мало нам пока еще известно о виросфере. И она придает второе дыхание давней дискуссии: что же такое вирус?

Как только ученые начали что-то узнавать о молекулярном составе вирусов, они поняли, что вирусы фундаментально отличаются от привычных форм клеточной жизни. Получив кристаллы вируса табачной мозаики в 1935 г., Уэнделл Стэнли поколебал представления о границе, отделяющей живое от неживого. В кристаллической форме его вирус вел себя как лед или алмаз. Но, попав на табачный куст, он размножался, как всякое живое существо.

Затем, когда ученые стали внимательнее присматриваться к молекулярной биологии вирусов, многие из них решили, что они всего лишь жизнеподобны, но на самом деле не живые. Все вирусы, изученные на тот момент, содержали по несколько генов каждый – от бактерий их отделяла огромная генетическая пропасть. Немногочисленные гены, входящие в состав вирусов, позволяли им выполнять простейшие задачи по созданию новых вирусов: проникать в клетку и внедрять свои гены в ее биохимические фабрики. У вирусов отсутствовали все гены, свойственные полноценным живым организмам. Так, исследователи не обнаружили у вирусов инструкций по созданию рибосомы – молекулярной фабрики по синтезу белков на основе РНК. Не было у вирусов и генов ферментов, расщепляющих необходимую для роста пищу. Иными словами, у вирусов, по-видимому, не хватало существенной части генетической информации, чтобы действительно быть живыми.

Тем не менее теоретически вирус, вероятно, способен обзавестись этой информацией и по-настоящему ожить. В конце концов, вирусы не высечены в камне. Благодаря случайной мутации какие-то из их генов могут удвоиться, возникнут новые копии, которые затем возьмут на себя новые функции. Либо вирус может случайно захватить гены другого вируса или даже хозяйской клетки. Его геном будет расширяться, пока он не сможет питаться, расти и делиться самостоятельно.

Хотя допустить вероятность подобной эволюции вирусов в направлении к жизни было несложно, ученые видели на этом пути огромное препятствие. Организмы с большими геномами нуждаются в надежном механизме копирования. С увеличением генома растет и вероятность вредных мутаций. Мы оберегаем наш гигантский геном от этого риска с помощью ферментов, исправляющих ошибки, как это делают другие животные, растения, грибы, простейшие и бактерии. Однако у вирусов таких ферментов нет. Поэтому ошибки копирования у них происходят во много раз чаще, чем у нас, – больше чем в тысячу раз.

Высокая скорость мутирования вирусов может накладывать ограничения на размер их генома, а значит, мешать им стать истинно живыми. Если геном вируса становится слишком большим, вероятность летальной мутации возрастает. Следовательно, естественный отбор у вирусов должен благоприятствовать маленьким геномам. Если это так, то вирусам, возможно, негде разместить гены, которые позволили бы им обращать простые молекулы в новые гены и белки. Они не могут расти. Они не могут освобождаться от отходов. Они не могут защититься от жары и холода. Они не могут размножаться делением.

Из всех этих «не» складывалось одно большое, сокрушительное «НЕ». Вирусы не живые.

«Всякий организм состоит из клеток», – заявил микробиолог Андре Львов в своей нобелевской лекции 1965 г. Не будучи клетками, вирусы считались не более чем мусорным генетическим материалом, который просто в силу удачного химического строения получил возможность размножаться внутри клеток. В 2000 г. Международный комитет по таксономии вирусов закрепил это представление официально. «Вирусы не относятся к живым организмам», – прямо заявил он.

Комитет обозначил жесткую границу между вирусами и живым миром. Но спустя несколько лет после открытия гигантских вирусов эта граница стала размываться. Если характерный признак вируса – малый размер генома, то сложно считать вирусами столь гигантские организмы. Науке неизвестно, что гигантские вирусы делают со всеми своими генами, но есть подозрение, что это очень напоминает жизнедеятельность. Некоторые гены гигантских вирусов кодируют ферменты, способные восстанавливать ДНК. Возможно, они используют эти ферменты, чтобы устранять повреждения, полученные при перемещении от одной хозяйской клетки к другой. Многие гигантские вирусы несут гены ферментов, осуществляющих сборку белков – задачу, которую ученые считали посильной лишь для клеточных форм жизни. Возможно, гигантские вирусы наполняют клетку хозяина этими ферментами для сборки белков, чтобы перенаправить ее метаболизм в новом направлении, полезном для вируса.

И когда гигантские вирусы внедряются в амебу, они не рассеиваются молекулярным облачком. Вместо этого они создают крупную, сложную структуру – вирусную фабрику. Через одни ворота фабрика принимает сырье, а затем через двое других выпускает новые ДНК и белки. Для осуществления как минимум части этой биохимической работы гигантские вирусы могут использовать собственные гены.

Иными словами, вирусная фабрика гигантского вируса по внешнему виду и по функциям удивительно похожа на клетку. Более того, она настолько похожа на клетку, что, как обнаружили Ла Скола и его коллеги в 2008 г., ее может заражать собственный вирус. Этот новый тип вируса, получивший название вирофага, пробирается на вирусную фабрику и обманом заставляет ее производить вирофаги вместо гигантских вирусов.

К 2019 г. ученые обнаружили десять различных вирофагов. Они отлично чувствуют себя повсюду, от антарктических озер до кишечника овцы, и, по-видимому, их предстоит открыть еще немало. Вирофаги – не просто паразиты паразитов. Они приносят пользу клеточным формам жизни, убивая гигантские вирусы, вызывающие заболевания. Даже если сама хозяйская клетка погибает от заражения гигантским вирусом, вирофаги все-таки сокращают количество вирусов, убивающих другие клетки. Ученые обнаружили, что водоросли, заселенные вирофагами, дают более обильное цветение, вероятно потому, что обладают защитой против гигантских вирусов.

Эти исследования наводят на мысль, что для вирофагов и клеток работает правило «враг моего врага – мой друг». Некоторые клетки хозяина даже позволяют вирофагам хранить их гены в своей ДНК. Гены вирофага пробуждаются только тогда, когда хозяина заражает гигантский вирус. Они собираются в новые вирофаги и атакуют захватчика. Еще одна размытая граница: является ли вирофаг самостоятельным вирусом или оружием хозяйской клетки? Возможный ответ: это ложная дилемма. Интересы вирофага и хозяйской клетки совпадают: они оба хотят уничтожать гигантские вирусы ради собственного блага.

С точки зрения науки проводить разграничительные линии в природе бывает полезно, но, когда дело доходит до понимания сути живого, эти границы могут оказаться искусственными барьерами. Вместо того чтобы пытаться определить, чем вирусы отличаются от других живых существ, возможно, имеет смысл подумать о том, как вирусы и другие организмы образуют континуум. Человек – неразрывное единство млекопитающего и вируса. Не будь наших вирусных генов, мы бы умирали во чреве матери. Возможно также, что от нашей вирусной ДНК зависит наша защита от инфекций. Часть кислорода, которым мы дышим, производится в процессе взаимодействия вирусов и бактерий в океанах. Это единство – не заданная комбинация, а постоянно меняющийся поток. Океаны – живая матрица генов, снующих между хозяевами и вирусами.

Хотя очевидно, что гигантские вирусы служат мостиком между обычными вирусами и клеточной жизнью, еще не ясно, как они достигли этого двойственного статуса. Одни исследователи утверждают, что вначале это были обычные вирусы, которые затем наворовали добавочных генов у своих хозяев. Другие, напротив, считают, что гигантские вирусы существовали еще на заре клеточной жизни, а от них произошли более «вирусоподобные» формы.

Проведение четкой границы между живым и неживым не просто затрудняет понимание природы вирусов. Оно усложняет толкование происхождения жизни. Ученые все еще бьются над этим вопросом, но ясно одно: жизнь не возникла внезапно по нажатию большой космической кнопки. Скорее всего, жизнь зарождалась постепенно, по мере того как простые исходные ингредиенты вроде сахара и фосфатов соединялись во все более сложных реакциях на древней Земле. Так, например, одноцепочечные молекулы РНК могли постепенно разрастаться и приобретать способности к самокопированию. Попытки установить момент времени, в который эта РНК-жизнь вдруг «ожила», только отвлекают нас от постепенного перехода к той жизни, какой мы ее знаем сегодня.

В мире РНК жизнь, вероятно, представляла собой не более чем плавучие комбинации генов, которые иногда благополучно развивались, а иногда на них обрушивались другие гены, ведущие себя подобно паразитам. Некоторые из этих древних паразитов могли дать начало первым вирусам, которые продолжали размножаться вплоть до нынешнего времени. Французский вирусолог Патрик Фортер предполагает, что в РНК-мире вирусы изобрели двуцепочечную ДНК как средство защиты своих генов от нападения. В итоге их хозяева переняли их ДНК, которая впоследствии распространилась по всему миру. Иными словами, вся известная нам жизнь, возможно, не появилась бы без вирусов.

В конце концов, похоже, мы возвращаемся к исконному двоякому смыслу слова «вирус», когда-то подразумевавшему либо животворную субстанцию, либо смертоносный яд. Вирусы и вправду чрезвычайно смертоносны, но они дали миру некоторые из важнейших инноваций. Созидание и разрушение снова сливаются воедино.

Благодарности

«Планета вирусов» написана при содействии Национального центра поддержки исследований при Национальных институтах здравоохранения, в рамках программы Science Education Partnership Award (SEPA), грант № R25 RR024267 (2007–2012), руководители проекта – Джуди Даймонд, Мойра Ранкин и Чарльз Вуд. За содержание книги несет ответственность исключительно автор, и оно не обязательно отражает официальную позицию Национального центра поддержки исследований или Национальных институтов здравоохранения. Приношу благодарность многим, кто консультировал меня в ходе этого проекта, это Аниса Анжелетти, Питер Анжелетти, Дэвид Аттел, Аарон Бролт, Джошуа Вайц, Натан Вольф, Майкл Воробей, Рубен Донис, Энн Даунер-Хейзелл, Дэвид Даниган, Лори Гарретт, Акико Ивасаки, Бенджамин Дэвид Ли, Арис Кацуракис, Сабра Кляйн, Евгений Кунин, Йенс Кун, Ян Липкин, Ян Мак-Кей, Грант Мак-Фадден, Натан Майер, Пардис Сабети, Мэтью Салливан, Эбби Смит, Гэвин Смит, Филип У. Смит, Пол Тернер, Уилли Уилсон, Кристин Уоткинс, Седрик Фешот, Энджи Фокс, Мэтт Фримен, Эдвард Холмс, Эми Шпигель и Джеймс ван Эттен. Приношу особую благодарность моему куратору программ SEPA Л. Тони Беку и моему редактору в издательстве Чикагского университета Кристи Генри за то, что эта книга смогла выйти в свет.

Избранная библиография

«Заразная живая жидкость»

Bos, L. 1999. Beijerinck's work on tobacco mosaic virus: Historical context and legacy. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences 354:675.

Kay, L. E. 1986. W. M. Stanley's crystallization of the tobacco mosaic virus, 1930–1940. Isis 77:450–72.

Roossinck, M. J. 2016. Virus: An illustrated guide to 101 incredible microbes. Princeton, NJ: Princeton University Press.

Willner D., M. Furlan, M. Haynes, et al. 2009. Metagenomic analysis of respiratory tract DNA viral communities in cystic fibrosis and non-cystic fibrosis individuals. PLoS ONE 4 (10):e7370.

(Не)обычная простуда

Bartlett, N., P. Wark, and D. Knight, eds. 2019. Rhinovirus infections: Rethinking the impact on human health and disease. London: Elsevier.

Hemilä, H., J. Haukka, M. Alho, J. Vahtera, and M. Kivimäki. 2020. Zinc acetate lozenges for the treatment of the common cold: A randomised controlled trial. BMJ Open 10(1).

Jacobs, S. E., D. M. Lamson, K. S. George, and T. J. Walsh. 2013. Human rhinoviruses. Clinical Microbiology Reviews 26:135–62.

Взирая на Землю со звезд

Barry, J. M. 2004. The great influenza: the epic story of the deadliest plague in history. New York: Viking.

Mena, I., M. I. Nelson, F. Quezada-Monroy, et al. 2016. Origins of the 2009 H1N1 influenza pandemic in swine in Mexico. Elife 5:e16777.

Neumann, G., and Y. Kawaoka, eds. 2020. Influenza: the cutting edge. Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press.

Taubenberger, J. K., J. C. Kash, and D. M. Morens. 2019. The 1918 influenza pandemic: 100 years of questions answered and unanswered. Science Translational Medicine 11:eaau5485.

Рогатые кролики

Bravo, I. G., and M. Félez-Sánchez. 2015. Papillomaviruses: Viral evolution, cancer and evolutionary medicine. Evolution, Medicine, and Public Health 2015:32–51.

Chen, Z., R. DeSalle, M. Schiffman, et al. 2018. Niche adaptation and viral transmission of human papillomaviruses from archaic hominins to modern humans. PLoS Pathogens 14:e1007352.

Cohen, P. A., A. Jhingran, A. Oaknin, and L. Denny. 2019. Cervical cancer. Lancet 393:169–82.

Dilley, S., K. M. Miller, and W. K. Huh. 2020. Human papillomavirus vaccination: Ongoing challenges and future directions. Gynecologic Oncology 156:498–502.

Przybyszewska, J., A. Zlotogorski, and Y. Ramot. 2017. Reevaluation of epidermodysplasia verruciformis: Reconciling more than 90 years of debate. Journal of the American Academy of Dermatology 76:1161–75.

Weiss, R. A. 2016. Tumour-inducing viruses. British Journal of Hospital Medicine 77:565–68.

Враг нашего врага

Kortright, K. E., B. K. Chan, J. L. Koff, and P. E. Turner. 2019. Phage therapy: A renewed approach to combat antibiotic-resistant bacteria. Cell Host & Microbe 25:219–32.

Summers, W. 1999. Felix d'Herelle and the origins of molecular biology. New Haven, CT: Yale University Press.

Инфицированный океан

Breitbart, M., C. Bonnain, K. Malki, and N. A. Sawaya. 2018. Phage puppet masters of the marine microbial realm. Nature Microbiology 3:754–66.

Keen, E. C. 2015. A century of phage research: Bacteriophages and the shaping of modern biology. Bioessays 37:6–9.

Koonin, E. V., and N. Yutin. 2020. The crAss-like phage group: How metagenomics reshaped the human virome. Trends in Microbiology, February 28. https://doi.org/10.1016/j.tim.2020.01.010.

Koonin, E. V., V. V. Dolja, M. Krupovic, et al. 2020. Global organization and proposed megataxonomy of the virus world. Microbiology and Molecular Biology Reviews 84(2).

Zhang, Y. Z., Y. M. Chen, W. Wang, X. C. Qin, and E. C. Holmes. 2019. Expanding the RNA virosphere by unbiased metagenomics. Annual Review of Virology 6:119–39.

Наши внутренние паразиты

Chuong E. B. 2018. The placenta goes viral: Retroviruses control gene expression in pregnancy. PLoS Biology 16:e3000028.

Dewannieux, M., F. Harper, A. Richaud, et al. 2006. Identification of an infectious progenitor for the multiple-copy HERV-K human endogenous retroelements. Genome Research 16:1548–56.

Frank, J. A., and C. Feschotte. 2017. Co-option of endogenous viral sequences for host cell function. Current Opinion in Virology 25:81–89.

Hayward, A. 2017. Origin of the retroviruses: When, where, and how? Current Opinion in Virology 25:23–27.

Johnson, W. E. 2019. Origins and evolutionary consequences of ancient endogenous retroviruses. Nature Reviews Microbiology 17:355–70.

Weiss, R. A. 2006. The discovery of endogenous retroviruses. Retrovirology 3:67.

Новый бич

Bell, S. M., and T. Bedford. 2017. Modern-day SIV viral diversity generated by extensive recombination and cross-species transmission. PLoS Pathogens 13:e1006466.

Burton, D. R. 2019. Advancing an HIV vaccine; advancing vaccinology. Nature Reviews Immunology 19:77–78.

Faria, N. R., A. Rambaut, M. A. Suchard, et al. 2014. The early spread and epidemic ignition of HIV-1 in human populations. Science 346:56–61.

Gilbert, M. T. P., A. Rambaut, G. Wlasiuk, T. J. Spira, A. E. Pitchenik, and M. Worobey. 2007. The emergence of HIV/AIDS in the Americas and beyond. Proceedings of the National Academy of Sciences 104:18566.

Gryseels, S., T. D. Watts, J. M. K. Mpolesha, et al. 2020. A near full-length HIV-1 genome from 1966 recovered from formalin-fixed paraffin-embedded tissue. Proceedings of the National Academy of Sciences 117:12222–29.

Sauter, D., and F. Kirchhoff. 2019. Key viral adaptations preceding the AIDS pandemic. Cell Host & Microbe 25:27–38.

Стать американцем

Hadfield, J., A. F. Brito, D. M. Swetnam, et al. 2019. Twenty years of West Nile virus spread and evolution in the Americas visualized by Nextstrain. PLoS Pathology 15:e1008042.

Journal of Medical Entomology. 2019. Special Collection: Twenty Years of West Nile Virus in the United States. 56 (6). https://doi.org/10.1093/jme/tjz130.

Martin, M.-F., and S. Nisole. 2020. West Nile virus restriction in mosquito and human cells: A virus under confinement. Vaccines 8:256.

Paz, S. 2019. Effects of climate change on vector-borne diseases: An updated focus on West Nile virus in humans. Emerging Topics in Life Sciences 3:143–52.

Sharma, V., M. Sharma, D. Dhu., Y. Sharma, S. Kaushik, and S. Kaushik. 2020. Zika virus: An emerging challenge to public health worldwide. Canadian Journal of Microbiology 66:87–98.

Ulbert, S. 2019. West Nile virus vaccines – current situation and future directions. Human Vaccines & Immunotherapeutics 15:2337–42.

Эпоха пандемии

Holmes, E. C., and A. Rambaut. 2004. Viral evolution and the emergence of SARS coronavirus. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences 359:1059–65.

Morse, S. S. 1991. Emerging Viruses: Defining the Rules for Viral Traffic. Perspectives in Biology and Medicine 34:387–409.

New York Times. 2020. «He warned of coronavirus. Here's what he told us before he died.» February 7. https://www.nytimes.com/2020/02/07/world/asia/Li-Wenliang-china-coronavirus.html.

Quammen, D. 2012. Spillover: Animal infections and the next human pandemic. New York: W. W. Norton.

Raj, V. S., A. D. Osterhaus, R. A. Fouchier, and B. L. Haagmans. 2014. MERS: Emergence of a novel human coronavirus. Current Opinion in Virology 5:58–62.

Tang, D., P. Comish, and R. Kang. 2020. The hallmarks of COVID-19 disease. PLoS Pathogens 16:e1008536.

Xiong, Y., and N. Gan. 2020. "This Chinese doctor tried to save lives, but was silenced. Now he has coronavirus." CNN. February 4, 2020. https://www.cnn.com/2020/02/03/asia/coronavirusdoctor-whistle-blower-intl-hnk.

Долгое прощание

Duggan, A. T., M. F. Perdomo, D. Piombino-Mascali, et al. 2016. 17th century variola virus reveals the recent history of smallpox. Current Biology 26:3407–12.

Esparza, J., S. Lederman, A. Nitsche, and C. R. Damaso. 2020. Early smallpox vaccine manufacturing in the United States: Introduction of the "animal vaccine" in 1870, establishment of "vaccine farms," and the beginnings of the vaccine industry. Vaccine 38:4773–79.

Koplow, D. A. 2003. Smallpox: The fight to eradicate a global scourge. Berkeley: University of California Press.

Kupferschmidt, K. 2017. How Canadian researchers reconstituted an extinct poxvirus for $100,000 using mail-order DNA. Science, July 6. http://dx.doi.org/10.1126/science.aan7069.

Mariner, J. C., J. A. House, C. A. Mebus, et al. 2012. Rinderpest eradication: Appropriate technology and social innovations. Science 337:1309–12.

Meyer, H., R. Ehmann, and G. L. Smith. 2020. Smallpox in the posteradication era. Viruses 12:138.

Noyce, R. S., S. Lederman, D. H. Evans. 2018. Construction of an infectious horsepox virus vaccine from chemically synthesized DNA fragments. PLoS ONE 13:e0188453.

Reardon, S. 2014. "Forgotten" NIH smallpox virus languishes on death row. Nature 514:544.

Thèves, C., E. Crubézy, and P. Biagini. 2016. History of smallpox and its spread in human populations. In Paleomicrobiology of humans. ed. M. Drancourt and D. Raoult, pp. 161–72. Washington, DC: ASM Press.

Wimmer, E. 2006. The test-tube synthesis of a chemical called poliovirus. EMBO Reports 7:S3–9.

Инопланетянин из градирни

Berjón-Otero, M., A. Koslová, and M. G. Fischer. 2019. The dual lifestyle of genome-integrating virophages in protists. Annals of the New York Academy of Sciences 1447:97–109.

Colson, P., B. La Scola, A. Levasseur, G. Caetano-Anolles, and D. Raoult. 2017. Mimivirus: Leading the way in the discovery of giant viruses of amoebae. Nature Reviews Microbiology 15:243.

Colson, P., Y. Ominami, A. Hisada, B. La Scola, and D. Raoult. 2019. Giant mimiviruses escape many canonical criteria of the virus definition. Clinical Microbiology and Infection 25:147–54.

Oliveira, G., B. La Scola, and J. Abrahão. 2019. Giant virus vs amoeba: Fight for supremacy. Virology Journal 16:126.

Schulz, F., S. Roux, D. Paez-Espino, S. Jungbluth, et al. 2020. Giant virus diversity and host interactions through global metagenomics. Nature 578:432–36.

Zimmer, C. 2021. Life's edge: The search for what it means to be alive. New York: Dutton. Циммер К. Паразит – царь природы: Тайный мир самых опасных существ на земле. – М.: Альпина нон-фикшн, 2022.

Иллюстрации

Заставки глав нарисованы Яном Шёнгерром © 2021 by Ian Schoenherr.

Введение: Вирусы табачной мозаики © Dennis Kunkel Microscopy, Inc.

Гл. 1: Риновирус © 2010 Photo Researchers, Inc. (all rights reserved).

Гл. 2: Вирус гриппа. By Frederick Murphy, from the PHIL, courtesy of the CDC.

Гл. 3: Вирус папилломы человека © 2010 Photo Researchers, Inc. (all rights reserved).

Гл. 4: Бактериофаги. Courtesy of Graham Colm.

Гл. 5: Морские фаги. Courtesy of Willie Wilson.

Гл. 6: Вирус птичьего лейкоза. Courtesy of Dr. Venugopal Nair and Dr. Pippa Hawes, Bioimaging group, Institute for Animal Health.

Гл. 7: Вирус иммунодефицита человека. By P. Goldsmith, E. L. Feorino, E. L. Palmer, and W. R. McManus, from the PHIL, courtesy of the CDC.

Гл. 8: Вирус лихорадки Западного Нила. By P. E. Rollin, from the PHIL, courtesy of the CDC.

Гл. 9: Возбудитель COVID-19. Image captured and color-enhanced at the NIAID Integrated Research Facility (IRF) in Fort Detrick, Maryland. Credit: NIAID (CC BY 2.0).

Гл. 10: Вирус натуральной оспы. By Frederick Murphy, from the PHIL, courtesy of the CDC.

Эпилог: Мимивирус. Courtesy of Dr. Didier Raoult, Research Unit in Infectious and Tropical Emergent Diseases (URMITE).

Сноски

1

Дыхательные пути птиц при заражении вирусами гриппа тоже могут поражаться, плюс есть высокопатогенные разновидности этих вирусов, которые вызывают у птиц серьезную болезнь и летальность до 90 %. – Прим. науч. ред.

2

При этом самому вирусу синцитин тоже был нужен: это белок, из которого состояла его оболочка. – Прим. науч. ред.

3

Одновременно с этой группой, работавшей под руководством Люка Монтанье, ВИЧ был выделен группой исследователей в США, в Национальном институте рака. – Прим. науч. ред.

4

По оценкам, антитела к вирусу есть примерно у 4 % населения Румынии (и, например, у 5,8 % жителей Греции (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3832368/), где тоже была вспышка). Этого недостаточно для коллективного иммунитета. Точные причины, почему вирус ведет себя по-разному в разные годы (например, в Румынии была еще одна вспышка в 2010 г., но там Бухарест не был так затронут), неясны. Возможно, дело в изменениях жизнеобитания комаров и циркуляции вируса в них. – Прим. науч. ред.

5

Название рынка не должно вводить в заблуждение. Это рынок, торгующий множеством самых разных живых существ. – Прим. науч. ред.

6

Цифры такого рода очень разнятся на разных стадиях пандемии. Сравнивать их напрямую невозможно, так как на первых этапах у людей не было иммунитета, врачи не знали, как и чем лечить ковид, плюс тогда были не те штаммы, что сейчас. Теперь у абсолютного большинства есть иммунитет – как после вакцин, так и после болезни, у врачей имеется сразу несколько эффективных препаратов, а штаммы заметно отличаются от предыдущих. – Прим. науч. ред.

7

Имеется в виду последний случай оспы, подхваченной в естественных условиях. В 1978 г. оспой заразилась медицинский фотограф Джанет Паркер. Она снимала ученых Медицинской школы Бирмингемского университета, которые проводили опыты с вирусом натуральной оспы. Паркер умерла через месяц после заражения. – Прим. науч. ред.

8

Тут следует оговориться, что ни утверждения перебежчиков, ни заявления о том, что «лаборатории были заброшены», невозможно проверить. – Прим. науч. ред.

9

Это живая ослабленная вакцина, ее разработка остановилась на второй фазе клинических испытаний. Сейчас они пытаются ее продвигать в качестве бустера. – Прим. науч. ред.

10

Обычно главным ответственным за это открытие называют Дидье Рауля из той же лаборатории, который в пандемию COVID-19 прославился тем, что продвигал не подтвердивший свою эффективность гидроксихлорохин. – Прим. науч. ред.

Content

Карл Циммер
Планета вирусов

Рекомендуем книги по теме

Предисловие

Введение

«Заразная живая жидкость» Вирус табачной мозаики и открытие мира вирусов

Давние соседи

(Не)обычная простуда Как риновирусы играючи завоевали мир

Взирая на Землю со звезд Нескончаемые перевоплощения гриппа

Рогатые кролики Вирус папилломы человека и инфекционный рак

Везде и во всем

Враг нашего врага Бактериофаги как лекарство на основе вируса

Инфицированный океан Как морские фаги правят водами мира

Наши внутренние паразиты Эндогенные ретровирусы и наш набитый вирусами геном

Вирусное будущее

Новый бич Вирус иммунодефицита человека и животные как источник заболеваний

Стать американцем Глобализация вируса лихорадки Западного Нила

Эпоха пандемии Почему появление COVID-19 неудивительно

Долгое прощание Забвение натуральной оспы откладывается

Эпилог

Инопланетянин из градирни Гигантские вирусы и что же такое вирус

Благодарности

Избранная библиография

Иллюстрации

Сноски